[發明專利]一種凸輪限位的齒扇齒條式往復泵

在審

• 申請號: 201711209818.4
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107795449A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 侯勇俊;王斌;王鈺文;方潘;曾健
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: F04B9/02
• 分類號: F04B9/02;F04B9/04;F04B17/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及石油、化工、礦山等行業用的一種凸輪限位的齒扇齒條式往復泵。

背景技術

往復泵作為最早出現的泵類機械，到目前為止仍廣泛應用于工業界的各個領域，尤其是在石油鉆井工程中占有相當高的地位。近年來，由于石油鉆井和采油工藝發展的需要，石油礦場往復泵在性能和品種方面都有進一步提高。同時，為了適應礦場用泵的惡劣工作條件，在結構、材料、制造工藝、甚至作用原理方面，也都發生了新的變化。

隨著工業技術的發展，對往復泵的要求也越來越高。高效節能、流量和壓力脈動小、易損件壽命長、換向控制簡單、可靠性高、體積小、重量輕是如今往復泵設計的追求目標。

CN201611255611.6公開的一種齒輪齒條傳動的臥式三缸柱塞往復泵，其動力端主要由非全齒輪和齒條組成。機構工作時，通過非全齒輪與上下齒條的交替嚙合來帶動柱塞實現往復運動。該專利明確指出，非全齒輪脫離齒條上部嚙合與進入下部嚙合發生在同一瞬間，工作換向時平穩流暢。但在實際情況中，由于加工誤差和安裝誤差等，不可能實現非全齒輪脫離齒條上部嚙合與進入下部嚙合在同一瞬間完成。即非全齒輪與上齒條脫離嚙合瞬間，并不能與下齒條立即進入嚙合，此時，齒條與非全齒輪處于完全脫離狀態，即齒條和柱塞處于一種無約束狀態。排液行程結束瞬時，作用于柱塞上的壓力會導致柱塞及齒條有一個在液力端流體壓力作用方向上的位移，從而造成在下個位置時，非全齒輪與齒條無法進入正常嚙合或嚙合時沖擊過大，最終導致輪齒損壞甚至折斷。CN201710780250.5公開的齒扇齒條式往復泵，其動力端主要由齒扇、齒條組件及導軌等構成。機構工作時，通過齒扇與上下齒條的交替嚙合來帶動活塞實現往復運動。為解決上述換向時存在的問題，該專利提出，往復泵液力端液缸采用雙作用缸的結構形式。當無桿腔排液結束瞬間，有桿腔吸液結束，齒扇與上、下齒條均處于脫離狀態時，無桿腔內的高壓推動活塞向有桿腔運動，使有桿腔內液體壓力升高，從而緩和換向時無桿腔內的高壓產生的液力沖擊。同時，上下齒條兩側末端所留的一定距離的光滑間隙，允許換向時齒條組件在未與齒扇嚙合前有一定距離的反向移動，從而確保整個機構能夠正常平穩地運行。該方案在很大程度上解決了換向時齒扇與齒條非正常嚙合或嚙合時沖擊過大的問題，但尚不能完全保證換向時齒扇與齒條能夠精確平穩地進入嚙合。

發明內容

為克服上述技術不足，本發明旨在提出一種新的往復泵，即通過齒扇齒條機構將電機的旋轉運動轉化為活塞的往復運動。并且，通過凸輪與限位框的配合可實現電機連續運轉情況下活塞順利換向，解決了換向時齒扇與齒條非正常嚙合的問題，從而實現往復泵流量和壓力波動小、易損件壽命長、換向控制簡單、可靠性高的目標。

為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案。

本發明一種凸輪限位的齒扇齒條式往復泵，主要由機架、輸入軸、齒扇、齒條組件、限位框、凸輪及導軌、活塞、活塞桿、液缸等構成。所述輸入軸通過帶傳動與電機相連，輸入軸通過軸承固定安裝在機架上，機架腔內的輸入軸上安裝有齒扇，齒扇與齒條組件嚙合；齒條組件一端通過活塞桿與活塞固定連接，另一端通過限位框連桿與限位框固定連接；限位框中安裝有與其配合的凸輪，凸輪固定安裝在凸輪軸上，凸輪軸通過軸承固定安裝在機架上，凸輪軸與輸入軸由同步帶連接；齒條組件與限位框均置于上下導軌之間，導軌通過螺栓固定在機架上。

所述齒扇的輪齒的中間部分為圓柱齒輪，靠近齒根圓的兩端部分為變傳動比的橢圓齒輪。齒扇與齒條嚙合時，先由橢圓齒輪嚙入，再進入圓柱齒輪嚙合，最后再由橢圓齒輪嚙出，從而帶動齒條組件及活塞實現加速——勻速——減速的運動規律。齒扇旋轉過程中，與上齒條嚙合時，推動齒條組件向一個方向移動，與下齒條嚙合時，推動齒條組件向相反方向移動。齒扇連續旋轉過程中，與齒條組件中的上、下齒條交替嚙合，從而將輸入軸的旋轉運動轉化為活塞的往復運動。工作時，為防止齒扇與上、下兩齒條同時嚙合，出現干涉情況，齒扇有輪齒的部分對應的圓周角小于180°。

所述限位框通過限位框連桿與齒條組件固定連接，限位框中安裝有凸輪，凸輪與齒扇同向等速旋轉。凸輪與限位框只在換向過程中發生配合，其余時間處于脫離狀態。即凸輪與限位框僅在活塞及齒條組件處于加速或減速運動時發生配合，在勻速運動時處于脫離狀態。