专利名称：一种无杆抽油机的自动换向机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田采油的抽油机，更具体的说涉及一种无杆抽油机的自动换向机械结构。
背景技术：
油田采油通常采用游梁式等有杆抽油系统，其工作原理是把井口的动力通过抽油杆传递到井下的柱塞泵，实现抽油。这种结构体积庞大且笨重，工作时需克服抽油杆的自重和抽油杆与管壁的摩擦力做功，不仅造成大量的电能消耗，而且效率不高。此外，还存在油管磨损、抽油管断脱及检泵周期短等问题。为解决杆管偏磨问题，油田通常采取在抽油杆中增加滚轮式扶正器的方式，变滑动摩擦为滚动摩擦，此举尽管在一定程度上减轻了磨损，但不能从根本上解决杆管之间的偏磨问题。2007年12月19日中国实用新型专利申请授权公告号CN 200993092Y公开了“游梁抽油机驱动液力缸式无杆液力抽油系统”，该系统采用游梁抽油机驱动液力缸中的活塞上下往复运动泵出高压动力液驱动井下液力反馈式抽油泵工作，通过单向阀补充遗失动力液，上行程时游梁抽油机拉动液力缸中的的活塞泵出高压动力液驱动井下液力反馈式抽油泵中的大直径柱塞上举完成吸液，下行程时再反馈液力的作用下完成排液过程，因此解决了抽油杆的偏磨问题。但是，该结构较复杂，制造成本高，操作不太方便。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种无杆抽油机的自动换向机构，以解决现有技术中抽油机高能耗、效率低的技术问题。为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是一种无杆抽油机的自动换向机构，其包括双向离合器、换向控制机构和执行机构， 其中，所述换向控制机构的输入端通过第二轴联器与双向离合机构的输出端连接，其输出端通过第三联轴器与输出机构连接。所述双向离合机构和执行机构分别与电机和柱塞泵连接，电机提供连续的旋转动力，双向离合器把电机单向转动转换为双向转动输出，换向控制机构通过控制离合器的离合控制旋转方向，旋转动力传递给执行机构，执行机构通过旋转动力转换成往返的轴向平动输出至柱塞泵做功。所述换向控制机构包括螺纹输出轴和分别位于螺纹输出轴两侧并与之平行的第二副轴和第三副轴；螺纹输出轴的一端为换向控制机构的输入端，另一端为输出端；所述螺纹输出轴上螺纹装配有第一螺帽，在第一螺帽上径向伸出一楔柱；所述第一螺帽的楔柱伸进一储能弹簧套中，所述储能弹簧套内左右对称设置有储能弹簧，第一螺帽的楔柱被夹在两储能弹簧的端头之间；所述储能弹簧套通过连接板与第一滑套和第二滑套连为一体， 第一滑套和第二滑套分别套在第二副轴和第三副轴上；所述连接板与双向离合器的拨叉机构连接；在所述连接板上还设置有限位弹簧套限位弹簧套内装有限位钢球和限位弹簧，限位弹簧下端通过调节螺杆安装在限位弹簧套内，上端顶住限位钢球；一压板固定在换向控
4制机构内，面向限位钢球设置，并在与限位钢球配合一面上平行于螺纹输出轴的轴向设有两个与限位钢球相配合的限位凹槽，限位钢球在限位弹簧的作用下顶在压板上。该换向控制机构螺纹输出轴通过第二轴联器与双向离合机构的输出轴连接，第一螺帽在螺纹输出轴的转动下轴向运动，其楔柱压缩蓄能弹簧，蓄能弹簧弹力逐渐增大，当增大到足以克服限位钢球与压板限位凹槽之间的限位压力时，限位钢球离开限位凹腔，整个连接板在蓄能弹簧弹力的作用下快速轴向滑动，由于能量的损耗，限位钢球被压进压板的另一限位凹腔中，再次进行限位。由于连接板与换向机构的拨叉机构连接在一起，故其滑动也将带动着带拨叉机构轴向运动，从未实现离合机构的双向离合，改变输出轴的转动方向。进一步，所述双向离合机构包括平行布置的输入轴、第一副轴、输出轴和拨叉机构，；在输入轴上固定连接有第一齿轮和第二齿轮；在第一副轴上固定连接第三齿轮和第四齿轮；在输出轴空套有第五齿轮和第六齿轮，且第五齿轮和第六齿轮完全相同，第五齿轮和第六齿轮之间的距离等于换向控制机构的压板上两限位凹槽的间距；在第五齿轮和第六齿轮之间还设有离合块，该离合块与输出轴为内外花键滑动连接，并与拨叉机构配合；所述第五齿轮与离合块以及离合块与第六齿轮的相对端面均设有相互啮合的端面齿；所述第一齿轮与第五齿轮啮合，第二齿轮与第四齿轮啮合，第三齿轮与第六齿轮啮合。由于输入轴是通过轴联器与电机连接，当电机工作时，将动力输入给离合机构，通过换向控制机构带动拨叉机构控制离合块与第五齿轮和第六齿轮的离合，实现控制输出轴的转动方向，旋转动力传递给执行机构，执行机构通过旋转方向不同的动力转换成柱塞泵往复运动的动力。所述执行机构包括传动螺杆和安装在所述传螺杆上的第二螺帽，该第二螺帽通过其上设有的连接板与推动杆连接。传动螺杆的转动带动螺帽的轴向运动，螺帽的轴向运动带动推动杆的运动，推动杆的输出端连接柱塞泵，输出推动力，即可实现抽油。本实用新型同故宫双向离合机构把电机提供的单向转动转换为双向转动可控输出，换向控制机构通过控制离合机构的离、合控制输出的旋转方向，旋转动力传递给执行机构，执行机构通过旋转动力转换成往复的轴向平动输出至柱塞泵做功，实现无杆采油，其结构简单，是全机械机构，彻底解决了常规有杆采油系统存在的高耗、低效和制造成本高的 (偏磨)问题。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为双向离合器不含滑动轴的俯视图；图3为双向离合器的左视图；图4为离合块的端面齿图；图5为换向控制机构的俯视图；图6为换向控制机构的左视图；图7为换向控制机构的右视图；其中，1-第一联轴器，2-输入轴，3-第一副轴，4-输出轴，5-第一齿轮，6_第二齿轮，7-第四齿轮，8-第三齿轮，9-第六齿轮，10-离合块，11-第五齿轮，12-弹簧，13-拨叉， 14-滑动轴，15-轴套，16-第二轴联器，17-螺纹输出轴，18-第二副轴，19-第三副轴，20-第一螺帽(带契柱)，21-第二滑套，22-第一滑套，23-连接板，24-调节螺杆，25-限位弹簧， 26-钢球，27-限位弹簧套，28-储能弹簧，29-储能弹簧套，30-开槽，31-调节螺杆，32-压板，33-连接螺杆，34-限位凹槽，35-第三轴联器，36-传动螺杆，37-第二螺帽，38-推动轴， 39-推动轴套，40-第一级右端板，41-第一级左端板，42-第二级右端板，43-第二级左端板， 44-第三级右端板，45-第三级左端板。
具体实施方式
为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过结合附图来对本实用新型进行详细阐述。如图1所示，一种无杆抽油机的自动换向机械机构，该结构分为三个级别，由第一级即双向离合机构、第二级即换向控制机构和第三级即执行机构组成，三级依次串联，装在一个筒体内。参见图2和图3，双向离合机构包括平行设置的输入轴2、第一副轴3、外花键的输出轴4和带有拨叉的滑动轴14。滑动轴14两端通过滑套15安装在第一级左端板41和第一级右端板40上。第一齿轮5和第二齿轮6与输入轴2固定连接；第三齿轮8和第四齿轮 7与第一副轴3固定连接；第五齿轮11和第六齿轮9空套在输出轴4上，在第五齿轮11和第六齿轮9之间还设有离合块10，该离合块10与输出轴4的外花键连接，可沿输出轴轴向滑动。在第五齿轮11与离合块10、离合块10与第六齿轮9的相对端面上均设有相互啮合的端面齿；在第五齿轮11和第六齿轮9的另外一个端面与各自对应一侧的端板之间设置弹簧12，由弹簧将第五齿轮11和第六齿轮9顶住，保证与离合块的结合。所述第一齿轮5与第五齿轮11啮合，第二齿轮6与第四齿轮7啮合，第三齿轮8与第六齿轮9啮合；第一至四齿轮5、6、7、8完全相同。滑动轴14上一体成型拨叉13，拨叉13与离合块10相配合。参见图4，离合块10的端面齿是特殊的端面齿结构，其端面齿齿的齿线均经过端面的圆心。参见图5、图6和图7，换向控制机构包括螺纹输出轴17和分别位于螺纹输出轴17 两侧并与其平行设置的第二副轴18和第三副轴19。所述螺纹输出轴17上装有第一螺帽 20，在第一螺帽20上径向伸出一楔柱，第一螺帽20的楔柱伸进一储能弹簧套四中，该储能弹簧套四与螺纹输出轴17是平行的，其内左右对称设置有储能弹簧观，第一螺帽20的楔柱被夹在两储能弹簧观的端头之间。储能弹簧套四通过连接板23与第一滑套22和第二滑套21连为一体，第一滑套22和第二滑套21分别套在第二副轴18和第三副轴19上，这样整个储能弹簧套四和连接板23就可以轴向滑动。连接板23与双向离合器的拨叉13通过连接螺钉33连接。在连接板23上还设置有限位弹簧套27，限位弹簧套27内装有限位钢球沈和限位弹簧25，限位弹簧25下端通过调节螺杆M安装在限位弹簧套27内，上端顶住限位钢球沈。另外在换向控制机构内还固定有一压板32，其平行于螺纹输出轴17，面向限位钢球沈设置，其上有两个限位凹槽34，与限位钢球相配合，限位钢球在限位弹簧25的作用下顶在压板32的限位凹槽中，两限位凹槽的间距等于双向离合机构的第五齿轮11和第六齿轮9之间的距离。参见图1，执行机构包括传动螺杆36和安装在所述传螺杆上的第二螺帽37，该第二螺帽37通过其上设有的连接板与位于第二螺帽上方的推动轴38的一端连接；推动轴38
6与传动螺杆36平行，其另一端通过推动轴套39支撑在第三极左端板45上，并伸出本机构， 与柱塞泵连接。本机构在具体设计中，可以在双向离合机构的左右端分别设置第一级左端板41 和第一级右端板40作为支撑，在换向控制机构的左右端分别设置第二级左端板43和第二级右端板42为支撑，在执行机构的左右两端分别设置第三极左端板45和第三级右端板44 为支撑。双向离合机构的输入轴2右端穿过第一级右端板40通过第一轴联器1与电机相连，双向离合机构的外花键输出轴4左端穿过第一级左端板41通过第二轴联器16与换向控制机构中穿过第二级右端板42的螺纹输出轴17右端相连，双向离合机构的滑动轴14穿过第一级左端板41开设的开槽30通过连接螺杆33与换向控制机构中穿过第二级右端板 42的连接板23相连；换向控制机构中的螺纹输出轴17左端穿过第二级左端板43通过第三轴联器35与执行机构中的穿过第三级右端板44的传动螺杆36的右端相连；执行机构中的推动轴38的左端穿过第三极左端板45与柱塞泵相连。本实用新型的工作过程如下电机减速后经过第一轴联器1带动输入轴2转动，输入轴2带动在其上的第一齿轮5和第二齿轮6转动；第一齿轮5与第五齿轮11啮合，带动第五齿轮11转动；第二齿轮 6与第四齿轮7啮合，带动第四齿轮7转动，第四齿轮7带动第一副轴3转动，第一副轴3 的转动又带动了第三齿轮8的转动；第三齿轮8与第六齿轮9啮合，带动第六齿轮9转动。 假设电机转动方向为顺时针，那么第一齿轮5和第二齿轮6转动均为顺时针，那么第五齿轮 11、第四齿轮7和第三齿轮8转动方向为逆时针，从而第六齿轮9转动方向为顺时针，可以得出第六齿轮9与第五齿轮11转动方向相反，实现了双向输出。假设离合块10刚开始与第五齿轮11啮合，外花键输出轴4在离合块10的带动下逆时针转动，在第二轴联器13的作用下螺纹输入轴17为逆时针转动，在螺纹输入轴17的转动下第一螺帽20沿轴向方向向左运动，从而压缩位于储能弹簧套四左端的储能弹簧28，由于储能弹簧套与第一滑套22、 第二滑套21，连接板23和限位弹簧套27为固结为一整体的滑动块。如图1所示，在储能弹簧观弹力逐渐增大的作用下，位于压板的一个限位凹槽34即位置B中的限位钢球将逐渐往下压缩限位弹簧25，当蓄能弹簧观的弹力足够大时，克服限位弹簧25和限位钢球沈的限位力，储能弹簧套连同连接板23作为一个整体在弹力的作用下快速的向左滑动，随着能量的损失和弹簧弹力减小，限位钢球将在另一个限位凹槽34即位置A处被限位停下。连接板23的向左滑动，将带动滑动轴14向左运动，在滑动轴14的拨叉13的作用下离合块10 也向左运动，当限位钢球将在A处被限位停下时，离合块10与第六齿轮9啮合，外花键输入轴4将顺时针转动，在第二轴联器16的作用下螺纹输入轴17为顺时针转动，在螺纹输入轴 17的转动下第一螺帽20沿轴向方向向右运动，从而又压缩位于储能弹簧套四右端的储能弹簧28，当弹力足够大时，限位钢球又将从A处的限位凹槽滑向B处的限位凹槽，在B处停住，离合块10将重新与第五齿轮11啮合，完成一个周期运动。而螺纹输入轴17的转动带动又传动螺杆36转动，传动螺杆36的转动带动其上的第二螺帽37轴向往返运动，第二螺帽37轴向反复运动带动推动轴38轴向往返运动输出至柱塞泵做功，从实现抽油。
权利要求1.一种无杆抽油机的自动换向机构，其包括双向离合机构、换向控制机构和执行机构，其特征在于所述换向控制机构的输入端通过第二轴联器与双向离合机构的输出端连接，其输出端通过第三联轴器与执行机构连接；所述换向控制机构包括螺纹输出轴(17)和分别位于螺纹输出轴(17)两侧并与之平行的第二副轴(18)和第三副轴(19);螺纹输出轴(17)的一端为换向控制机构的输入端，另一端为输出端；所述螺纹输出轴(17)上螺纹装配有第一螺帽(20)，在第一螺帽(20)上径向伸出一楔柱；所述第一螺帽(20)的楔柱伸进一储能弹簧套(29)中，所述储能弹簧套(29)内左右对称设置有储能弹簧(28)，第一螺帽(20)的楔柱被夹在两储能弹簧(28)的端头之间；所述储能弹簧套(29 )通过连接板(23 )与第一滑套(22 )和第二滑套(21)连为一体，第一滑套 (22)和第二滑套(21)分别套在第二副轴(18)和第三副轴(19)上；所述连接板(23)与双向离合机构的拨叉机构连接；在所述连接板(23)上还设置有限位弹簧套(27)，限位弹簧套 (27)内装有限位钢球(26)和限位弹簧(25)，限位弹簧(25)下端通过调节螺杆(24)安装在限位弹簧套(27)内，上端顶住限位钢球(26);—压板(32)固定在换向控制机构内，面向限位钢球(26)设置，并在面向限位钢球(26)—面上平行于螺纹输出轴的轴向设有两个与限位钢球相配合的限位凹槽(34)，限位钢球在限位弹簧(25)的作用下顶在压板(32)上。
2.根据权利要求1所述的无杆抽油机的自动换向机构，其特征在于所述双向离合机构包括平行布置的输入轴(2)、第一副轴(3)、输出轴(4)和拨叉机构；在输入轴(2)上固定连接有第一齿轮(5)和第二齿轮(6);在第一副轴( 上固定连接第三齿轮(8)和第四齿轮 (7)；在输出轴(4)空套有第五齿轮(11)和第六齿轮(9)，且第五齿轮(11)和第六齿轮(9) 完全相同，第五齿轮(11)和第六齿轮(9)之间的距离等于换向控制机构的压板(32)上两限位凹槽的间距；在第五齿轮(11)和第六齿轮(9)之间还设有离合块(10)，该离合块(10) 与输出轴(4)为内外花键滑动连接，并与拨叉机构配合；所述第五齿轮(11)与离合块(10) 以及离合块(10)与第六齿轮(9)的相对端面均设有相互啮合的端面齿；所述第一齿轮(5) 与第五齿轮(11)啮合，第二齿轮(6)与第四齿轮(7)啮合，第三齿轮(8)与第六齿轮(9) 啮合。
3.根据权利要求2所述的无杆抽油机的自动换向机构，其特征在于所述离合块(10) 的端面齿的齿线相交于端面的圆心。
4.根据权利要求1、2或3所述的无杆抽油机的自动换向机构，其特征在于在所述第五齿轮(11)和第六齿轮(9)的另外一个端面设置弹簧(12)，由弹簧将第五齿轮(11)和第六齿轮(9)顶住，保证与离合块(10)的结合。
5.根据权利要求1、2或3所述的无杆抽油机的自动换向机构，其特征在于所述拨叉机构包括滑动轴(14)和拨叉(13)，滑动轴(14)的端部与换向控制机构的连接板(23)连接，拨叉(13)与离合块(10)相配合。
6.根据权利要求1、2或3所述的无杆抽油机的自动换向机构，其特征在于所述执行机构包括传动螺杆(36)、第二螺帽(37)和推动轴(38);所述传动螺杆(36)的输入端通过第三联轴器(35)与换向控制机构的输出端连接，第二螺帽(37)安装在所述传动螺杆上，第二螺帽(37)通过其上设有的连接板与推动轴(38)连接，所述推动轴(38)向外输出推力。
7.根据权利要求1、2或3所述的无杆抽油机的自动换向机构，其特征在于所述双向离合机构、换向控制机构和输出机构共同装在一个筒体内。
8.根据权利要求6所述的无杆抽油机的自动换向机构，其特征在于所述双向离合机构的左右端分别设有第一级左端板(41)和第一级右端板(40)作为其输入轴(2)、第一副轴(3)、输出轴(4)和拨叉机构的支撑；所述换向控制机构的左右端分别设有第二级左端板 (43)和第二级右端板(42)作为其螺纹输出轴(17)、第二副轴(18)和第三副轴(19)的支撑；所述执行机构的左右两端分别设有第三极左端板(45)和第三级右端板(44)作为传动螺杆(36)和推动轴(38)的支撑。
专利摘要一种无杆抽油机的自动换向机械机构，其包括双向离合机构、换向控制机构和执行机构，换向控制机构通过轴联器一端与双向离合机构连接，另一端与执行机构连接；双向离合机构和执行机构分别与电机和柱塞泵连接，双向离合机构把电机提供的单向转动转换为双向转动可控输出，换向控制机构通过控制离合机构的离、合控制输出的旋转方向，旋转动力传递给执行机构，执行机构通过旋转动力转换成往复的轴向平动输出至柱塞泵做功，实现抽油功能。本实用新型把电机的连续旋转运动通过本机构直接转换为往复直线运动，从而推动柱塞泵做功，实现“无杆”采油，彻底的解决了常规有杆采油系统的需克服抽油杆自重做功和偏磨问题，可以极大的降低成本，达到节能、降耗的目的。
文档编号E21B43/00GK202194627SQ201120287219
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者江克坚 申请人:江克坚