專利名稱：直線往復(fù)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)?？捎糜谛枰髦本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備上。
將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)，多采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，對(duì)稱鏈條鏈輪機(jī)構(gòu)和直線電機(jī)幾種。
曲柄連桿機(jī)構(gòu)存在的主要問題，一是傳遞能量效率低。滑塊運(yùn)動(dòng)規(guī)律是按y＝Rsinwt變化。傳遞后所作的有效功與輸入功比為η＝W輸出／W輸入＝R∫0πsinwt+R∫π2π-sinwt/2/πR=2π≈0.64]]>。因此輸出功的極限值僅為64％，損失在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功為36％。二是在一個(gè)周期內(nèi)力的傳遞是不穩(wěn)定的?！逨＝mRω2cosωt，力隨著時(shí)間不斷在變化，對(duì)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)備，如往復(fù)活塞壓縮機(jī)，往復(fù)活塞泵的排量就不穩(wěn)定。三是行程的增大受到限制。要增加行程，就要按比例增加曲柄的回轉(zhuǎn)半徑和連桿的長(zhǎng)度。當(dāng)行程達(dá)到一定的長(zhǎng)度時(shí)，引起總重量的增加是驚人的，而機(jī)件的放大，機(jī)體總重量的增加又給加工、運(yùn)輸、安裝帶來一系列問題，因此行程的增加受到了限制。
對(duì)稱鏈條鏈輪機(jī)構(gòu)是由大滑輪18、鋼絲繩17、鏈輪16、圓形換向器15、鏈條19、氣動(dòng)平衡連接器14及動(dòng)力源部分組成，換向器通過銷子20與鏈條連接。由于是軟傳動(dòng)只能作抽油機(jī)用，而不能作其它用途。見附圖7。鏈條抽油機(jī)采用對(duì)稱鏈條鏈輪機(jī)構(gòu)，雖然提高了傳動(dòng)效率30％，但仍存在不可克服的問題。一是鏈條抽油機(jī)由于采用鏈輪傳動(dòng)，無法解決鏈輪單面受力的問題，因此在上下死點(diǎn)換向時(shí)產(chǎn)生劇烈的撞擊，使機(jī)體在半周期發(fā)生一次振動(dòng)。二是所用鏈條是在自由狀態(tài)下不受約束，由于鏈輪單面受力，在上下死點(diǎn)突然卸載與加載引起劇烈振動(dòng)，使鏈條的壽命大大縮短。三是抽油機(jī)的懸掛裝置是用鋼絲繩經(jīng)過大滑輪與換向器連接，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中鋼絲繩受頻繁交變彎曲應(yīng)力的作用，很容易損壞，即使用特制的鋼絲繩，其使用壽命僅為一年。之所以采用以上結(jié)構(gòu)是由于換向器在運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)周期內(nèi)始終不能走直線，只有采用以上懸掛結(jié)構(gòu)，才能使懸掛裝置與井口對(duì)中，不致引起光桿在使用中發(fā)生彎曲。四是鏈條抽油機(jī)的平衡采用氣動(dòng)平衡，不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且使用壽命短。
直線電機(jī)存在的主要問題是，直線電機(jī)的次極作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，往復(fù)一周必須停兩次啟動(dòng)兩次，一般啟動(dòng)電流比正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流大9倍左右。因?yàn)轭l繁的啟動(dòng)，銅損鐵損消耗輸入能量的55％，因此直線電機(jī)傳遞能量的效率僅為45％。
本實(shí)用新型的目的是為了解決上述機(jī)構(gòu)中的缺點(diǎn)，提供一種改進(jìn)了的新結(jié)構(gòu)直線往復(fù)機(jī)構(gòu)，可應(yīng)用在不同的需要做直線運(yùn)動(dòng)的裝置中。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，由鏈條、換向器組成的直線往復(fù)機(jī)構(gòu)，有四個(gè)軌道體，軌道體上有長(zhǎng)環(huán)形軌道槽，軌道體中心部為同樣形狀的通孔，每?jī)蓚€(gè)軌道體為一副，相對(duì)安裝。鏈條有兩條，其結(jié)構(gòu)與普通鏈條不同之處是銷軸比普通鏈條銷軸長(zhǎng)，其銷軸兩端伸出鏈條外，每端裝有滾子，兩端的滾子分別裝在相對(duì)應(yīng)的軌道槽內(nèi)，用連接板固定連接兩副軌道體。換向器為工字型，四個(gè)角有槽，工字型穿過兩副軌道中間，長(zhǎng)銷軸穿過一副軌道體的通孔，兩端通過滾子裝在工字型四角的槽內(nèi)，用三角連片連接換向器的長(zhǎng)銷軸和鏈條，換向器工字有中心孔，與連接板中心孔同心。
帶有直線段的環(huán)形軌道的作用(一)是鑲嵌鏈條兩端伸出長(zhǎng)銷軸上的滾子；(二)是約束鏈條，使鏈條變成能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的硬傳動(dòng)件，鏈條既可承受拉力，又可承受壓力；(三)是使鏈條和換向器上的負(fù)荷在直線段作完全標(biāo)準(zhǔn)等角速直線運(yùn)動(dòng)；(四)是消除換向器所帶的負(fù)荷在上下死點(diǎn)附近的振動(dòng)；(五)是消除對(duì)稱鏈條鏈輪機(jī)構(gòu)中因用鏈輪懸掛鏈條，鏈條產(chǎn)生的單面力的作用，既代替鏈輪的作用，又不產(chǎn)生鏈輪的付作用。
鏈條的作用是(一)傳遞動(dòng)力；(二)是帶動(dòng)換向器及其上的負(fù)荷。當(dāng)對(duì)稱的兩條鏈條在動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下，作相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就能保證換向器在對(duì)稱的兩個(gè)帶有直線段軌道的中心線上作完全的等角速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行到軌道上下死點(diǎn)附近換向時(shí)作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
換向器在整個(gè)直線往復(fù)機(jī)構(gòu)上所起的作用，(一)是帶動(dòng)負(fù)荷作標(biāo)準(zhǔn)的直線運(yùn)動(dòng)，即在軌道的直線段作等角速直線運(yùn)動(dòng)，在上下死點(diǎn)附近作直線的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。也就是說，換向器在一個(gè)周期內(nèi)始終作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；(二)是保證換向的平滑。因?yàn)樵趽Q向器運(yùn)轉(zhuǎn)到上下死點(diǎn)附近時(shí)換向器隨鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，換向?qū)к夐_始工作，長(zhǎng)銷軸在換向器的四角槽內(nèi)，由外向里或由里向外走一段距離，而這時(shí)換向器卻始終在作直線運(yùn)動(dòng)。因此換向時(shí)既能保證換向器的直線運(yùn)動(dòng)，又能保證換向時(shí)的平滑性。在等速直線段兩長(zhǎng)銷軸是不運(yùn)動(dòng)的。
將本機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用在往復(fù)活塞泵，往復(fù)活塞壓縮機(jī)，開采石油抽油機(jī)等機(jī)械裝置上，可提高工作效率32％以上。這主要是因?yàn)楸拘滦偷闹本€等速段占總行程長(zhǎng)度的90％以上而獲得的。其示功圖如下
由以上示功圖可得出其運(yùn)轉(zhuǎn)效率是η=∫02πsinwtdt2πR×10%+2RL2RL×90%=0.064+0.9=0.964=96.4%]]>本實(shí)用新型除提高效率外，可將設(shè)備的行程增長(zhǎng)到所需要的長(zhǎng)度(一般增長(zhǎng)10倍左右)而重量增加的不多。又如對(duì)往復(fù)活塞泵來說不但延長(zhǎng)了凡爾系統(tǒng)、缸套、活塞的壽命，更為重要的是由于效率的提高在排量不變的條件下使泵的壓力可提高67％，這正是石油鉆井在現(xiàn)有條件下僅將泵換一下就能實(shí)行高壓噴射鉆井，(因高壓噴射鉆井可提高鉆井速度2－4倍)而現(xiàn)有的泵因效率低作不到這一點(diǎn)。我們還可以將活塞往復(fù)泵推廣到油田注水上去，用活塞往復(fù)泵代替多級(jí)離心泵，可節(jié)電35％以上。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)解決了鏈條抽油機(jī)所出現(xiàn)的四個(gè)問題。
如果將本發(fā)明作為抽油機(jī)之后既解決了游梁抽油機(jī)所在的問題，又解決了鏈條抽油機(jī)所存在的問題。由于直線往復(fù)機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上的合理性可使抽油機(jī)與修井機(jī)兩者統(tǒng)一起來，即在抽油時(shí)為抽油機(jī)，在修井時(shí)為修井機(jī)，能將采油與作業(yè)統(tǒng)一起來，既可節(jié)約人員又可提高 效率，為油田在管理與增產(chǎn)措施上創(chuàng)出一條新的路子。這種抽汲和修井機(jī)統(tǒng)一的設(shè)備，用在試油工作上，可大大的提高試油速度。
如將本實(shí)用新型與直線電機(jī)結(jié)合起來，可使直線電機(jī)在換向時(shí)無需停與啟動(dòng)，就能消除因頻繁啟動(dòng)所起的占輸入功率的45％的銅損與鐵損，即可提高效率45％。將直線往復(fù)機(jī)構(gòu)與直線電機(jī)結(jié)合起來即可將直線往復(fù)機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)箱及電動(dòng)機(jī)用直線電機(jī)的初級(jí)來取代。把動(dòng)力鏈用次級(jí)來取代，直線往復(fù)機(jī)構(gòu)的其它部分不動(dòng)就能完成。這種直線往復(fù)電動(dòng)機(jī)比直線電機(jī)效率要高出45％，同樣直線往復(fù)電動(dòng)機(jī)可用在往復(fù)活塞壓縮機(jī)上，及往復(fù)活塞泵抽油機(jī)，等需要往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的設(shè)備上。
本實(shí)用新型的運(yùn)轉(zhuǎn)原理是在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過傳動(dòng)箱或初級(jí)驅(qū)動(dòng)軌道中的鏈條或可轉(zhuǎn)動(dòng)的次級(jí)在軌道中運(yùn)動(dòng)。由鏈條或可轉(zhuǎn)動(dòng)的次級(jí)帶動(dòng)換向器，再由換向器帶動(dòng)負(fù)荷作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在直線段作等速直線運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)方程是y＝u·t………………①y…………距離(m)u…………速度(m／s)t…………時(shí)間(s)由于作等速直線運(yùn)動(dòng)所以u(píng)＝常數(shù)。故加速度a＝0，因此無慣性力。而且作用力是均勻的。在上下死點(diǎn)附近 換向時(shí)，換向器帶動(dòng)的負(fù)荷作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方程是
y＝Rsinωt……………②y…………………距離(m)R…………………回轉(zhuǎn)半徑(米)ω…………………角速度( 1/(s) )t…………………時(shí)間(s)其加速度a＝RW2sinωt，因此有慣性力的產(chǎn)生。在一個(gè)周期內(nèi)直線等速段占整個(gè)行程90％左右，簡(jiǎn)諧段僅占10％左右。
本實(shí)用新型由以下實(shí)施及其附圖給出


圖1直線往復(fù)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖(鏈條抽油機(jī)結(jié)構(gòu)圖)圖2a長(zhǎng)環(huán)形軌道結(jié)構(gòu)圖，圖2b為圖2a中沿A－A線的剖面圖。
圖3鏈條結(jié)構(gòu)圖圖4換向器結(jié)構(gòu)圖圖5往復(fù)活塞泵結(jié)構(gòu)圖圖6往復(fù)直線電機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖7a－7b對(duì)稱鏈條鏈輪抽油機(jī)結(jié)構(gòu)圖，1、動(dòng)力箱，2、軌道體，3、鏈條，4、換向器，5、長(zhǎng)銷軸，6、三角連片，7、換向器中心孔，8、滾子，9、鏈條長(zhǎng)銷軸，10連接板，11、活塞桿，12、缸套，13、初級(jí)，14、氣動(dòng)平衡連接器，15、圓形換向器，16、鏈輪，17、鋼絲繩，18、大滑輪，19、鏈條，20、銷子，21、鏈節(jié)實(shí)施例1鏈條抽油機(jī)直線往復(fù)機(jī)構(gòu)由兩條鏈條3，四個(gè)軌道體2，兩個(gè)換向器4組成。軌道體上有長(zhǎng)環(huán)形軌道槽，軌道體中心部為同樣形狀的通孔，每?jī)蓚€(gè)軌道體為一副，相對(duì)安裝。鏈條的銷軸9兩端伸出鏈條外，每端裝有滾子8，兩端滾子裝在相對(duì)應(yīng)的軌道槽內(nèi)。用連接板10固定連接兩副軌道體。換向器4為工字型，四個(gè)角有槽，換向器穿過兩副軌道中間，兩個(gè)長(zhǎng)銷軸5分別穿過每副軌道體通孔，兩端通過滾子8裝在工字型四角槽內(nèi)，用三角連片6連接換向器的長(zhǎng)銷軸5和鏈條3。換向器有中心孔7，與連接板中心孔同心。中心孔接抽油泵外接動(dòng)力箱1，就構(gòu)成了鏈條抽油機(jī)。
實(shí)施例2 往復(fù)活塞泵將上述直線往復(fù)機(jī)構(gòu)應(yīng)用在活塞泵上。缸套12的底部與連接板10固定連接，活塞桿11通過連接板的換向器的中心孔7并與中心孔固接。采用動(dòng)力箱1作動(dòng)力源，代替了減速箱及曲柄連桿機(jī)構(gòu)。
實(shí)施例3 往復(fù)直線電機(jī)將本發(fā)明直線往復(fù)機(jī)構(gòu)的鏈條3的鏈節(jié)21省去，將直線電機(jī)的次級(jí)代替鏈節(jié)裝在長(zhǎng)環(huán)形軌道槽內(nèi)，將初級(jí)13固定安裝在軌道的邊上。
權(quán)利要求1.一種帶鏈條3、換向器4的直線往復(fù)機(jī)構(gòu)，鏈條通過銷軸5與換向器相接，其特征在于還帶四個(gè)軌道體2，軌道體上有長(zhǎng)環(huán)形軌道槽，軌道體中心部為同樣形狀的通孔；每?jī)蓚€(gè)軌道體為一副，相對(duì)安裝；鏈條3有兩條，其銷軸9兩端伸出鏈條外，每端裝有滾子8，兩端的滾子分別裝在相對(duì)的軌道槽內(nèi)，用連接板10固定連接兩副軌道體；換向器4為工字型，四角有槽，工字型穿過兩副軌道中間，長(zhǎng)銷軸5穿過一副軌道體的通孔，兩端通過滾子8裝在工字型四角的槽內(nèi)，用三角連片6連接換向器的長(zhǎng)銷軸5和鏈條；換向器有中心孔7，與連接板中心孔同心。
專利摘要直線往復(fù)機(jī)構(gòu)，可用于需要作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備上。由兩條鏈條，四個(gè)軌道體，兩個(gè)換向器組成，軌道體上有長(zhǎng)環(huán)形軌道槽。鏈條的銷軸兩端伸出鏈條外，每端裝有滾子，滾子裝在相對(duì)應(yīng)的軌道槽內(nèi)。換向器為工字型，穿過兩副軌道中間。兩個(gè)長(zhǎng)銷軸分別穿過每副軌道體的通孔，兩端通過滾子裝在換向器四角槽內(nèi)，用三角連片連接長(zhǎng)銷軸和鏈條。該機(jī)構(gòu)可保證換向器在對(duì)稱的兩個(gè)帶直線段軌道的中心線上作完全等角速直線運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F16H37/00GK2073511SQ9021751
公開日1991年3月20日 申請(qǐng)日期1990年8月4日 優(yōu)先權(quán)日1990年8月4日
發(fā)明者陳剛 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春市建材化工實(shí)驗(yàn)廠