專利名稱：直線往復機構的制作方法
技術領域：
本發明是一種作直線往復運動的機構。可用于需要作直線往復運動的設備上。
將旋轉運動變為直線往復運動，多采用曲柄連桿機構，對稱鏈條鏈輪機構和直線電機幾種。
曲柄連桿機構存在的主要問題，一是傳遞能量效率低。滑塊運動規律是按y＝Rsinωt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
≈0.64，因此輸出功的極限值僅為64%，損失在曲柄連桿機構的功為36%。二是在一個周期內力的傳遞是不穩定的。∵F＝mRω2cosωt，力隨著時間不斷在變化，對用曲柄連桿機構的設備，如往復活塞壓縮機，往復活塞泵的排量就不穩定。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半徑和連桿的長度。當行程達到一定的長度時，引起總重量的增加是驚人的，而機件的放大，機體總重量的增加又給加工、運輸、安裝帶來一系列問題，因此行程的增加受到了限制。
對稱鏈條鏈輪機構是由大滑輪18、鋼絲繩17、鏈輪16、圓形換向器15、鏈條19、氣動平衡連接器14及動力源部分組成，換向 通過銷子20與鏈條連接。由于是軟傳動只能作抽油機用，而不能作 它用途。見附圖7。鏈條抽油機采用對稱鏈條鏈輪機構，雖然提高了效率30%，但仍存在不可克服的問題。一是鏈條抽油機由于采用鏈輪傳動，無法解決鏈輪單面受力的問題，因此在上下死點換向時產生劇烈的撞擊，使機體在半周期發生一次振動。二是所用鏈條是在自由狀態下不受約束，由于鏈輪單面受力，在上下死點突然卸載與加載引起劇烈振動，使鏈條的壽命大大縮短。三是抽油機的懸掛裝置是用鋼絲繩經過大滑輪與換向器連接，運轉過程中鋼絲繩受頻繁交變彎曲應力的作用，很容易損壞，即使用特制的鋼絲繩，其使用壽命僅為一年。之所以采用以上結構是由于換向器在運轉的一個周期內始終不能走直線，只有采用以上懸掛結構，才能使懸掛裝置與井口對中，不致引起光桿在使用中發生彎曲。四是鏈條抽油機的平衡采用氣動平衡，不但結構復雜，而且使用壽命短。
直線電機存在的主要問題是，直線電機的次極作往復直線運動時，往復一周必須停兩次啟動兩次，一般啟動電流比正常運轉電流大9倍左右。因為頻繁的啟動，銅損鐵損消耗輸入能量的55%，因此直線電機傳遞能量的效率僅為45%。
本發明的目的是為了解決上述機構中的缺點，提供一種改進了的新結構直線往復機構，可應用在不同的需要做直線運動的裝置中。
本發明的目的是這樣實現的，由鏈條、換向器組成的直線往復機構，有四個軌道體，軌道體上有長環形軌道槽，軌道體中心部為同樣形狀的通孔，每兩個軌道體為一副，相對安裝。鏈條有兩條，其結構與普通鏈條不同之處是銷軸比普通鏈條銷軸長，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應的軌道槽內，用連接板固定連接兩副軌道體。換向器為工字型，四個角有槽，工字型穿過兩副軌道中間，長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，用三角連片連接換向器的長銷軸和鏈條，換向器工字有中心孔，與連接板中心孔同心。
帶有直線段的環形軌道的作用(一)是鑲嵌鏈條兩端伸出長銷軸上的滾子;(二)是約束鏈條，使鏈條變成能靈活轉動的硬傳動件，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荷在直線段作完全標準等角速直線運動;(四)是消除換向器所帶的負荷在上下死點附近的振動;(五)是消除對稱鏈條鏈輪機構中因用鏈輪懸掛鏈條，鏈條產生的單面力的作用，既代替鏈輪的作用，又不產生鏈輪的付作用。
鏈條的作用是(一)傳遞動力;(二)是帶動換向器及其上的負荷。當對稱的兩條鏈條在動力的驅動下，作相反方向轉動時，就能保證換向器在對稱的兩個帶有直線段軌道的中心線上作完全的等角速直線運動，運行到軌道上下死點附近換向時作簡諧運動。
換向器在整個直線往復機構上所起的作用，(一)是帶動負荷作標準的直線運動，即在軌道的直線段作等角速直線運動，在上下死點附近作直線的簡諧運動。也就是說，換向器在一個周期內始終作直線往復運動;(二)是保證換向的平滑。因為在換向器運轉到上下死點附近時換向器隨鏈條轉動，換向導軌開始工作，長銷軸在換向器的四角槽內，由外向里或由里向外走一段距離，而這時換向器卻始終在作直線運動。因此換向器時既能保證換向器的直線運動，又能保證換向時的平滑性。在等速直線段兩長銷軸是不運動的。
將本發明的結構應用在往復活塞泵，往復活塞壓縮機，開采石油抽油機等機械裝置上，可提高工作效率32%以上。這主要是因為本發明的直線等速段占總行程長度的90%以上而獲得的。其示功圖如下
由以上示功圖可得出其運轉效率是
×10%+ (2RL)/(2RL) ×90%＝0.064+0.9＝0.964＝96.4%本發明除提高效率外，可將設備的行程增長到所需要的長度(一般增長10倍左右)而重量增加的不多。又如對往復活塞泵來說不但延長了凡爾系統、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有條件下僅將泵換一下就能實行高壓噴射鉆井，(因高壓噴射鉆井可提高鉆井速度2-4倍)而現有的泵因效率低作不到這一點。我們還可以將活塞往復泵推廣到油田注水上去，用活塞往復泵代替多級離心泵，可節電35%以上。
本發明的結構解決了鏈條抽油機所出現的四個問題。
如果將本發明作為抽油機之后既解決了游梁抽油機所在的問題，又解決了鏈條抽油機所存在的問題。由于直線往復機構在結構上的合理性可使抽油機與修井機兩者統一起來，即在抽油時為抽油機，在修井時為修井機，能將采油與作業統一起來，既可節約人員又可提高效率，為油田在管理與增產措施上創出一條新的路子。這種抽汲和修井機統一的設備，用在試油工作上，可大大的提高試油速度。
如將本發明與直線電機結合起來，可使直線電機在換向時無需停與啟動，就能消除因頻繁啟動所起的占輸入功率的45%的銅損與鐵損，即可提高效率45%，將直線往復機構與直線電機結合起來即可將直線往復機構中的傳動箱及電動機用直線電機的初級來取代，把動力鏈用次級來取代，直線往復機構的其它部分不動就能完成。這種直線往復電動機比直線電機效率要高出45%，同樣直線往復電動機可用在往復活塞壓縮機上，及往復活塞泵抽油機，等需要往復直線運動的設備上。
本發明的運轉原理是在動力驅動下，經過傳動箱或初級驅動軌道中的鏈條或可轉動的次級在軌道中運動。由鏈條或可轉動的次級帶動換向器，再由換向器帶動負荷作直線往復運動。在直線段作等速直線運動。其運動方程是y＝u·t……①y……距離(m)v……速度(m/s)t……時間(s)由于作等速直線運動所以v＝常數。故加速度a＝0，因此無慣性力。而且作用力是均勻的。在上下死點附近換向時，換向器帶動的負荷作簡諧運動，其運動方程是
y＝Rsinωt……②y……距離(m)R……回轉半徑(米)ω……角速度( 1/(s) )t……時間(s)其加速度a＝-Rw2sinωt，因此有慣性力的產生。在一個周期內直線等速段占整個行程90%左右，簡諧段僅占10%左右。
本發明由以下實施及其附圖給出附
圖1直線往復機構結構圖(鏈條抽油機結構圖)附圖2長環形軌道結構圖附圖3鏈條結構圖附圖4換向器結構圖附圖5往復活塞泵結構圖附圖6往復直線電機結構圖附圖7對稱鏈條鏈輪抽油機結構圖1、動力箱，2、軌道體，3、鏈條，4、換向器，5、長銷軸，6、三角連片，7、換向器中心孔，8、滾子，9、鏈條長銷軸，10連接板，11、活塞桿，12、缸套，13、初級，14、氣動平衡連接器，15、圓形換向器，16、鏈輪，17、鋼絲繩，18、大滑輪，19、鏈條，20、銷子，21、鏈節實施例1鏈條抽油機直線往復機構由兩條鏈條3，四個軌道體2，兩個換向器4組成。軌道體上有長環形軌道槽，軌道體中心部為同樣形狀的通孔，每兩個軌道體為一副，相對安裝。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應的軌道槽內。用連接板10固定連接兩副軌道體。換向器4為工字型，四個角有槽，換向器穿過穿過兩副軌道中間，兩個長銷軸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，用三角連片6連接換向器的長銷軸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力箱1，就構成了鏈條抽油機。
實施例2 往復活塞泵結構圖將上述直線往復機構應用在活塞泵上。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。采用動力箱1作動力源，代替了減速箱及曲柄連桿機構。
實施例3 往復直線電機將本發明直線往復機構的鏈條3的鏈節21省去，將直線電機的次級代替鏈節裝在長環形軌道槽內，將初級13固定安裝在軌道的邊上。
權利要求
1.一種由鏈條3、換向器4組成的直線往復機構，鏈條通過銷軸5與換向器相接，其特征在于還帶四個軌道體2，軌道體上有長環形軌道槽，軌道體中心部為同樣形狀的通孔；每兩個軌道體為一副，相對安裝；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的軌道槽內，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，用三角連片6連接換向器的長銷軸5和鏈條；換向器有中心孔7，與連接板中心孔同心。
全文摘要
直線往復機構，可用于需要作直線往復運動的設備上。由兩條鏈條，四個軌道體，兩個換向器組成，軌道體上有長環形軌道槽。鏈條的銷軸兩端伸出鏈條外，每端裝有滾子，滾子裝在相對應的軌道槽內。換向器為工字型，穿過兩副軌道中間。兩個長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，用三角連片連接長銷軸和鏈條。該機構可保證換向器在對稱的兩個帶直線段軌道的中心線上作完全等角速直線運動。
文檔編號F16H49/00GK1058832SQ9010669
公開日1992年2月19日 申請日期1990年8月4日 優先權日1990年8月4日
發明者陳剛 申請人:長春市建材化工實驗廠