机电组合变速传动装置及抽油机的制作方法

本发明涉及油田生产中的机械传动技术领域，尤其涉及机电组合变速传动装置及抽油机。

背景技术：

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

抽油机是有杆抽油的地面驱动设备。按其基本结构可分为游梁式和无游梁式两大类。目前国内外应用的最为广泛的是游梁式抽油机，其是由电机经皮带传动及二级圆柱齿轮减速机减速，通过曲柄及连杆、横梁带动游梁实现往复摆动。

现有的游梁式抽油机所需启动力矩大约是正常工作时的一倍以上，因而在设计的时候采用的电动机的功率都比较大。而在正常抽油时，由于负载变轻，所需的力矩又比较小，出现了抽油杆的负荷特性与电动机的机械特性不匹配的问题，由此导致电机功率利用率低的现象严重。尤其在驴头下放时，由于负载变轻，此时电机基本处于自由下放状态，降低了电网的功率因数和电机的效率，无法满足低渗透油田、低产井对低冲次抽油的要求。

在低渗透油田、低产井条件下，要求抽油机的冲次较低，过高冲次将导致绝大多数低产井在低沉没度、甚至严重供液不足条件下长期运转，这不仅造成泵效低、系统效率低、系统能耗的大量浪费，而且也严重恶化了抽油泵与抽油杆的工作条件，严重加剧抽油泵磨损、杆管断脱、杆管偏磨，减低了泵检周期，增加了油井泵作为的费用。

但由于受传动装置传动比的限制，目前广泛应用的游梁式抽油机冲次偏高，多适用于高渗透油田、高产井条件，无法满足低渗透油田、低产井对低冲次抽油的要求，即现有的抽油机适用范围较窄，一般不适宜应用于低渗透油田、低产井条件。

因此，现有的抽油机存在适用范围窄、不适宜应用于低渗透油田、低产井条件下的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种机电组合变速传动装置，其从动皮带轮通过抽油机皮带连接抽油机减速箱输入端的皮带轮，使得抽油机可以有效适用于低渗透油田、低产井条件，扩大了抽油机的适用范围，该机电组合变速传动装置包括：

驱动电机及变速装置，驱动电机的输出轴连接变速装置的输入轴，变速装置的输出轴连接从动皮带轮；

其中，变速装置包括：

变速杆、第一齿轮、第二齿轮、同步器、第三齿轮及第四齿轮；

第一齿轮、第二齿轮及同步器均套设在变速装置的输入轴上，位于第一齿轮与第二齿轮之间的同步器可沿变速装置输入轴的轴向自由滑动，第三齿轮及第四齿轮套设在变速装置的输出轴上；

当变速杆处于第一档位时，控制同步器与第一齿轮啮合，第一齿轮与第三齿轮匹配啮合形成具有第一传动比的第一齿轮链路；当变速杆处于第二档位时，控制同步器与第二齿轮啮合，第二齿轮与第四齿轮匹配啮合形成具有第二传动比的第二齿轮链路；

通过调节电气参数控制驱动电机的无级调速，驱动电机驱动变速装置带动从动皮带轮转动。

在本发明的一实施例中，驱动电机通过连接法兰连接变速装置。

在本发明的一实施例中，第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮及第四齿轮均为斜齿轮。

在本发明的一实施例中，第一齿轮空套在第一套筒上，通过第一套筒连接在变速装置的输入轴上，第一套筒在第一齿轮的左侧形成限位台阶，第一齿轮的右侧通过第一卡簧限位；

第二齿轮空套在第二套筒上，通过第二套筒连接在变速装置的输入轴上，第二套筒在第二齿轮的右侧形成限位台阶，第二齿轮的左侧通过第二卡簧限位。

在本发明的一实施例中，第一套筒空套在变速装置输入轴上，使输入轴上的第一齿轮在未与同步器啮合时不随变速装置的输入轴转动；

第二套筒空套在变速装置输入轴上，使输入轴上的第二齿轮在未与同步器啮合时不随变速装置的输入轴转动。

在本发明的一实施例中，第一齿轮的半径小于第二齿轮的半径，第二齿轮的半径小于第三齿轮的半径，第三齿轮的半径小于第四齿轮的半径。

在本发明的一实施例中，驱动电机包括bn系列驱动电机。

在本发明的一实施例中，驱动电机的输出轴通过联轴器连接变速装置的输入轴。

在本发明的一实施例中，同步器与变速装置的输入轴通过键槽连接，在停机换挡时通过变速杆控制同步器轴向滑动切换至空挡，使同步器滑动至所需档位，在同步器和齿轮啮合过程中，输入轴被迫转动一角度使换挡顺利进行。

本发明实施例还提供一种抽油机，包括上述任一实施例所述的机电组合变速传动装置，机电组合变速传动装置的从动皮带轮通过抽油机皮带连接抽油机减速箱输入端的皮带轮。

本发明实施例中，当变速杆处于第一档位时，控制同步器与第一齿轮啮合，第一齿轮与第三齿轮匹配啮合形成具有第一传动比的第一齿轮链路；当变速杆处于第二档位时，控制同步器与第二齿轮啮合，第二齿轮与第四齿轮匹配啮合形成具有第二传动比的第二齿轮链路；通过调节电气参数控制驱动电机的无级调速，驱动电机驱动变速装置带动从动皮带轮转动。在本发明实施例中，通过形成不同传动比的齿轮链路实现机械变速及冲次调节，同时通过调节驱动电机的转速实现电气变速及冲次调节，机电组合变速拓宽了冲次调控的范围，实现了冲次的宽幅调节，使得抽油机可以有效适用于低渗透油田、低产井条件，扩大了抽油机的适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例提供的机电组合变速传动装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1示出了本发明实施例提供的机电组合变速传动装置的结构示意，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，机电组合变速传动装置，其从动皮带轮3通过抽油机皮带连接抽油机减速箱输入端的皮带轮，机电组合变速传动装置，包括：

驱动电机1及变速装置2，驱动电机1的输出轴连接变速装置2的输入轴24，变速装置21的输出轴27连接从动皮带轮3。

其中，变速装置2包括：

变速杆20、第一齿轮21、第二齿轮22、同步器23、第三齿轮25及第四齿轮26；

第一齿轮21、第二齿轮22及同步器23均套设在变速装置2的输入轴24上，位于第一齿轮21与第二齿轮22之间的同步器23可沿变速装置2输入轴24的轴向自由滑动，第三齿轮25及第四齿轮26套设在变速装置2的输出轴27上。

当变速杆20处于第一档位时，控制同步器23与第一齿轮21啮合，第一齿轮21与第三齿轮25匹配啮合形成具有第一传动比的第一齿轮21链路；当变速杆20处于第二档位时，控制同步器23与第二齿轮22啮合，第二齿轮22与第四齿轮26匹配啮合形成具有第二传动比的第二齿轮22链路。

通过调节电气参数控制驱动电机1的无级调速，驱动电机1驱动变速装置2带动从动皮带轮3转动。

其中，机电组合变速传动装置的从动皮带轮3通过抽油机皮带连接抽油机减速箱输入端的皮带轮(图1未示出)。从动皮带轮3相较于传统的皮带轮，本发明实施例中的从动皮带轮3的轮径较大，可以有效延长皮带的使用寿命，降低运行维护费用成本。

变速装置2包括平行轴斜齿轮传动变速器，平行轴斜齿轮传动变速器具有减速比大，效率高、运转平稳、噪音小、结构紧凑、安装方便及使用寿命长等诸多突出的优点。平行轴斜齿轮传动变速器通过变速杆20调整平行轴斜齿轮传动变速器的换挡，既能满足各种油井中低冲次最佳匹配的要求，又能达到大幅度节能的目的。驱动电机1的电气参数至少包括电源电压，即可以通过调节驱动电机1的电源电压，实现驱动电机1的无级调速。

其中，第一档位及第二档位为预先设定的档位，本领域技术人员可以理解的是，可以根据实际情况和具体需求预先设定该第一档位及第二档位，本发明实施例对此不作特别的限制。

其中，第一传动比为变速杆20处于第一档位时所对应的传动比。第二传动比为变速杆20处于第二档位时所对应的传动比。本领域技术人员可以理解的是，在变速杆20档位不变、同步器23、第一齿轮21及第三齿轮25均确定的情况下，对应的第一传动比也是确定的，即可以根据变速杆20的档位、同步器23、第一齿轮21及第二齿轮22确定第一齿轮21链路的第一传动比。同样的，可以根据变速杆20的档位、同步器23、第三齿轮25及第四齿轮26确定第二齿轮22链路的第二传动比。

通过变速杆20处于不同档位，不同传动比的输出方式比单一传动比的冲次调控的范围扩大了一倍，实现了抽油机冲次的宽幅调节。

在本发明实施例中，机电组合变速传动装置包括驱动电机1及变速装置2，变速装置2包括变速杆20、第一齿轮21、第二齿轮22、同步器23、第三齿轮25及第四齿轮26。通过形成不同传动比的齿轮链路实现机械变速及冲次调节，同时通过调节驱动电机1的转速实现电气变速及冲次调节，机电组合变速拓宽了冲次调控的范围，实现了冲次的宽幅调节，使得抽油机可以有效适用于低渗透油田、低产井条件，扩大了抽油机的适用范围。

本发明实施例提供的机电组合变速传动装置，结构更加紧凑，同时可以使中低产液量的油井或稠油井的抽油机的冲次在1-4次/分钟、甚至更低的冲次上平稳、安全、可靠的运行，满足油田生产的需要，在油田出液量不变的情况下可节电20％-50％。另外，低冲次可以延长抽油杆的使用寿命，实现节约资源的目的。

申请人经过研究发现，针对油井的中、后期，井液供液不足，需要调节抽油机的冲次时，现有的游梁式抽油机整机需要停抽。首先需要切断电机的电源，将驴头锁死在稳定位置，然后进行手动刹车，刹车装置安装在游梁式抽油机变速器的输出轴端部，此时变速装置2的输出轴由于刹车而处于抱死状态。现有的游梁式抽油机变速器的换挡拨叉通过齿套设置在变速器的输出轴上，其输出轴与皮带轮直接连接，由于其输出轴被抱死，换档时可能发生齿套与输出轴上的齿轮无法对齿的问题影响换挡可靠性，甚至齿套和齿轮的强行啮合会导致抽油机刹车锁死机构失效，发生严重安全生产事故。

鉴于此，本发明实施例在变速装置2的输入轴24上，第一齿轮21和第二齿轮22之间设置的同步器23，能够有效避免现有抽油机停抽时由于换挡打齿等现象引发的生产安全事故，可以保障与机电组合变速传动装置连接的抽油机的安全平稳作业。

在本发明的一实施例中，驱动电机1通过连接法兰连接变速装置2。其中，连接法兰是一种可以使得两个部件紧密结合起来的可拆卸的接头。在本发明实施例中，通过可拆卸的连接法兰连接驱动电机1及变速装置2，可以提高机电组合变速传动装置拆卸及安装的灵活性。

在本发明的一实施例中，第一齿轮21、第二齿轮22、第三齿轮25及第四齿轮26均为斜齿轮。即变速装置2包括：变速杆20、第一斜齿轮、第二斜齿轮、同步器23、第三斜齿轮及第四斜齿轮。当变速杆20处于第一档位时，控制同步器23与第一斜齿轮啮合，第一斜齿轮与第三斜齿轮匹配啮合形成具有第一传动比的第一齿轮21链路；当变速杆20处于第二档位时，控制同步器23与第二斜齿轮啮合，第二斜齿轮与第四斜齿轮匹配啮合形成具有第二传动比的第二齿轮22链路。

其中，斜齿轮采用高强度合金钢，表面渗碳硬化处理，承载能力强，经久耐用。在实际应用中，斜齿轮因传动平稳，冲击、振动和噪声较小等特点，故而在高速重载场合使用广泛。

在本发明的一实施例中，第一齿轮21空套在第一套筒(图1未示出)上，通过第一套筒连接在变速装置2的输入轴24上，第一套筒在第一齿轮21的左侧形成限位台阶，通过第一卡簧对第一齿轮21的右侧限位；第二齿轮22空套在第二套筒(图1未示出)上，通过第二套筒连接在变速装置2的输入轴24上，第二套筒在第二齿轮22的右侧形成限位台阶，通过第二卡簧对第二齿轮22的左侧限位。

在本发明实施例中，第一套筒及第二套筒分别在第一齿轮21的左侧及第二齿轮22的右侧形成限位台阶，起到两端限位的效果。

在本发明的一实施例中，第一套筒空套在变速装置2输入轴24上，使输入轴24上的第一齿轮21在未与同步器23啮合时不随变速装置2的输入轴24转动；

第二套筒空套在变速装置2输入轴24上，使输入轴24上的第二齿轮22在未与同步器23啮合时不随变速装置2的输入轴24转动。

在本发明的一实施例中，第一齿轮21的半径小于第二齿轮22的半径；第二齿轮22的半径小于第三齿轮25的半径，第三齿轮25的半径小于第四齿轮26的半径。

在本发明的一实施例中，驱动电机1包括bn系列驱动电机。采用bn系列驱动电机，既减小了变压器容量，又节约电力设备投资，可以极大的降低机电组合变速传动装置的费用成本。

在本发明的一实施例中，驱动电机1的输出轴通过联轴器4连接变速装置2的输入轴24。其中，联轴器4是连接两轴或轴与回转件，在传递运动和动力过程中一同回转，在正常工作情况下不脱开的一种装置。有时也作为一种安全装置用来防止被联接机件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。本发明实施例联轴器4可以使得驱动电机1的输出轴与变速装置2的输入轴24在正常工作状态下不脱开。

在本发明的一实施例中，同步器23与变速装置2的输入轴24通过键槽连接，在停机换挡时通过变速杆20控制同步器23切换至空挡，然后使同步器23滑动至所需档位，此时，在同步器23和齿轮啮合过程中，输入轴24被迫转动一角度使换挡顺利进行。其中，该一角度为输入轴24被迫转动的一角度。在本发明的一实施例中，该角度小于预设角度。该预设角度为预先设定的角度，本领域技术人员可以理解的是，可以根据实际情况和实际需求预先设定该预设角度，例如，预先设定该预设角度为8°或者10°。本领域技术人员可以理解的是，还可以预先设定该预设角度为除上述8°或者10°之外的其他角度，例如5°或12°，或15°等，本发明实施例对此不作特别的限制。

在本发明实施例中，在停机换挡时(即将变速杆20从第一档位的状态变换为第二档位的状态，或者将变速杆20从第二档位的状态变换为第一档位的状态)，先通过变速杆20将同步器23切换至空挡状态，由于驱动电机1的输出轴在停机空挡状态下仍具有一定的旋转自由度，在同步器23与变速装置2的输入轴24通过键槽连接的情况下，此时同步器23会迫使驱动电机1的输出轴转动。

以下结合机电组合变速传动装置的工作过程，对本发明提供的机电组合变速传动装置的工作原理进行简单说明：

将变速杆20调整至第一档位，控制同步器23沿变速装置2的输入轴24的轴向向左(靠近第一齿轮21)滑动，至同步器23与第一齿轮21右侧的啮合齿相啮合，此时第一齿轮21与第三齿轮25匹配啮合形成具有第一传动比的第一齿轮21链路，调档完成后打开驱动电机1，驱动电机1输出轴驱动变速装置2的输入轴24，变速装置2的输入轴24带动第一齿轮21，第一齿轮21与变速装置2的输出轴27上的第三齿轮25啮合传递动力，第三齿轮25带动变速装置2的输出轴27转动，使得与机电组合变速传动装置连接的抽油机工作在第一档位。

在停机换挡时，先通过变速杆20控制同步器23切换至空挡，同步器23迫使驱动电机1的输出轴转动。

将变速杆20调整至第二档位，控制同步器23沿变速装置2的输入轴24的轴向向右(靠近第二齿轮22)滑动，至同步器23与第二齿轮22左侧的啮合齿相啮合，此时第二齿轮22与第四齿轮26匹配啮合形成具有第二传动比的第二齿轮22链路，调档完成后打开驱动电机1，驱动电机1输出轴驱动变速装置2的输入轴24，变速装置2的输入轴24带动第二齿轮22，第二齿轮22与变速装置2的输出轴27上的第四齿轮26啮合传递动力，第四齿轮26带动变速装置2的输出轴27转动，使得与机电组合变速传动装置连接的抽油机工作在第二档位。

本发明实施例提供的机电组合变速传动装置具有以下有益效果：

(1)通过形成不同传动比的齿轮链路实现机械变速及冲次调节，同时通过调节驱动电机1的转速实现电气变速及冲次调节，机电组合变速拓宽了冲次调控的范围，实现了冲次的宽幅调节，使得抽油机可以有效适用于低渗透油田、低产井条件，扩大了抽油机的适用范围。同时在较低冲次条件下，仍能平稳、安全、可靠的运行。

(2)第一齿轮21和第二齿轮22之间设置的同步器23，能够有效避免现有抽油机停抽时由于换挡打齿等现象引发的生产安全事故，保障与机电组合变速传动装置连接的抽油机的安全平稳作业。

(3)采用bn系列驱动电机1，既减小了变压器容量，又节约电力设备投资，可以极大的降低机电组合变速传动装置的费用成本。

(4)平行轴斜齿轮传动变速器具有减速比大，效率高、运转平稳、噪音小、结构紧凑、安装方便及使用寿命长等诸多突出的优点。平行轴斜齿轮传动变速器通过变速杆20调整平行轴斜齿轮传动变速器的换挡，既能满足各种油井中低冲次最佳匹配的要求，又能达到大幅度节能的目的。

(5)冲次调节方便，在不改变和破坏原有抽油机结构的基础上，适应抽油机野外生产作业且无需维护管理。

(6)独特的机电组合变速功能使得系统对节能电机的功率需求下降，实现了节能减排效果。

(7)低冲次可以延长抽油杆的使用寿命，实现节约资源的目的。

(8)从动皮带轮3的轮径较大，可以有效延长皮带的使用寿命，降低运行维护费用成本。

综上所述，在本发明实施例中，当变速杆20处于第一档位时，控制同步器23与第一齿轮21啮合，第一齿轮21与第三齿轮25匹配啮合形成具有第一传动比的第一齿轮21链路；当变速杆20处于第二档位时，控制同步器23与第二齿轮22啮合，第二齿轮22与第四齿轮26匹配啮合形成具有第二传动比的第二齿轮22链路；通过调节电气参数控制驱动电机1的无级调速，驱动电机1驱动变速装置2带动从动皮带轮3转动。在本发明实施例中，通过形成不同传动比的齿轮链路实现机械变速及冲次调节，同时通过调节驱动电机1的转速实现电气变速及冲次调节，机电组合变速拓宽了冲次调控的范围，实现了冲次的宽幅调节，使得抽油机可以有效适用于低渗透油田、低产井条件，扩大了抽油机的适用范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。