[發明專利]一種凸輪的制備方法及凸輪式四缸單作用往復泵

無效

• 申請號: 201210103042.9
• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN102632373A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 王安德;袁春娥;李均山;潘義輝
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: B23P17/00
• 分類號: B23P17/00;F04B9/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 段姣姣

技術領域

本發明涉及凸輪的制備方法及凸輪式往復泵，具體屬于一種凸輪的制備方法及凸輪式四缸單作用往復泵。

背景技術

往復泵是鉆探施工最常用的核心設備之一，廣泛用于鉆探時循環鉆井液和壓力注漿等。傳統的往復泵動力端一般采用曲柄連桿機構，其活塞的往復運動通過曲柄的旋轉運動經連桿、十字頭等機構轉換實現。曲柄連桿機構的準簡諧運動帶動活塞作簡諧運動，因此，往復泵各缸的輸出排量及壓力是脈動的。為了盡可能地消除這種脈動，往往采用空氣包，這樣不僅達不到理想的恒流恒壓狀態，也使機構復雜。也有采用凸輪結構的，如2004年3月發表于《石油化工高等學校學報》第一期上的《三缸單作用恒流量往復泵中凸輪機構設計》，其公開了一種關于恒流量往復泵中凸輪機構設計的方法，其雖然能較好解決傳統的曲柄連桿機構存在的不足，但其具有以下缺點：

A、單個凸輪采用的輪廓曲線根據活塞作勻加速-勻速-勻減速運動計算得到，此輪廓的曲率半徑有突變，造成突變點的應力集中，加快凸輪疲勞損壞。雖然2001年發表于《機械傳動》第四期的《恒流量泵凸輪曲線優化設計》對曲線進行優化可以消除曲率半徑的突變，但優化后的曲線方程采用的運動規律極為復雜，加大了凸輪批量生產的難度。

B、凸輪泵采用三個凸輪兩兩以2π/3相位差形成恒定流量，隨著泵運行過程中，凸輪與動力輸出軸之間鍵連接的磨損，三個凸輪同步性難以保證。

C、泵在工作工程中，每個凸輪持續不間斷工作，發熱產生的疲勞損壞減少了泵的使用周期。

發明內容

本發明要解決的問題是，提供一種凸輪的制備方法及實施該凸輪后能使循環鉆井液和壓力注漿輸出的壓力及排量平穩，縮短沖程，減小傳動軸的扭矩、結構簡單的凸輪的制備方法及凸輪式四缸單作用往復泵。

實現上述目的的措施：

一種凸輪的制備方法，其步驟：

1）確定凸輪的上輪廓線，其步驟：

（1）確定凸輪回轉0～π/8之間凸輪對應的輪廓向徑R1，其距離為常數：78.54mm；

（2）確定凸輪回轉π/8～3π/8之間凸輪對應的輪廓向徑R2，其計算公式為：????????????????????????????????????????????????，式中：

ф—為凸輪轉過的角度，取值在π/8～3π/8；

（3）確定凸輪回轉3π/8~5π/8之間凸輪對應的輪廓向徑R3，其計算公式為：

，式中：

ф—為凸輪轉過的角度，取值在3π/8~5π/8；

（4）確定凸輪回轉5π/8~7π/8之間凸輪對應的輪廓向徑R4，其計算公式為：，式中：

ф—為凸輪轉過的角度，取值在5π/8~7π/8；

（5）確定凸輪回轉7π/8～π之間凸輪對應的輪廓向徑R5，其計算公式為：，式中：

???????ф—為凸輪轉過的角度，取值在7π/8～π；

2）確定凸輪的下輪廓線，下輪廓線與上輪廓線為對稱形，故將上輪廓線復制使其成為凸輪的整體輪廓線即可；

3）放樣并加工成型。

凸輪式四缸單作用往復泵，其由單作用缸一、單作用缸二、單作用缸三、單作用缸四、各單作用缸內的活塞、與活塞連接的活塞桿、與活塞桿連接的介桿、傳動軸、傳動軸上的凸輪、凸輪外裝有的復位框架、裝在復位框架外的導向框架、導向框架固定傳動軸的軸承、與傳動軸連接的電機組成，其特征在于：所述的凸輪為采用上述制備方法制備的形狀相同的凸輪一及凸輪二，凸輪一及凸輪二在傳動軸上成90o相位差安裝。

凸輪式四缸單作用往復泵的活塞在一個沖程范圍內，以靜止、擺線運動、勻速三種不同運動規律相互組合形成連續往復運動。其活塞位移、速度、加速度隨角度變化的規律而變化。在一個周期內泵有1/4的時間不對外做功，故減少了活塞持續做功產生的熱量；并在保證最大速度的情況下，能降低活塞的沖程，減小凸輪的向徑長度，從而降低傳動軸的扭矩。

凸輪泵以π/8的倍數作為各個區間的分界點、活塞的速度曲線相對于中心點中心對稱，因此新型凸輪泵只需兩個凸輪即可形成往復泵的恒定流量。

本發明與現有技術相比，具有以下的主要效果：?

其一、實現了流量的無波動恒定輸出，消除了往復泵流量和壓力的脈動，提高往復泵的自吸性能。

其二、通過改變活塞的運動規律，在保證活塞最大速度的前提下，能降低活塞的最大加速度，減小活塞的沖程，并增加每個周期內的凸輪間歇區間，增強凸輪的抗疲勞性能。