抽油機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化探討

陳永

[摘要]對(duì)新型抽油機(jī)的動(dòng)力機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、換向系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)等傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高動(dòng)力傳遞效率，確保抽油機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、工作效率提升。

[關(guān)鍵詞]抽油機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng) 優(yōu)化

一、動(dòng)力機(jī)

目前游梁式抽油機(jī)應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力機(jī)是鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。因其價(jià)格便宜，運(yùn)行維護(hù)方便，抽油機(jī)仍選用鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。

二、減速機(jī)構(gòu)

目前，游梁式抽油機(jī)的減速機(jī)構(gòu)多采用帶傳動(dòng)加齒輪減速器。沖次調(diào)整一般是通過(guò)改變抽油機(jī)皮帶輪的直徑或應(yīng)用多速電動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。若應(yīng)用第一種方式，一般電動(dòng)機(jī)配有三個(gè)皮帶輪，齒輪減速器主動(dòng)軸上裝有一個(gè)大皮帶輪。調(diào)整沖次時(shí)需停機(jī)，按不同沖次要求更換電動(dòng)機(jī)軸上規(guī)定直徑的皮帶輪。這種方式調(diào)整沖次不方便，工作效率低。若應(yīng)用多速電動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整沖次，具有方便、快捷等特點(diǎn)。一般多速電動(dòng)機(jī)有雙速、三速兩種，可實(shí)現(xiàn)二種、三種沖次的調(diào)整，也可輔以皮帶輪的改變獲得多種沖次。但由于多速電動(dòng)機(jī)受到價(jià)格高、體積大、對(duì)電器控制部分要求高、故障率高的限制，多用于小型抽油機(jī)的配置。

根據(jù)減速比的要求，齒輪減速器多采用兩級(jí)或三級(jí)齒輪傳動(dòng)，其齒輪多采用雙圓弧或漸開(kāi)線齒形。

在早期生產(chǎn)的抽油機(jī)減速器中，采用的是漸開(kāi)線齒輪。漸開(kāi)線齒輪由于中心距的可分性及制造，測(cè)量方便等許多優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用，但存在以下缺點(diǎn)：①漸開(kāi)線齒輪兩輪齒在節(jié)點(diǎn)處嚙合時(shí)，兩齒面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是純滾動(dòng)。但嚙合點(diǎn)離節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)，則兩嚙合面之間的滑動(dòng)速度也越大.這種滑動(dòng)對(duì)于齒面的磨損、發(fā)熱、傳動(dòng)平穩(wěn)性和效率以及使用壽命都很不利②漸開(kāi)線外嚙合齒輪是凸齒對(duì)凸齒的嚙合傳動(dòng)，從接觸強(qiáng)度看，由于相對(duì)曲率半徑較小，承載能力受到限制。

為了提高齒輪傳動(dòng)的承載能力和傳動(dòng)平穩(wěn)性，創(chuàng)造了新的齒輪嚙合制——圓弧齒輪，它是將漸開(kāi)線齒輪輪齒的凸面與凸面相接觸，改變成齒廓為圓弧、使凸圓弧齒廓與凹圓弧齒廓相嚙合。增大了相對(duì)曲率半徑，增加了接觸面積，提高齒面接觸強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，單圓弧齒輪接觸強(qiáng)度比漸開(kāi)線齒輪提高0.5～1_5倍，雙圓弧齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度比漸開(kāi)線齒輪提高30%，接觸強(qiáng)度也比單圓弧齒輪提高近一倍。雙圓弧齒輪傳動(dòng)具有承載能力大、效率高、壽命長(zhǎng)和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，目前我國(guó)抽油機(jī)行業(yè)幾乎全部采用雙圓弧齒輪減速器。

中國(guó)——邁特傳動(dòng)公司生產(chǎn)的J系列螺旋錐齒輪減速機(jī)，采用兩對(duì)斜齒輪和一對(duì)螺旋錐齒輪傳動(dòng)，使輸入和輸出呈直角。重合系數(shù)大、承載力強(qiáng)、傳動(dòng)平穩(wěn)可靠。齒輪均采用合金鋼滲碳淬火，齒輪硬度高，耐磨性好。MH系列轉(zhuǎn)臂行星式無(wú)級(jí)變速機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，具有受力均勻、調(diào)速靈敏度高、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載力強(qiáng)等特性，適宜于連續(xù)工作，且能在負(fù)載中按需要無(wú)級(jí)調(diào)速。J系列螺旋錐齒輪減速機(jī)與MD系列無(wú)級(jí)變速機(jī)組合，輸出轉(zhuǎn)速低扭矩大。在調(diào)速范圍內(nèi)，輸出轉(zhuǎn)速可任意變化。

本文對(duì)沖程為1_8m的小型抽油機(jī)選用螺旋錐齒輪減速機(jī)與無(wú)級(jí)變速機(jī)組合。對(duì)沖程為2.1m，2.5m，3m的小型抽油機(jī)選用帶傳動(dòng)加雙圓弧齒輪減速機(jī)。

三、換向系統(tǒng)

換向系統(tǒng)將減速器輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成懸點(diǎn)的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)驢頭上、下往復(fù)擺動(dòng)的方式很多，但鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、驢頭擺動(dòng)換向平穩(wěn)（換向時(shí)速度等于零）等，所以本文中小型游梁式抽油機(jī)采用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)換向系統(tǒng)。其中沖程為2.1m，2.5m，3m的小型抽油機(jī)選用雙曲柄、雙連桿。而沖程為1_8m的小型抽油機(jī)載荷較小，選用雙曲柄、雙連桿和單曲柄、單連桿兩種方案。

四、平衡系統(tǒng)

平衡系統(tǒng)是針對(duì)抽油機(jī)特殊的載荷情況用來(lái)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，以保證原動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。游梁式抽油機(jī)的平衡分為機(jī)械平衡和氣動(dòng)平衡，其特點(diǎn)見(jiàn)表1。

抽油機(jī)沖程為1.8m的小型抽油機(jī)選用復(fù)合偏置平衡，沖程為2.1m，2.5m，3m的小型抽油機(jī)選用曲柄偏置平衡或復(fù)合偏置平衡。

五、新型抽油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）增大了游梁前后臂長(zhǎng)度比并且增大了游梁擺角，使抽油機(jī)沖程增大而整機(jī)體積和質(zhì)量減小。

（2）抽油機(jī)采用曲柄偏置平衡或游梁、曲柄復(fù)合偏置平衡方式，曲柄平衡機(jī)構(gòu)重心與輸出軸中心線的連線具有一個(gè)固定的偏置角（或稱異相角），這樣可以降低減速器輸出軸峰值扭矩。復(fù)合偏置平衡進(jìn)一步提高了抽油機(jī)平衡效果，因而減速器、電機(jī)均可相應(yīng)減小，從而達(dá)到既降低整機(jī)重量又實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

（3）抽油機(jī)采用螺旋錐齒輪減速機(jī)與無(wú)級(jí)變速機(jī)組合減速機(jī)構(gòu)，輸出轉(zhuǎn)速低扭矩大，降低了抽油機(jī)的沖次。并且可以帶負(fù)載無(wú)級(jí)調(diào)速。傳動(dòng)比可在212.28～1061.4之間任意變化，輸出轉(zhuǎn)速可在1.4～6.8之間任意變化。調(diào)沖次非常方便，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。CYJ3-1515A型常規(guī)游梁式抽油機(jī)，只有7，10，15三種沖數(shù)，需要靠更換皮帶輪直徑調(diào)沖次。

此外，采用螺旋錐齒輪減速機(jī)與無(wú)級(jí)變速機(jī)組合減速機(jī)構(gòu)，使抽油機(jī)整體長(zhǎng)度進(jìn)一步減小。

（4）抽油機(jī)采用單曲柄、單連桿結(jié)構(gòu)方式，取消了橫梁，使抽油機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，并且不需考慮兩曲柄剪刀差的問(wèn)題，維護(hù)更加方便。

（5）抽油機(jī)的驢頭采用鎖塊式讓位方式，可實(shí)現(xiàn)不上驢頭就能讓位復(fù)位，極大的方便了工人作業(yè)需要。