一種具有t型游梁的鐘擺式抽油的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有T型游梁的鐘擺式抽油機(jī)，該抽油機(jī)包括機(jī)架、T型游梁、驢頭、減速箱、曲柄和電機(jī)，所述T型游梁通過主軸安裝在所述機(jī)架上；擺桿的中心線垂直于主梁以構(gòu)成剛性連接的T型游梁，二者在運動過程中的傳動角始終等于90°；所述減速箱的輸出軸位于所述主軸的下方；所述曲柄安裝在減速箱的輸出軸上，所述曲柄設(shè)有撥動裝置，所述撥動裝置與所述擺桿配合將所述曲柄的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)樗鰯[桿的弧形運動，以帶動所述主梁的上下擺動。本發(fā)明配重平衡力矩穩(wěn)定，可明顯降低抽油機(jī)峰值扭矩，消除負(fù)扭矩，增強(qiáng)穩(wěn)定性，提高節(jié)能效果。
【專利說明】一種具有T型游梁的鐘擺式抽油機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及采油機(jī)械領(lǐng)域，特別是涉及一種游梁抽油機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 游梁式抽油機(jī)作為井下抽油泵的地面動力設(shè)備，是一種主要機(jī)械采油設(shè)備。常見 的抽油機(jī)結(jié)構(gòu)一般為機(jī)架位于游梁的中間，抽油機(jī)工作時游梁兩端所受的載荷比較平衡， 使機(jī)架運行平穩(wěn)；曲柄采用常規(guī)條形曲柄，連接有平衡塊，曲柄連桿機(jī)構(gòu)和驢頭分別位于機(jī) 架的兩側(cè)，曲柄與游梁之間通過剛性連接或軟連接來傳遞動力和扭矩。
[0003] 如圖1所示，曲柄與游梁之間可以通過鋼絲繩的軟連接來傳遞動力。比如中國發(fā) 明專利CN202707004中公開的一種雙驢頭節(jié)能抽油機(jī)，包括機(jī)座1'、機(jī)架2'、游梁3'、后 驢頭4'、前驢頭5'、曲柄6'、平衡塊7'、減速箱8'、鋼絲繩9'和電機(jī)10'，游梁的兩 端分別連接前驢頭和后驢頭，后驢頭通過鋼絲繩9'連接曲柄6'，曲柄連接配重的平衡塊 7'和減速箱8'，前驢頭連接懸繩器11'。
[0004] 如圖2所示，目前常規(guī)的游梁抽油機(jī)包括電機(jī)1"、剎車裝置2"、減速箱3"、曲柄 4"、平衡塊5"、連桿6"、游梁軸7"、平衡塊8"、機(jī)架軸9"、游梁10'、驢頭11"、懸繩 器12"和機(jī)架13"，連桿6"采用剛性連接，曲柄4"上設(shè)有平衡塊8"，其通過四連桿結(jié)構(gòu) 傳遞動力。其中，曲柄軸中心基本位于游梁的尾軸承正下方，這樣，當(dāng)驢頭處于上死點（驢 頭抬至最高點）、下死點（驢頭降至最低點）位置時，連接桿中心線間的夾角基本為零，這個 角被稱為抽油機(jī)的極位夾角；平衡塊重心與曲柄軸中心線重合，即兩線之間構(gòu)成的夾角為 零，這個角被稱為抽油機(jī)的平衡相位角。
[0005] 上述抽油機(jī)存在的不足是：由于平衡塊安裝在曲柄上，旋轉(zhuǎn)時平衡塊會產(chǎn)生一定 的離心力，由于極位夾角近似為零，使得抽油機(jī)工作時上下沖程曲柄轉(zhuǎn)過的角度基本相等， 在整個工作循環(huán)中，抽油機(jī)峰值扭矩較高，還存在負(fù)扭矩問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了降低抽油機(jī)峰值扭矩，并消除負(fù)扭矩，提高節(jié)能效果，本發(fā)明提供了一種新型 的游梁抽油機(jī)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種具有T型游梁的鐘擺式抽油機(jī)，該抽油機(jī)包括機(jī)架、T型游梁、驢頭、減速箱、 曲柄和電機(jī)，所述T型游梁通過主軸安裝在所述機(jī)架上；擺桿的中心線垂直于主梁以構(gòu)成 剛性連接的所述T型游梁，二者在運動過程中的傳動角始終等于90° ;所述主梁兩端連接 所述驢頭，所述減速箱的輸出軸位于所述主軸的下方；所述曲柄安裝在減速箱的輸出軸上， 所述曲柄設(shè)有撥動裝置，所述撥動裝置與所述擺桿配合將所述曲柄的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)樗鰯[ 桿的弧形運動，以帶動所述主梁的上下擺動。
[0009] 進(jìn)一步地，所述撥動裝置在所述擺桿的縱向?qū)к壊蹆?nèi)做預(yù)定行程內(nèi)的往復(fù)運動， 所述擺桿在擺動時傳遞給所述游梁的傳動力矩為可變的。
[0010] 進(jìn)一步地，所述導(dǎo)軌槽為雙面軌道，以提供所述撥動裝置在不同旋轉(zhuǎn)角度下的移 動軌道和載荷支撐。
[0011] 進(jìn)一步地，所述擺桿的中心線居于游梁的中心位置，所述驢頭對稱設(shè)置于所述主 梁的兩端；所述曲柄與減速箱的輸出軸的連接處基本位于所述主軸的正下方。
[0012] 進(jìn)一步地，所述主梁與擺臂固定連接，所述擺桿固定于所述擺臂上。
[0013] 進(jìn)一步地，所述擺臂呈V型或梯型。
[0014] 進(jìn)一步地，所述驢頭升至最高點或降至最低點時與所述主梁水平位置的水平線形 成夾角a，所述擺桿擺動至最大幅度時與所述主梁水平位置的垂直線形成夾角3，所述a =3。
[0015] 進(jìn)一步地，所述夾角a或0小于或等于22.5°。
[0016] 進(jìn)一步地，該抽油機(jī)去掉了現(xiàn)有技術(shù)中所述曲柄上的平衡塊，所述曲柄的旋轉(zhuǎn)在 上沖程和下沖程轉(zhuǎn)過的角度不相等；其中，所述曲柄在上沖程轉(zhuǎn)過的角度Y 1 > 180°，在 下沖程轉(zhuǎn)過的角度Y2 < 180°。
[0017] 進(jìn)一步地，所述抽油機(jī)還包括電氣控制系統(tǒng)，所述減速器的輸入軸上設(shè)有電磁自 動制動器，所述電氣控制系統(tǒng)包括用于所述電磁自動制動器在失載情況下實現(xiàn)制動的控制 電路。
[0018] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0019] 1、該抽油機(jī)的T型游梁采用對稱雙驢頭天平平衡結(jié)構(gòu)，平衡扭矩與載荷扭矩的變 化規(guī)律完全吻合，使抽油機(jī)的凈扭矩曲線較理想，其平衡效果好，可明顯降低抽油機(jī)峰值扭 矩、消除負(fù)扭矩、增強(qiáng)穩(wěn)定性、提高節(jié)能效果。
[0020] 2、該動力傳遞機(jī)構(gòu)是曲柄帶動撥動裝置撥動擺桿，從工作過程看，由于曲柄的旋 轉(zhuǎn)，使撥動裝置在擺桿的導(dǎo)軌槽中往復(fù)運動，而使擺桿形成往復(fù)擺動，并將動力傳遞到主 梁，使主梁上的驢頭進(jìn)行上下的往復(fù)運動，而實際做功時擺桿長度是變化的，形成了一個可 變參數(shù)的四導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，達(dá)到省力并降低功耗的效果。
[0021] 3、由于擺桿與主梁在運動過程中的傳動角始終等于90°，其傳力性能是四桿機(jī)構(gòu) 中性能最優(yōu)。其工作原理是傳力性能的參數(shù)是壓力角或傳動角，壓力角越?。磦鲃咏窃?大），機(jī)構(gòu)的傳力效率越高；反之，壓力角越大（即傳動角越?。?，機(jī)構(gòu)的傳力損耗越大，傳動 效率越低。
[0022] 4、抽油機(jī)工作時上下沖程曲柄轉(zhuǎn)過的角度不是相等的；上沖程轉(zhuǎn)過的角度大于> 180°，下沖程轉(zhuǎn)過的角度<180°，使懸點上沖程的加速度和動載荷減小，是減速器的峰值 扭矩降低，扭矩變化更均勻。上下沖程時間可以根據(jù)油井工況需要實時調(diào)整，明顯提高節(jié)能 效果。
[0023] 5、去掉了現(xiàn)有技術(shù)中曲柄上的平衡塊，可以消除旋轉(zhuǎn)平衡塊的離心力，使抽油機(jī) 整機(jī)的穩(wěn)定性更好。
[0024] 6、由于兩端平衡使主要載荷僅作用于游梁的主軸上，因而摩擦功率損耗較低，整 機(jī)的機(jī)械效率較高。
[0025] 7、由于在減速器的輸入軸端裝有電磁自動制動器，除具有常規(guī)制動功能外，還具 備抽油機(jī)運行過程中，意外斷、脫（即失載）時，自動制動的安全控制功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1、2為現(xiàn)有技術(shù)的抽油機(jī)結(jié)構(gòu)；
[0027] 圖3-5為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中分別示出了主梁位于水平位置的狀 態(tài)、主梁的驢頭位于上懸點（上止點）狀態(tài)和下懸點（下止點）狀態(tài)。
[0028] 圖6為本發(fā)明的抽油機(jī)運行時的變化狀態(tài)示意圖；
[0029] 圖7為本發(fā)明的抽油機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)抽油機(jī)的速度比較曲線圖；
[0030] 圖8為本發(fā)明的抽油機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)抽油機(jī)的加速度比較曲線圖；
[0031] 圖9為本發(fā)明的抽油機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)抽油機(jī)的扭矩變化比較示意圖；
[0032] 圖10為本發(fā)明抽油機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)抽油機(jī)的功率變化比較示意圖。

【具體實施方式】
[0033] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0034] 如圖3-5所示，本發(fā)明提供一種游梁式抽油機(jī)，包括機(jī)架1、曲柄2、擺臂4、擺桿5、 主梁7、驢頭和驅(qū)動裝置組成。其中，擺臂4、擺桿5和主梁7構(gòu)成T型游梁，其中，從位置關(guān) 系看，擺桿5的中心線與主梁7垂直，呈T型結(jié)構(gòu)設(shè)置，在實施例中，具體連接結(jié)構(gòu)為：擺桿 5固定于擺臂4,而擺臂又固定于主梁7,均為剛性連接，比如螺栓連接、焊接等連接方式。作 為一種變形，擺桿還可以與主梁直接固定連接，連接處再予以必要的加固支撐。
[0035] 主梁7采用對稱雙驢頭天平平衡結(jié)構(gòu)，包括前驢頭6和配重驢頭11，配重驢頭11 上連接有配重8。優(yōu)選地，該配重8采用鋼絲繩懸掛方式易于調(diào)節(jié)，使主梁兩端驢頭載荷以 一個鉛墜的合力作用在機(jī)架1上，因此機(jī)架1承受的水平分力比常規(guī)游梁抽油機(jī)要小得多， 使機(jī)架1的晃動量相應(yīng)要小些。
[0036] 主梁7的兩端所受的載荷對稱平衡，主梁中心上設(shè)有主軸，該主軸優(yōu)選為軸承12， 軸承12設(shè)置在機(jī)架1的頂端，主梁7以該軸承12為樞軸擺動。優(yōu)選地，機(jī)架1與主梁7之 間還設(shè)有一個鎖定裝置10,可以使主梁7固定于水平位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是， 當(dāng)主梁7上下擺動時，與其通過剛性連接的擺臂4、擺桿5而形成的T型游梁，其整體隨之以 該軸承12擺動。當(dāng)然，作為一種選擇，主軸的位置也可以不居于主梁7的中心點；還可以作 為一種選擇，主梁7的兩端的載荷也可以不對稱設(shè)置。
[0037] 在本實施例中，擺桿5通過擺臂4在主梁7下方剛性連接形成T型結(jié)構(gòu)，擺臂4為 V型，當(dāng)然也可以選擇其它適宜形狀和結(jié)構(gòu)的擺臂，比如梯形。上述V型擺臂4的有兩個，分 別剛性固定于主梁7的兩側(cè)，擺桿5設(shè)置安裝于兩個擺臂4上，并保證擺桿5與主梁7的傳 動角在運動過程中始終保持為90°。本實施例中，擺桿5以多點剛性地固定于擺臂4上，從 而進(jìn)一步保證擺臂4的牢固性和穩(wěn)定性。
[0038] 驅(qū)動裝置包括電機(jī)9和減速箱3,減速箱3大致位于軸承12的下方，電機(jī)9與減速 箱3之間由皮帶傳動。
[0039] 減速箱3的輸出軸上設(shè)有一個曲柄2,曲柄2的另一端通過撥動裝置13將動力傳 遞給擺桿5,優(yōu)選地，該撥動裝置13可以是滾輪或滑塊；擺桿5為鐘擺式往復(fù)運動，擺桿5上 設(shè)有與撥動裝置13的結(jié)構(gòu)相配合的縱向的導(dǎo)軌槽14,隨著曲柄2的轉(zhuǎn)動，使撥動裝置13在 導(dǎo)軌槽14內(nèi)做上下往復(fù)運動。作為優(yōu)選方案，擺桿5的導(dǎo)軌槽14內(nèi)設(shè)置有雙面軌道（雙 側(cè)軌道），使撥動裝置13與導(dǎo)軌槽14的兩側(cè)相接觸以適應(yīng)撥動裝置13在不同旋轉(zhuǎn)角度時， 選擇導(dǎo)軌槽的其中一面（一側(cè)）導(dǎo)軌作為施力點，從而更為有效地傳遞動力。
[0040] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，該抽油機(jī)直接去掉了與曲柄2配合的平衡塊，以更好地提高穩(wěn) 定性。
[0041] 進(jìn)一步，為了達(dá)到消除負(fù)扭矩的技術(shù)效果，優(yōu)選地，曲柄2與減速箱3的輸出軸的 連接處基本位于主梁7的軸承12的正下方。曲柄2上的撥動裝置13在擺桿5的導(dǎo)軌槽14 內(nèi)以預(yù)定行程內(nèi)做上下移動，使得擺桿5在擺動時傳遞給主梁7的傳動力矩為可變的。特 別優(yōu)選地，如圖6所示，曲柄2在上沖程和下沖程轉(zhuǎn)過的角度不相等，其中，曲柄2的旋轉(zhuǎn)在 上沖程轉(zhuǎn)過的角度Yl > 180°，在下沖程轉(zhuǎn)過的角度y2< 180°。當(dāng)驢頭升至最高點或 降至最低點時，其與主梁水平位置的水平線形成夾角a，軌道擺動至最大幅度時與主梁水 平位置的垂直線形成夾角P，優(yōu)選地，夾角a = 0。為了達(dá)到好的節(jié)能效果，夾角a或運 最好小于或等于22. 5°，比如22°。
[0042] 上述的抽油機(jī)由一個電氣控制系統(tǒng)來控制設(shè)備運行，包括必備的電源控制、伺服 驅(qū)動器等，控制該電氣控制系統(tǒng)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的任何一種控制系統(tǒng)，以保證抽油機(jī) 的工作。作為一種選擇，減速箱3的輸入軸上安裝有電磁自動制動器（圖中未不），該電磁 制動器能夠?qū)崿F(xiàn)基本的制動功能以外，還可以在抽油機(jī)運行過程中，抽油桿意外斷、脫（即 失載）時，自動制動的安全控制功能；相應(yīng)地，上述電氣控制系統(tǒng)中包括了用于控制該電磁 自動制動器的控制電路。在此本發(fā)明不限定電磁自動制動器的結(jié)構(gòu)，也不限定電氣控制系 統(tǒng)的具體實現(xiàn)方式。作為一種可實施的方案，在此，全文引入中國發(fā)明專利CN202326846U 中所記載的電磁自動制動器和其中所涉及電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)方案。
[0043] 使用時，電機(jī)9通過皮帶帶動減速箱3工作，傳遞至曲柄2,曲柄前端的撥動裝置 13在導(dǎo)軌槽14內(nèi)往復(fù)運動，使擺桿5形成左右的弧形擺動，隨之T型游梁帶動驢頭6、配重 驢頭11也相應(yīng)形成上下的往復(fù)擺動。通過驢頭6和毛辮子15形成懸點的垂直往復(fù)運動， 帶動有桿抽油泵工作。
[0044] 本發(fā)明的抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)在部分性能做了檢測和比較，以進(jìn)一步說明本發(fā)明 提供的抽油機(jī)的優(yōu)越性能。以下涉及的常規(guī)游梁抽油機(jī)，大體結(jié)構(gòu)和工作原理如圖2,其曲 柄和減速箱的軸連接處基本位于游梁的尾軸承正下方，連桿為剛性連接。
[0045] 1、速度比較
[0046] 如圖7所示，橫軸為角度變化次數(shù)，角度坐標(biāo)依次為1、3、5......37止，縱軸為速 度，Cl是本發(fā)明的抽油機(jī)的速度曲線，C2是常規(guī)抽油機(jī)的速度曲線。
[0047] 由圖中的速度的變化曲線可見，上沖程速度比常規(guī)抽油機(jī)的低，使摩擦阻力減小， 有利于降低上沖程懸點載荷。
[0048] 2、懸點加速度比較
[0049] 如圖8所示，橫軸為角度變化次數(shù)，角度坐標(biāo)依次為1、3、5......37止，縱軸為加 速度，Cl是本發(fā)明的抽油機(jī)的加速度曲線，C2是現(xiàn)有抽油機(jī)的加速度曲線。
[0050] 由圖中的加速度的變化曲線可見，本發(fā)明抽油機(jī)上沖程前半段加速度比常規(guī)抽油 機(jī)的低，上沖程后半段加速度比常規(guī)抽油機(jī)的高，有利于減小動載荷，降低上沖程懸點載荷 的波動。
[0051] 3、曲柄扭矩比較
[0052] 如圖9所示，橫軸為角度變化次數(shù)，角度坐標(biāo)依次為1、3、5......37止，縱軸為曲 柄扭矩，Cl是本發(fā)明的抽油機(jī)的曲柄扭矩曲線，C2是現(xiàn)有抽油機(jī)的曲柄扭矩曲線。
[0053] 由圖中的扭矩的變化曲線可見，本發(fā)明的峰值扭矩比常規(guī)抽油機(jī)的低得多，整個 工作循環(huán)中無負(fù)扭矩，且上、下沖程峰值扭矩接近，上、下沖程扭矩波動均比常規(guī)抽油機(jī)均 勻，電動機(jī)負(fù)載變化較均勻，運轉(zhuǎn)比常規(guī)抽油機(jī)的平穩(wěn)。
[0054] 4、電機(jī)功率比較
[0055] 如圖10所示，橫軸為角度變化次數(shù)，角度坐標(biāo)依次為1、3、5......37止，縱軸為電 機(jī)功率，Cl是本發(fā)明的抽油機(jī)的曲柄扭矩曲線，C2是常規(guī)抽油機(jī)的曲柄扭矩曲線。
[0056] 曲柄勻速轉(zhuǎn)動時，電機(jī)功率變化規(guī)律與曲柄扭矩相同，本發(fā)明的鐘擺式抽油機(jī)的 電機(jī)功率峰值比常規(guī)抽油機(jī)的小得多，因此可以選用較小功率的電機(jī)，減小電動機(jī)自身損 耗和電路損耗，提高功率因數(shù)，改善電網(wǎng)的供電質(zhì)量。
[0057] 5、同為10型抽油機(jī)的主要參數(shù)對比：

【權(quán)利要求】
1. 一種具有T型游梁的鐘擺式抽油機(jī)，其特征在于，該抽油機(jī)包括機(jī)架、T型游梁、驢 頭、減速箱、曲柄和電機(jī)， 所述Τ型游梁通過主軸安裝在所述機(jī)架上； 擺桿的中心線垂直于主梁以構(gòu)成剛性連接的所述Τ型游梁，二者在運動過程中的傳 動角始終等于90° ;所述主梁兩端連接所述驢頭，所述減速箱的輸出軸位于所述主軸的下 方； 所述曲柄安裝在減速箱的輸出軸上，所述曲柄設(shè)有撥動裝置，所述撥動裝置與所述擺 桿配合將所述曲柄的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)樗鰯[桿的弧形運動，以帶動所述主梁的上下擺動。
2. 如權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)，其特征在于，所述撥動裝置在所述擺桿的縱向?qū)к壊?內(nèi)做預(yù)定行程內(nèi)的往復(fù)運動，所述擺桿在擺動時傳遞給所述游梁的傳動力矩為可變的。
3. 如權(quán)利要求2所述的抽油機(jī)，其特征在于，所述導(dǎo)軌槽為雙面軌道，以提供所述撥動 裝置在不同旋轉(zhuǎn)角度下的移動軌道和載荷支撐。
4. 如權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)，其特征在于，所述擺桿的中心線居于游梁的中心位置， 所述驢頭對稱設(shè)置于所述主梁的兩端；所述曲柄與減速箱的輸出軸的連接處基本位于所述 主軸的正下方。
5. 如權(quán)利要求4所述的抽油機(jī)，其特征在于，所述主梁與擺臂固定連接，所述擺桿固定 于所述擺臂上。
6. 如權(quán)利要求5所述的抽油機(jī)，其特征在于，所述擺臂呈V型或梯型。
7. 如權(quán)利要求6所述的抽油機(jī)，其特征在于，所述驢頭升至最高點或降至最低點時與 所述主梁水平位置的水平線形成夾角α，所述擺桿擺動至最大幅度時與所述主梁水平位置 的垂直線形成夾角β，所述α = β。
8. 如權(quán)利要求7所述的抽油機(jī)，其特征在于，所述夾角α或β小于或等于22.5°。
9. 如權(quán)利要求1-8中任一所述的抽油機(jī)，其特征在于，去掉了現(xiàn)有技術(shù)中所述曲柄上 的平衡塊，所述曲柄的旋轉(zhuǎn)在上沖程和下沖程轉(zhuǎn)過的角度不相等；其中，所述曲柄在上沖程 轉(zhuǎn)過的角度Yl > 180°，在下沖程轉(zhuǎn)過的角度Υ2 < 180°。
10. 如權(quán)利要求9所述的抽油機(jī)，其特征在于，所述抽油機(jī)還包括電氣控制系統(tǒng)，所述 減速器的輸入軸上設(shè)有電磁自動制動器，所述電氣控制系統(tǒng)包括用于所述電磁自動制動器 在失載情況下實現(xiàn)制動的控制電路。
【文檔編號】E21B43/00GK104278974SQ201410373811
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】孫寶利 申請人:孫寶利