摘要：目前新設(shè)計(jì)的無(wú)游梁長(zhǎng)沖程抽油機(jī)基本上都是通過(guò)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)懸點(diǎn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)方式不僅對(duì)電機(jī)的性能要求更高了，而且對(duì)電機(jī)的使用壽命必將產(chǎn)生影響。因此，研究一種能實(shí)現(xiàn)減速換向的機(jī)械裝置，并且應(yīng)用在無(wú)游梁抽油機(jī)的設(shè)計(jì)上就顯得非常必要。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；脈動(dòng)；無(wú)游梁

1.研究的目的和意義

為了降低采油成本，必須開(kāi)發(fā)研制新型節(jié)能抽油機(jī)。目前我國(guó)大多數(shù)油田已相繼進(jìn)入了開(kāi)發(fā)的中后期，油田逐漸喪失自噴能力，基本上已從自噴轉(zhuǎn)入機(jī)采。我國(guó)油田的機(jī)械采油井中，抽油機(jī)采油井占油田總井?dāng)?shù)的 90%，而且大部分應(yīng)用的是游梁式抽油機(jī)， 都普遍存在能耗大， 效率低的問(wèn)題， 隨著油田的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和電價(jià)的不斷上調(diào)， 采油成本在不斷提高， 如何降低抽油機(jī)的能耗， 已引起國(guó)內(nèi)外眾多石油機(jī)械工作者的高度重視。各種型式的節(jié)能型抽油機(jī)不斷投入使用，但是最終的節(jié)能指標(biāo)僅達(dá)到 10%左右，雖然在節(jié)能上取得了一點(diǎn)效果，但是可靠性卻大幅度下降，不同程度地存在一些問(wèn)題?；径紱](méi)有得到推廣應(yīng)用。因此為了降低采油成本，適應(yīng)市場(chǎng)需求，急需開(kāi)發(fā)研制新型節(jié)能抽油機(jī)。開(kāi)展對(duì)抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)的研究， 必將帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，市場(chǎng)前景十分廣闊，對(duì)于我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)影響。

2.脈動(dòng)減速器的研究現(xiàn)狀

機(jī)械式無(wú)級(jí)減速器一般可分為摩擦式、鏈?zhǔn)?、帶式、脈動(dòng)式四大類(lèi)，脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器作為其中重要的一種，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)可靠而得到廣泛應(yīng)用。

脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸出機(jī)構(gòu)（超越離合器）和調(diào)速機(jī)構(gòu)三個(gè)基本部分組成。其工作原理主要是采用連桿（或凸輪）機(jī)構(gòu)作為脈沖發(fā)生器，如采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)將輸入軸曲柄的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)，再通過(guò)單向超越離合器將搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為單向脈動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出；而無(wú)級(jí)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)調(diào)速機(jī)構(gòu)改變連桿機(jī)構(gòu)中各桿件之間的尺寸比例關(guān)系，使搖桿的擺角和其平均擺動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)連續(xù)改變。如果機(jī)構(gòu)中只有一組曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（單相），則搖桿的輸出速度特性曲線為近似的正弦曲線。為獲得連續(xù)及更平穩(wěn)的輸出，實(shí)際應(yīng)用中一般應(yīng)配置數(shù)個(gè)均勻分布相位差的連桿-單相超越離合器組合機(jī)構(gòu)，這樣就可以獲得脈動(dòng)幅度很小的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

3.脈動(dòng)減速換向器的研究與分析

解決抽油機(jī)節(jié)能問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，一是解決電機(jī)的功率輸出與載荷的變化，如何始終保持在最佳的匹配下進(jìn)行工作。二是從供采平衡的要求考慮，如何使抽油機(jī)始終實(shí)現(xiàn)在最佳的抽汲參數(shù)下進(jìn)行工作。要實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)的突破，其關(guān)鍵技術(shù)就是無(wú)級(jí)變速器的研究與應(yīng)用。抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)對(duì)無(wú)級(jí)變速器的要求：

3.1.速度的調(diào)節(jié)滿足在工作中從零開(kāi)始無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的要求；

3.2.可實(shí)現(xiàn)在工作中進(jìn)行正反向轉(zhuǎn)換的要求；

3.3.調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能夠滿足自動(dòng)化控制的要求。

3.3.1.脈動(dòng)減速器組成與工作原理

脈動(dòng)減速器主要有如下幾個(gè)部分組成：電動(dòng)機(jī)、調(diào)速機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、超越離合器、換向機(jī)構(gòu)和齒輪減速器六個(gè)部分組成，其工作原理如圖所示。電動(dòng)機(jī)是雙向脈動(dòng)減速器的動(dòng)力源。調(diào)速機(jī)構(gòu)是用來(lái)調(diào)節(jié)偏心塊的偏心位移以調(diào)節(jié)輸出速度。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由連桿結(jié)構(gòu)組成。超越離合器具有單向傳動(dòng)作用，使得連桿機(jī)構(gòu)的往返運(yùn)動(dòng)變?yōu)閱蜗蜻B續(xù)輸出。換向機(jī)構(gòu)用以改變輸出方向，采用雙向離合器，把換向機(jī)構(gòu)嵌入到超越離合器中。齒輪減速器是進(jìn)一步把脈動(dòng)減速換向器輸出速度進(jìn)一步降低，以達(dá)到抽油機(jī)作業(yè)要求；串聯(lián)這一減速器機(jī)構(gòu)還有一個(gè)重要作用是減輕雙向脈動(dòng)減速換向器的轉(zhuǎn)矩負(fù)擔(dān)，這對(duì)于減少整個(gè)變速系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)尺寸和重量，以及提高效率、降低制造成本具有重要意義。

3.3.2.調(diào)速原理

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是四連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)輸入速度不變時(shí)，如改變曲柄的有效長(zhǎng)度，即可改變搖

桿的輸出速度。

圖1所示為曲柄有效長(zhǎng)度調(diào)整機(jī)構(gòu)的工作原理。圖示位置為可調(diào)曲柄處于中位，此時(shí)，曲柄的有效長(zhǎng)度為 0，當(dāng)調(diào)速桿1向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，將推動(dòng)可調(diào)曲柄向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，曲柄有效長(zhǎng)度將不斷增加，從而使得輸出速度從0不斷增加。反之，當(dāng)調(diào)速桿向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，可減少曲柄的有效長(zhǎng)度，可使得曲柄有效長(zhǎng)度從某一值降低至0。這種調(diào)速方法和調(diào)速機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。這種調(diào)速機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)六桿機(jī)構(gòu)的調(diào)速方法相比，具有較少的構(gòu)件，從而使得結(jié)構(gòu)緊湊，提高效率，特別是低速時(shí)的效率。

圖 1

1-調(diào)速桿，2-輸入軸，3-可調(diào)偏心塊

3.3.3.換向原理

目前，脈動(dòng)減速換向器僅具有單向，如需要換向，必須借助專用換向機(jī)構(gòu)（或另設(shè)換向機(jī)構(gòu)），為此，使得變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和重量大。

換向原理是通過(guò)改變楔塊在內(nèi)星輪中的位置來(lái)改變超越離合器的輸出運(yùn)動(dòng)方向。換向機(jī)構(gòu)可撥動(dòng)楔塊往返運(yùn)動(dòng)。當(dāng)楔塊被撥到如實(shí)線位置時(shí)，內(nèi)星輪的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)運(yùn)動(dòng)；在適合的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，換向機(jī)構(gòu)可撥動(dòng)楔塊向相反方向運(yùn)動(dòng)。從而，達(dá)到了改變脈動(dòng)減速換向器的換向目的。

4.結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)開(kāi)始衍生出一些新型的抽油機(jī)，無(wú)游梁抽油就是其中的一種。但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的無(wú)游梁抽油機(jī)雖然解決了游梁式抽油機(jī)出現(xiàn)的問(wèn)題，可是常規(guī)的換向機(jī)構(gòu)（電機(jī)正反轉(zhuǎn)換向、鏈條換向）也給實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)了諸多問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，我們需要研究一種純機(jī)械換向的無(wú)游梁長(zhǎng)沖程抽油機(jī)。它避免了電機(jī)正反轉(zhuǎn)換向的頻繁啟動(dòng)問(wèn)題，也排除了鏈條抽油機(jī)因鏈條磨損蠕變的隱患。

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