专利名称：抽油机用电磁离合自动换向减速器的制作方法
技术领域：
本发明属于石油开采机械动力传递装置技术领域。
背景技术：
在现有技术中，游梁式抽油机是一种普遍采用的抽油机。它是靠曲柄连杆机构实现圆周运动向直线运动的转换，即将电动机转子的圆周运动转换成抽油杆的直线往复运动。另外，近年来出现了各种各样牵拉式抽油机，即牵拉绳索的两端分别挂有抽油杆和平衡重，牵拉绳索搭在主导轮上，由主导轮驱使牵拉绳索运动，提放抽油杆抽油。专利号为01248687.6的专利所公开的一种称为落地式多绳抽油机的技术方案就是其中一种，如图1所示，绳索1首端挂有泵挂2，绕经前导向轮3、主导轮4、后天轮5，1其末端挂有平衡重6。主导轮4在电动机驱动下旋转，由在绳索1和主导轮4轮衬之间产生的静摩擦力所形成的牵拉力，通过绳索1提放泵挂2，实现直线运动。电动机选用开关磁阻换向电动机，由其按正反转交替工作方式实现所需的往复抽油动作。在现有技术中，单轴自动车床采用了一种电磁离合换向减速器，靠电磁离合器和齿轮组合实现在动力输入轴转向不变的情况下动力输出轴扭矩的正反交替输出。其结构见图2，它是一种三轴、三离合器、小功率、多级输出换向减速器，电磁离合器7、8装在动力输出轴9上，电磁离合器10装在过渡轴11上，除了箱体12中装有8个齿轮外，在挂轮箱13中装有挂轮副14，另有替换用挂轮副若干组。
发明内容
游梁式抽油机虽然是靠连杆曲柄机构实现泵挂的直线往复运动，电动机转子始终保持同向圆周运动，但是，这种机构机体笨重、平衡度低，因而耗能较高。同时，由于连杆曲柄机构本身结构特点所限，很难实现低冲次、长冲程作业。而落地式多绳抽油机虽然从根本上克服了游梁式抽油机的缺点，但是，它自身尚存在其它缺陷，一是电动机反复起动导致耗能高；二是开关磁阻换向电动机价格较一般电动机价格高；三是这种电动机功率一般限于45kw以下，难以用来装备大悬荷抽油机；四是复杂的换向控制系统在恶劣工作环境中长时间、大负荷运行，其故障率较高。而现有单轴自动车床上的电磁离合换向减速器为了保证传动灵敏度和传递精度，而将电磁离合器装在输出轴上(其中一个装在过渡轴上)，但是，这种结构不适用于需要大扭矩输出的抽油机，如果要通过增大传动比放大扭矩，对电磁离合器的要求就会相当高。另外，这种换向减速器为了实现高精度多级输出，减少了轴数，增加了齿轮数量，这些要么与抽油机的要求相违背，要么为抽油机所不需要。为了在克服游梁式抽油机缺点的同时，不至于产生落地式多绳抽油机新的缺点，也就是说还要消除落地式多绳抽油机的缺点，将电磁离合换向减速器技术应用到采油机械中来，我们发明了一种抽油机用电磁离合自动换向减速器，并将其应用到牵拉式抽油机上。
本发明是这样实现的，在图3所示的牵拉式抽油机中，传动板带15首端与泵挂16相连，绕经主导轮17与平衡重18相连。见图4，电动机19、换向减速器20与主导轮17共同安装在抽油机顶部的工作台21上。三者由联组窄V带22、23连接。这是在工作方式上不同于游梁式抽油机，但相同于落地式多绳抽油机的一种牵拉式抽油机。换向减速器20采用的是电磁离合自动换向减速器，它在电动机19和主导轮17之间，起承上启下作用，并且既实现了减速，又实现了换向，最终实现泵挂16的往复运动，电动机19始终按同一方向旋转。
本发明之电磁离合自动换向减速器是这样实现的，参见图5、图6，输入轴24、过渡轴25、26、输出轴27通过轴承自下而上安装在箱体28上。输入皮带轮29、电磁离合器30、齿轮31、32、电磁离合器33自右至左安装在输入轴24上。其中，输入皮带轮29安装在输入轴24的箱体28外端。齿轮31、32通过轴承安装在输入轴24上。电磁离合器30、33分别连有闭合电流导线34、35，各自的定片组与输入轴24键合，动片组分别与齿轮31、32连为一体。过渡轴25上自右至左装有齿轮36、连体齿轮37。过渡轴26上自右至左装有连体齿轮38、39，其中连体齿轮38通过轴承安装在过渡轴26上。齿轮40、输出皮带轮41安装在输出轴27上，其中输出皮带轮41安装在输出轴27的箱体28外端。
本发明之电磁离合自动换向减速器工况是这样的，假设输入皮带轮29逆时针旋转，平衡重19的初始位置在下止点，导通的闭合电流经闭合电流导线34使电磁离合器30闭合，电磁离合器33开离，齿轮31随之逆时针旋转，连体齿轮38顺时针旋转，齿轮36逆时针旋转，连体齿轮37与齿轮36二者因键合在同一根轴上(过渡轴25)而同步旋转，而齿轮32随之空转。最后通过连体齿轮39、齿轮40带动输出皮带轮41顺时针旋转，提升平衡重19行至上止点，导通的闭合电流经闭合电流导线35使电磁离合器33闭合，电磁离合器30开离，齿轮32与输入皮带轮29同步逆时针旋转，再通过连体齿轮37、39、齿轮40带动输出皮带轮41逆时针旋转，提升泵挂16，放下平衡重19，而连体齿轮38、齿轮31随之空转。以电磁离合的方式实现输出皮带轮41的自动换向，由齿轮组合实现减速，再通过联组窄V带23、主导轮17、传动板皮15带最终实现了抽油所需的直线往复运动。
通过上述技术方案，同时克服了游梁式抽油机和落地式多绳抽油机的缺点，对比如下
与落地式多绳抽油机相比，应用本发明之抽油机可以采用普通的电动机，它不需要特别的电控装置，而落地式多绳抽油机所使用的开关磁阻换向电动机及其电控装置其造价是采用本发明之抽油机相应部分造价的15倍以上。另外本发明之技术方案既实现了换向，又实现了减速，进一步降低了成本。由于电动机起动电流是运行电流的6～7倍，采用本发明之抽油机所用电动机起动后始终处于运行状态，这样一则可以适当减小装机容量，如选用22或30kw电动机即可，而则大幅度降低能耗。由于本发明只需由普通电动机提供动力，因此，大悬荷抽油机依然可以采用本发明。由于本发明其核心部分有常规、通用机电零部件构成，所以对维护人员的要求较低，维修成本低，维修方便。例如，属于易损件的电磁离合器，按照中华人民共和国国家标准，其寿命中间值为500万次，按4.5次/分计算，可连续使用771天，更换两副摩擦片的成本也仅为500～600元人民币，完全能为采油企业所接受。再有，由于在动力传递机构中采用电磁离合器，增加了传动柔性，在一定程度上可减轻或避免抽油设备的意外损坏。与现有车床用电磁离合换向减速器相比，由于电磁离合器安装在输入轴上，较小的离合器能够胜任较大的扭矩输出，另外，其结构简单，坚固耐用。
图1是现有技术中落地式多绳抽油机示意图。图2是现有技术电磁离合换向减速器示意图。图3是本发明所采用的一种牵拉式抽油机示意图。图4是本发明之电磁离合自动换向减速器工作位置俯视示意图。图5是本发明之电磁离合自动换向减速器结构平面展开和工况示意图。图6是本发明之电磁离合自动换向减速器局部示意图。
具体实施例方式
参见图5、图6，一、拟将本发明之换向减速器应用于12型牵拉式抽油机上，其悬荷为120KN，传动板带15的强度为每毫米4000N，泵挂16直线行走速度为0.75m/s，冲次为4.5次/分，输出皮带轮41与主导轮17的传动比为2.5∶1，输出皮带轮41外径为200mm，换向减速器的传动比设计为30∶1，输入皮带轮29转速为390～450rpm，输出皮带轮41的转速则为13～15rpm，电磁离合器30、33的闭合力矩为40kg·m，为多片湿式，电动机为一般的六极三相异步交流电动机，功率为18.5kw，输出轴27的输出扭矩为18KN·m。二、拟将本发明之换向减速器应用于5型牵拉式抽油机上，其悬荷为50KN，电磁离合器30、33的闭合力矩为16kg·m，设计传动比为20∶1，电动机功率为10kw，输出扭矩为12KN·m。三、拟将本发明之换向减速器应用于20型牵拉式抽油机上，其悬荷为200KN，电磁离合器30、33的闭合力矩为80kg·m，设计传动比为50∶1，电动机功率为45kw，输出扭矩为45KN·m。
权利要求
1.一种电磁离合自动换向减速器，在动力传递过程中，在实现减速的同时，还可以实现换向，其特征在于，将这种换向减速器应用于石油开采机械中的抽油机上，用来将来自电动机转向不变的扭矩在减速的同时换向输出。
2.根据权利要求1所述的换向减速器，其特征在于，可用来将输入扭矩同向输出。
3.根据权利要求1所述的换向减速器，其特征在于，可用来将输入扭矩反向输出。
4.根据权利要求1所述的换向减速器，其特征在于，可用来将输入扭矩同向、反向交替输出。
5.根据权利要求1所述的换向减速器，其特征在于，输出扭矩为12～45KN·m。
6.一种电磁离合自动换向减速器，由输入轮、输出轮、箱体(28)、电磁离合器(30、33)、齿轮、转轴及轴承组成，由电磁离合器控制换向，由齿轮减速传递由输入轮承接的外来扭矩，最后经由输出轮输出，其特征在于，输入轴(24)、两个过渡轴(25、26)、输出轴(27)通过轴承自下而上安装在箱体(28)上，输入皮带轮(29)、电磁离合器(30)、齿轮(31、32)、另一电磁离合器(33)自右至左安装在输入轴(24)上，其中，输入皮带轮(29)安装在输入轴(24)的箱体(28)外端，齿轮(31、32)通过轴承安装在输入轴(24)上，两个电磁离合器(30、33)分别连有闭合电流导线(34、35)，各自的定片组与输入轴(24)键合，动片组分别与齿轮(31、32)连为一体，过渡轴(25)上自右至左装有齿轮(36)、连体齿轮(37)，另一过渡轴(26)上自右至左装有连体齿轮(38、39)，其中连体齿轮(38)通过轴承安装在过渡轴(26)上，齿轮(40)、输出皮带轮(41)安装在输出轴(27)上，其中输出皮带轮(41)安装在输出轴(27)的箱体(28)外端。
7.根据权利要求6所述的换向减速器，其特征在于，电磁离合器(30、33)的闭合力矩为16～80kg·m。
8.根据权利要求6所述的换向减速器，其特征在于，输入、输出传动比为20∶1～50∶1。
9.根据权利要求6所述的换向减速器，其特征在于，输出轴(27)上的输出扭矩为12～45KN·m。
全文摘要
抽油机用电磁离合自动换向减速器属于石油开采机械动力传递装置技术领域。在现有技术中，落地式多绳抽油机等牵拉式抽油机通常靠电动机的顺、逆交替反复起动最终实现泵挂的直线往复运动，耗能高、设备价格高、故障律高、维护困难。车床上使用的换向减速器因其结构的原因不能用到抽油机上来。本发明是一种专用电磁离合自动换向减速器，应用于牵拉式抽油机上，可在实现减速的同时，又实现换向。该装置由通常的机电零部件构成，造价低，结构简单、坚固，输出扭矩大，维护容易且成本低。可用于各种牵拉式抽油机上。
文档编号F16H3/14GK1480664SQ0314405
公开日2004年3月10日 申请日期2003年7月30日 优先权日2003年7月30日
发明者姜文有, 王宪臣 申请人:姜文有