CN205350220U - 一种换向减速机 - Google Patents

Abstract

一种可以用在油田抽油机上的长行程机械换向减速机，在电动机按一个特定方向旋转的情况下，通过这个换向减速机，可以使输出轴按一定规律实现正反转，从而实现抽油杆的上下往复直线运动。它主要利用两根(一根正向旋转、一根反向旋转)中间轴，通过两组离合器的配合，交替结合、分离，使动力轮流通过两根中间轴从输入轴向输出轴传递，从而实现正反转换向功能。并在传递动力过程中，通过齿轮的大小变化组合，达到减速增扭的目的。在本换向减速机上设置有计量角位移的编码器，利用编码器可以准确地计量输出轴转过的角度，而实现精确换向。而且，利用编码器的功能，可以使离合器在各半轴转速差最接近时结合，以减少离合器结合时的冲击和摩损。

Description

一种换向减速机

技术领域

本发明涉及油田机械采油设备，尤其是不依赖电动机正反转换向的长行程抽油机使用的换向减速机。也适合其它需要正反转或做往复直线运动的机械使用。

背景技术

现有技术的抽油机，分为游梁抽油机和无游梁抽油机两种。典型的游梁抽油机是四连杆结构，这种抽油机利用四连杆机构将电动机的单向圆周运动转换为悬点的往复直线运动，这种结构的主要缺点一是能耗较高，二是不适合行程过长，三是无法实现精确平衡，导致电动机高配，大马拉小车。

无游梁抽油机是发展的趋势这已是业界的共识，无游梁抽油机又有电机换向和机械换向之分。目前几种主要的无游梁抽油机，如链条机、皮带机、环形齿条机等，虽都属机械换向范畴，但因结构复杂，换向冲击等原因，使耐用性变差；电机换向的无游梁机，是采用电动机正反转的方式，实现抽油机悬点的往复直线运动的，但这种频繁的电动机启停，势必造成电动机的寿命降低。这两种类型的无游梁抽油机，虽然克服了传统游梁机的不足，但也带来了新的问题，就是抽油机的耐用性变差。

业界强烈需要一种不依赖电机正反转实现换向，同时又结构简单，结实耐用的无游梁抽油机，从而可以实现任意所需要的冲程，并能兼顾节能增产需要的新产品。这就是换向减速机。换向减速机就是在动力源电动机按一个方向做旋转的情况下，通过这个换向减速机构，实现输出轮的正反向旋转，同时兼顾减速增扭的作用。

各种机理的换向减速机不断被设计出来，比较合理的是ZL201120297063.X、文献CN104295711A所设计的这种换向减速机，但结构略显复杂，传动齿轮较多，自然会使机械效率下降，使无游梁抽油机的节能效果打了折扣。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，用一种更简单直接的方法，实现换向功能，使换向减速机的结构更加合理、机械效率进一步提高、为抽油机实现长冲程大载荷提供简单的实现手段，从而提高单井效率，使油田节能增产。

本发明的换向减速机主要利用一根正向旋转和一根反向旋转的中间轴，通过两组离合器的配合，交替结合、分离，使动力轮流通过两根中间轴从输入轴向输出轴传递，从而实现正反转换向功能。并在传递动力过程中，通过齿轮的大小变化组合，达到减速增扭的目的。

本换向减速机在中间轴及输入轴端设置有计量角位移的编码器，编码器能够准确地计量输出轴转过的角度，可以使抽油机的换向不再依赖外部的接触开关，而实现精确换向。

利用编码器的功能，可以使离合器在各半轴转速差最接近时结合，以减少离合器结合时的冲击和摩损。

有益的效果：采用上述发明的换向减速机生产的抽油机，将会

①、克服传统游梁抽油机的诸多缺点，减少四连杆机构机械效率的损失，从而提高整机的机械效率；

②、使抽油机容易实现天平式的精确平衡；

③、使抽油机可以精确配置电动机，避免游梁机电动机高配带来的投资增加和电机效率下降的能量损失；

④、使抽油机可以轻易实现长行程和大载荷。行程的长短只受限于井下抽油泵的行程和支撑塔架的高度与强度；

⑤、解决了链条机等换向时的冲击和易损问题，并使抽油机整机结构简单，制造成本降低；

⑥、避免了电机换向抽油机的电机频繁启停而给电机带来的损害，避免了电机损坏；

⑦、可以做到象游梁机一样的长使用寿命。

⑧、与ZL201120297063.X和CN104295711A相比，因为减少了啮合齿轮组数，所以提高了机械传动效率，可以进一步节约能源。

附图说明

图1是本发明换向减速机的三维立体结构示意图；

图2是本发明换向减速机的结构原理简图；

具体实施方式

图1中共有四根轴，分别是：动力输入轴(2)、第一中间轴(3)、第二中间轴(4)、动力输出轴(5)，分别通过轴承固定在机器的壳体上。

图1中用到两组离合器，分别是第二离合器(12)、第一离合器(13)，每组离合器又分为两部分，由机构驱动其结合或分离。

图1中的皮带轮(1)一端连接动力源电动机，另一端固接至动力输入轴(2)，动力输入轴(2)固接着主动齿轮(6)，主动齿轮(6)与第一中间轴(3)上固接的第一输入齿轮(7)相啮合，第一输入齿轮(7)又与固接在第二中间轴(4)上的第二输入齿轮(10)相啮合；当动力源电动机按某一固定方向转动时，主动齿轮(6)带动第一输入齿轮(7)旋转，第一输入齿轮(7)带动第二输入齿轮(10)旋转，第一输入齿轮(7)与第二输入齿轮(10)转速相等，旋转方向相反。

第一中间轴(3)、第二中间轴(4)分别由两个半轴组成，两个半轴分别固接第二离合器(12)或第一离合器(13)的一端，这样，一根中间轴就由离合器一分为二，当第二离合器(12)或第一离合器(13)结合时，中间轴就成为一根轴，同步旋转，当第二离合器(12)或第一离合器(13)分离时，中间轴就分为两段，各自转动，相互不产生影响。

第一中间轴(3)在第一离合器(13)的从动端，固接着第一输出齿轮(8)，第二中间轴(4)在第二离合器(12)的从动端，固接着第二输出齿轮(9)，第一输出齿轮(8)和第二输出齿轮(9)，分别与动力输出轴(5)上固接的转换齿轮(11)相啮合，这种啮合结构，决定了第一输出齿轮(8)和第二输出齿轮(9)始终是转速相同，但旋转方向相反。

动力输出轴(5)的两端各固接一个动力输出齿轮(14)，用以输出力矩至抽油机的卷绳滚筒。

以油田抽油机为例的工作过程为：当动力源电动机带动皮带轮(或者不通过皮带轮，电动机直接键连接至动力输入轴(2)，视电动机转速而定)按某个固定的方向旋转(为了描述方便，此处假设皮带轮按顺时针方向旋转，并简称正转)时，固接在同一根动力输入轴(2)上的主动齿轮(6)也正转，与主动齿轮(6)相啮合的第一输入齿轮(7)则反转，与第一输入齿轮(7)相啮合的第二输入齿轮(10)则为正转。当本机器工作时，这三个齿轮(6、7、10)一直保持不变的转动方向，即主动齿轮(6)正转、第二输入齿轮(10)也正转、第一输入齿轮(7)就反转。

工作过程中，由微处理器控制两组离合器(12、13)的开合，两组离合器不能同时结合，只能是一个吸合，另一个分离，或者同时分离，否则将会使正反转同时传递给转换齿轮(11)，造成输出轴停转或齿轮损坏。

当第一离合器(13)结合时，动力通过第一输入齿轮(7)、第一离合器(13)，传递给第一输出齿轮(8)(反转)，第一输出齿轮(8)再将动力传递给转换齿轮(11)(正转)，则动力输出轴(5)带动动力输出齿轮(14)正转(此处假定为抽油机的上行程)。

当动力输出轴(5)转过设定的角位移(或接收到抽油机另设之接触开关的信号)时，开始上止点换向。

换向首先从第一离合器(13)断开开始，第一离合器(13)断开后，动力输出轴(5)失去了动力，在抽油机的其它力的作用下做减速运动。

在没有其它辅助换向机构帮助的情况下，抽油机不会自动反转，所以，当编码器(15)检测到第二中间轴(4)的转速很低时，即可让第二离合器(12)结合。

第二离合器(12)结合后，动力通过正转第二输入齿轮(10)、第二离合器(12)传递给第二输出齿轮(9)(正转)，第二输出齿轮(9)再将动力传递给转换齿轮(11)(反转)，则动力输出轴(5)带动动力输出齿轮(14)反转。至此完成一次换向，抽油机的下行程开始。

当动力输出轴(5)转过设定的角位移(或接收到抽油机另设之下行程结束之接触开关的信号)时，开始下止点换向。

换向首先从第二离合器(12)断开开始，第二离合器(12)断开后，动力输出轴(5)失去了动力，在抽油机的其它力的作用下做减速运动，直至停止。

在配重合理或有其它辅助换向机构帮助的情况下，抽油机会自动反转，所以，当编码器(15)检测到第二中间轴(4)的转速合适时，即可让第一离合器(13)结合。

第一离合器(13)结合后，动力通过第一输入齿轮(7)、第一离合器(13)传递给第一输出齿轮(8)(反转)，第一输出齿轮(8)再将动力传递给转换齿轮(11)(正转)，则动力输出轴(5)带动动力输出齿轮(14)正转。至此完成一次换向，上行程开始。

重复[0031]至[0037]各步，循环往复。

Claims (7)

1.一种换向减速机，其主要特征在于：利用一根正向旋转和一根反向旋转的中间轴，通过两组离合器的配合，交替结合、分离，使动力轮流通过两根中间轴从输入轴向输出轴传递，从而使输入轴在按同一旋转方向不改变的情况下，实现输出轴正反转换向功能；这种换向减速机的特征是，第一中间轴(3)与第二中间轴(4)分别与第二离合器(12)和第一离合器(13)相连，第一中间轴上固接着第一输入齿轮(7)和第一输出齿轮(8)，第二中间轴上固接着第二输入齿轮(10)和第二输出齿轮(9)，第一输入齿轮(7)与第二输入齿轮(10)相啮合，提供方向相反的转动，第一输出齿轮(8)与第二输出齿轮(9)同时与动力输出轴(5)上固接的转换齿轮(11)相啮合，通过第二离合器(12)和第一离合器(13)的规律性结合与断开，将第一输入齿轮(7)与第二输入齿轮(10)的不同转动方向的动力传递到动力输出轴(5)，从而实现动力输出轴(5)的规律性正反转；在传递动力的过程中，通过齿轮的大小变化组合，达到减速增扭的目的；在中间轴和输入轴上都设置有测量角位移的编码器，利用编码器可以准确地计量输出轴转过的角度，使抽油机的换向不再依赖外部的接触开关，而实现精确换向；利用编码器的功能，可以使离合器在各半轴转速差最接近时结合，以减少离合器结合时的冲击和摩损。

2.如权利要求1所述的换向减速机，其特征在于，共有四根轴，分别是：动力输入轴(2)、第一中间轴(3)、第二中间轴(4)、动力输出轴(5)，分别通过轴承固定在机器的壳体上。

3.如权利要求1所述的换向减速机，其特征在于，用到两组离合器，分别是第一离合器(13)、第二离合器(12)，每组离合器又分为两部分，由机构驱动其结合或分离。

4.如权利要求1所述的换向减速机，其特征在于，皮带轮(1)一端连接动力源电动机，另一端固接至动力输入轴(2)，动力输入轴(2)固接着主动齿轮(6)，主动齿轮(6)与第一中间轴(3)上固接的第一输入齿轮(7)相啮合，第一输入齿轮(7)又与固接在第二中间轴(4)上的第二输入齿轮(10)相啮合；当动力源电动机按某一固定方向转动时，主动齿轮(6)带动第一输入齿轮(7)旋转，第一输入齿轮(7)带动第二输入齿轮(10)旋转，第一输入齿轮(7)与第二输入齿轮(10)转速相等，旋转方向相反。

5.如权利要求1所述的换向减速机，其特征在于，第一中间轴(3)、第二中间轴(4)分别由两个半轴组成，两个半轴分别固接第一离合器(13)或第二离合器(12)的一端，这样，一根中间轴就由离合器一分为二，当第一离合器(13)或第二离合器(12)结合时，中间轴就成为一根轴，同步旋转，当第一离合器(13)或第二离合器(12)分离时，中间轴就分为两段，各自转动，相互不产生影响。

6.如权利要求1所述的换向减速机，其特征在于，第一中间轴(3)在第一离合器(13)的从动端，固接着第一输出齿轮(8)，第二中间轴(4)在第二离合器(12)的从动端，固接着第二输出齿轮(9)，第一输出齿轮(8)和第二输出齿轮(9)，分别与动力输出轴(5)上固接的转换齿轮(11)相啮合，这种啮合结构，决定了第一输出齿轮(8)和第二输出齿轮(9)始终是转速相同，但旋转方向相反。

7.如权利要求1所述的换向减速机，其特征在于，动力输出轴(5)的两端各固接一个动力输出齿轮(14)，用以输出力矩至抽油机的卷绳滚筒。