专利名称：一种无级变速驱动装置的制作方法
技术领域：
一种无级变速驱动装置是属机械工业领域，主要应用于开采石油时使用的深井螺杆泵设备系统的一种新型的地面驱动装置。
现有国产螺杆泵地面驱动装置是由双速电机带动皮带轮作减速运动，经一对伞齿轮减速后驱动光杆带动螺杆泵工作。皮带传动和伞齿轮传动均为固定传动比。装置只能通过改变电机的转速来实现两种固定的输出转速。该装置启动转速高，转动冲击惯性大，转矩较小，不适应螺杆泵启动时的需要，因为螺杆泵是满负荷启动，需要的启动转矩大。若按平均运转时所需的转矩选装置功率，就会出现因功率小启动困难或无法启动。若接启动转矩选装置时，在长期生产运转情况下，又会严重浪费能源，不能为螺杆泵提供一个合理的转矩参数。另外，原装置不能有效地适应不同情况的油井使用，而且对于同一口油井在生产过程中随着地层压力的改变又在不断变化，采用固定的转速来开采原油不能通过调参来适应不同油井，不同开采时期的实际生产需要，还容易使井下螺杆泵受到损坏。如当生产井的供液量减少到不能提供泵所需的排量时，则会出现泵内无油空转，干磨损坏螺杆泵定子的现象。
国外(法国)生产的一种驱动装置，(见附图3)实现了无级变速，但它的结构也有缺陷，其一是它与井下螺杆泵的动力传递是通过与光杆的螺纹联接，而光杆螺纹又只在其端部。这就要求光杆的长度加上与转子联接的抽油杆的长度刚好等于设计长度，否则连接后井下泵的安装位置会发生错移，严重影响泵的正常工作，在实际生产施工中又很难作到下井抽油杆长度与设计长度刚好吻合，这就增加了作业的困难性。其二，该套装置安装高度大，稳定性欠佳，既难安装又不便于调试管理。
本实用新型的目的主要是针对石油工业系统的生产实际出发，解决上述的缺点而设计的一种无级变速驱动装置。它能解决满足启动转矩和正常生产转速要求范围内的无级调速。启动时可输出一个低转速、大转矩的最佳参数，在生产过程中可根据油井情况随时调整泵的转速，使油井生产和设备装置都处于最佳工作状态；另外在该套装置的外形结构上采用“T”型结构，将支点设置在两带轮之间，降低整体安装高度，稳定性好，使结构紧凑，便于安装管理。
本实用新型是这样实现的它由电动机直联“V”型三角带、无级变速器、减速器、专用井口支架，这几大部分构成。首先，由电动机带动三角带，无级变速器，进行无级调速，其过程是这样变速轮通过旋转调速手轮，在螺旋一杠杆机构的作用下改变两主动变速轮的轴向距离，从动变速轮在压缩弹簧作用下，自动作反方向轴向移动，从而同时改变了三角带在变速轮中的工作半径，达到无级变速的目的。从无级变速器输出的变化的转速，经空心输出轴平行齿轮减速器作定速比减速增矩，以齿轮箱的空心输出轴形式并从无级变速器两变速轮之间穿越出外壳体的形式，最终通过输出轴上端的动力传递器把输出转速和扭矩传递给抽油杆柱，并以此带动井下螺杆泵转子旋转，泵开始工作。为防止停机时抽油杆反转脱扣，于该装置的光杆处设计了肪逆转制动装置。上述所说的专用井口支架，包括光杆密封器，出油三通及架子等。另外，本装置采用的空心输出轴是从无级变速器两带轮之间穿过，连接井下转子的光杆从空心轴内部穿过，空心轴与光杆的动力传递是通过一个专用固定卡实现。现有同类装置外观结构较大，井口安装总高度达3米以上，外形为“”型，安装在井口处，支点偏向一边，使装置悬臂受力，稳定性差。本实用新型的外形设计为“T”型结构，将支点设置在两带轮之间装置的中心处，改变了内部结构的相互关系，改善了受力情况。该装置的空心轴从两对变速轮之间穿越调速器壳体，光杆从空心轴内部穿过，在空心轴上用专用固定卡固定，不必使用其端部螺纹，下井杆柱的长度不受螺纹位置限制，固定卡在光杆任何位置均可方便固定，从而解决了现有装置光杆长度不易调配的问题。
齿轮减速器部分由于输出轴处于铅垂位置，在油封磨损或老化时易出现漏油，这常常是立武减速器的通病。为解决这个通病，改进设计了密封装置部分。本装置增加了一个油泵。第一级齿轮采用喷油润滑，从而降低油面线。设置了一个挡油环，使输出轴不与润滑油直接接触，消除了漏油的可能性。考虑到运转时油面的波动，在挡油环与第二级齿轮之间设置了一油封，更可靠地杜绝了漏油。而且由于降低油面线，减少搅油功率损失，提高了效率，有利于油品质量的稳定，提高润滑效果。
从上述可知，原有螺杆泵驱动装置输出转速固定，适应性差。本装置输出转速连续可调，扩大了应用范围，适应性强；原有装置外型为“”型，重心不稳又高大，又不便安装管理，本装置外形为“T”型，稳定性好，结构紧凑合理，便于安装管理，且能杜绝漏油，运转更为可靠。
下面，结合附图作进一步叙述
图1是本实用新型的外形示意图，图2是该装置的主体部分剖面结构示意图，图3为法国的一种驱动装置，附图注解
1、电动机2、光杆3、固定卡4、轴承5、从动变速轮6、弹簧托盘7、弹簧8、从动变速轮9、一级齿轮10、油泵11、一级齿轮12、二级齿轮13、二级齿轮14、挡油环15、轴承16、制动器17、输出轴18、油封19轴承20、调节螺母21、拨叉22、丝杆23、调速手轮24、压轮盒25、主动变速轮26、三角带27、主动变速轮28、减速器29、中座30、井口支架31、光杆密封器32、变速器33、出油三通。
如
图1，本套装置主要由电动机(1)，连带变速器(32)和减速器(28)，连同防反转制动器(16)及井口支架(30)等四大部分组成。
减速器(32)采用V型三角带传动，它由主动变速轮(27)和(25)从动变速轮(5)和(8)，安装在变速轮上的三角带(26)和调速机构的手轮(23)，调节螺母(20)和拔叉(21)组成。
减速器(28)为平行轴立式空心输出轴齿轮减速器，内部采用斜齿轮减速，其输出轴为空心结构且穿过变速器(32)的中心，依靠轴承(4)、(19)、(15)作为支承，特殊的轴承结构使之能承受强大的轴向力。两级齿轮传动均为斜齿园柱齿轮减速传动。为防止停车时扭转变形造成的逆转脱扣现象，输出轴轴端配有制动器(16)。
专用井口支架(30)包括光杆密封器(31)，出油三通(33)等通用件。
另外，连接井下转子的光杆(2)从减速器的空心输出轴(17)中穿过，通过专用固定卡(3)将扭矩传递给光杆，带动井下转子旋转，泵工作，实现深井采油。
参照图2，电动机(1)用螺栓联接在变速箱壳体侧，轴头通过平键及轴向定位螺钉挡圈将主动变速轮(27)连接，变速轮(25)利用滑键可在主动变速轮(27)的轴伸部位作轴向移动，但不能发生相对转动，压轮盒(24)内装有轴承，轴承内圈与主动变速轮(25)上的阶梯轴紧密配合。拨叉(21)上爪与压轮盒(24)端面接触，下爪与调节螺母(20)上的啮合槽接触，拨叉(21)的销轴固定在外壳体上。调速手轮(23)同丝杆(22)连接为一体，并与外壳两处支点是动配合连接。从动变速轮轴依据上下两个轴承支承定位在变速箱壳体处，从动变速轮(5)内径与从动变速轮(8)心轴为间隙配合，从动变速轮(5)装有一压缩弹簧(7)，弹簧(7)上端与弹簧托盘(6)接触，弹簧托盘(6)用卡环固定在从动变速轮心轴上。齿轮减速器(28)部分的传动齿轮依次经过齿轮(9)、(11)、(12)、(13)，再由空心输出轴(17)输出，它们各自所配合的轴段间均为平键连接，齿轮减速器(28)与空心输出轴(17)与防反转制动器(16)及无级变速器(32)组装为一体。变速器(32)与减速器(28)之间，减速器(28)与井口支架(10)之间均由法兰螺螺检连接。空心输出轴(17)内孔与光杆(2)为间隙配合；空心输出轴(17)是从变速器(32)两带轮之间穿过；连接井下转子的光杆(2)从空心输出轴(17)内部穿过；空心输出轴(17)内孔下端有一轴向导向角，其导向角宽度最佳值为该空心输出轴(17)内孔直径的三分之一至八分之一倍；空心输出轴(17)上方有一至四级阶梯轴段组成，其中顶端一级轴径形状为长方形的凸台。空心输出轴(17)上部同装在变速箱壳体处的轴承(4)和(19)的内圈为过渡配合，空心输出轴(17)下方有一段是与轴承(15)内圈配合，另一段轴肩是同防反转制动器(16)内圈联接，齿轮(13)联接在空心输出轴(17)下端阶梯处。承载轴承(15)装在中座(29)内，防反转制动器(16)外壳用螺栓固定在中座(29)下方端面；空心输出轴(17)末端阶梯轴与防反转制动器(16)内圈连接配合。电动机(1)用螺栓连接在变速箱壳体一侧位置，电动机(1)输出轴与主动变速轮(27)连接，主动变速轮(27)与上壳体电机轴插入孔部位是用定位环做轴向定位，主动变速轮(25)内孔与主动变速轮(27)中轴作间隙配合，压轮盒(24)内装有一球轴承，轴承内圈与主动变速轮(25)的阶梯轴紧密配合，主动变速轮(25)心轴从压轮盒(24)中无接触穿越。压轮盒(24)端面与拨叉(21)上爪接触，拨叉(21)下爪与调节螺母(20)的啮合槽接触，拨叉(21)的销轴固定在外壳处，调速手轮(23)同丝杆(22)连接为一体，并与外壳两处支点是动配合连接。变速器(32)由从动变速轮(8)依据上下两个轴承支承定位在变速箱壳体上，从动变速轮(5)内孔与从动变速轮(8)心轴为间隙配合，从动变速轮(5)装有一压缩弹簧(7)，弹簧(7)上端与弹簧托盘(6)用卡环固定在从动轮心轴上。空心输出轴(17)上部安装的专用固定卡(3)是由可分离的对称两半棱柱体组合而成的一个正棱柱体，固定卡(3)中心孔孔面有牙齿，棱柱体下端沿中心线布有一长方形凹槽；减速器(28)设有一离心武油泵(10)，齿轮传动采用喷油润滑，第二级齿轮(13)与挡油环(14)之间设置一油封(18)，使输出轴(17)不与润滑油直接接触，消除了漏油的可能性，大大提高该装置的使用寿命。
由
图1、图2可知，本实用新型无级变速的过程是这样电动机(1)带动主动变速轮(27)和(25)转动，依靠三角带与锥轮间的摩檫力将动力传递给从动变速轮(5)和(8)，带动从动变速轮输出一转矩，调速时，转动调速手轮(23)，由调速螺母(20)移动，带动拨叉(21)转动，改变了施加在主动变速轮(25)的轴向力，迫使主动变速轮(25)与(27)之间的槽宽距离发生变化，改变了主动变速轮的工作直径，则改变了三角带在带轮上的接触半径，由于三角带在主动轮上位置的变化，则改变三角带与从动变速轮(5)和(8)之间的作用力。这作用力克服弹簧(7)的形变力，使三角带在变化了的从动变速轮直径上进行工作。由于主动变速轮的工作直径在增大或减少，从动变速轮的工作直径则相应地减少或增大；又因主、从动变速轮在轴向上的位移为连续的，两变速轮的槽宽变化也是连续的，故输出的转速也是连续可调。无级变速器(32)输出的转速，又经过平行轴立式齿轮减速器(28)减速，从而完善了这种无级变速驱动装置。
权利要求1.一种无级变速驱动装置，它由电动机(1)连带变速器(32)和减速器(28)连同防反转制动器(16)和井口支架(30)几大部分组成，其特征是变速器(32)是种“V”型三角带的无级变速器，它由主动变速轮(27)和(25)，从动变速轮(5)和(8)，安装在变速轮上的三角带(26)和调速手轮(23)、调节螺母(20)及拔叉(21)组成，减速器(28)是平行轴立式空心输出轴齿轮减速器，内部采用两级斜齿轮减速，依次经过齿轮(9)、(11)、(12)、(13)，再由空心输出轴(17)输出，减速器(28)和空心输出轴(17)与防反转制动器(16)，变速器(32)组装为一体，变速器(32)与减速器(28)之间，减速器(28)与井口支架(30)之间均由法兰螺栓连接。
2.按权利要求1所述一种无级变速驱动装置，其特征是空心输出轴(17)是从变速器(32)两带轮之间穿过，连接井下转子的光杆(2)从空心输出轴(17)内部穿过。
3.按权利要求1所述一种无级变速驱动装置，其特征是电动机(1)用螺栓连接在变速器(32)壳体一侧，电动机(1)输出轴与主动变速轮(27)连接，主动变速轮(27)与上壳体电机轴插入孔部位是用定位环做轴向定位，主动变速轮(25)内孔与主动变速轮(27)中轴作间隙配合，压轮盒(24)内装有轴承，轴承内圈与主动变速轮的阶梯轴配合，主动变速轮(25)心轴从压轮盒(24)中无接触穿越。
4.按权利要求1所述的一种无级变速驱动装置，其特征是拔叉(21)上爪与压轮盒(24)端面接触，拔叉(21)下爪与调节螺母(20)的啮合槽接触，拔叉(21)的销轴固定在外壳体处，调速手轮(23)同丝杆(10)连接为一体，并与外壳两处支点是动配合连接。
5.按权利要求1所述的一种无级变速驱动装置，其特征是变速器(32)由从动变速轮(8)依据上、下两个轴承支撑定位在变速箱壳体上，从动变速轮(5)内孔径与从动变速轮(8)心轴为间隙配合，从动变速轮(5)装有一压缩弹簧(7)，弹簧(7)上端与弹簧托盘(6)接触，弹簧托盘(6)用卡环固定在从动变速轮心轴上。
6.按权利要求1所述的一种无级变速驱动装置，其特征是减速器(28)的传动齿轮(9)、(11)、(12)、(13)与它们各自所配合的轴段间均为平键连接，空心输出轴(17)内孔与光杆(2)为间隙配合，空心输出轴(17)内孔下端有一轴向导向角。
7.按权利要求1或权利要求6所述的一种无级变速驱动装置，其特征是空心输出轴(17)内孔下端倒角宽度最佳值为空心输出轴(17)内孔直径的三分之一至八分之一倍。
8.按权利要求6所述的一种无级变速驱动装置，其特征是减速器(28)设有离心式油泵(10)，齿轮传动采用喷油润滑，第二级齿轮(13)与档油环(14)之间设置油封(18)。
9.按权利要求1所述的一种无级变速驱动装置，其特征是空心输出轴(17)上方有1至4级阶梯轴段组成，其中顶端一级轴径形状为长方形的凸台。
10.按权利要求9所述的一种无级变速驱动装置，其特征是空心输出轴(17)上部同装在变速器壳体的轴承(4)和(17)的内圈为过渡配合，空心输出轴(17)下方有一段是与承载轴承(15)内圈配合，另一段轴肩与防反转制动器(16)内圈联接。
11.按权利要求10所述的一种无级变速驱动装置，其特征是齿轮(13)连接在空心输出轴(17)下端阶梯处，载轴承(15)装在中座(29)的箱体内，防反转制动器(16)外壳用螺栓固定在中座(29)下方端面上。
12.按权利要求11所述的一种无级变速驱动装置，其特征是空心输出轴(17)上部安装的固定卡(3)是由可分离的对称两半棱柱体组成的一个正棱柱体，固定卡(3)中心孔孔面上有牙齿，棱柱体下端面沿中心线布有一长方形凹槽。
专利摘要一种无级变速驱动装置，它是机械工业领域的设备，目前主要应用在开采石油时使用的深井螺杆泵设备系统的一种新型的地面驱动装置，其主要特征是采用三角带无级调速，解决起动转矩和正常生产转速要求范围内的无级变速，外形设计为“T”形，它由电动机直联变速器和减速器，连同防反转制动器及井口支架几大部分组成，在减速部分采用特殊的防漏油装置，使工作更为可靠；降低了整体安装高度，稳定性好，结构紧凑，便于安装管理，又扩大了适用范围。
文档编号F04D13/06GK2221673SQ94225790
公开日1996年3月6日 申请日期1994年2月18日 优先权日1994年2月18日
发明者高军, 潘应鑫, 虞培清, 李光树, 焦丽颖 申请人:胜利石油管理局省东辛采油厂, 温州市长城减速机有限公司