CN103343804B - 一种皮带复合传动系统用皮带轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种皮带复合传动系统用皮带轮，包括皮带轮圈及行星齿轮组件，所述行星齿轮组件包括可拆卸的安装在皮带轮圈内环壁的内齿圈、与电动机轴联动的太阳齿轮、至少两个设置在内齿圈与太阳齿轮之间的行星齿轮，与上述行星齿轮相配的行星支架，所述行星支架上设有用于被外部固件锁定的连接部。本发明的优点是：对于现有设备的改造，不需要更换现有的电动机，也不用改变现有装置中其他部件的设置，只要调整主动皮带轮，在皮带轮圈与电动机轴之间加装行星齿轮组件，通过更换带有不同的行星齿轮组件的皮带轮来调整皮带轮圈的转速，有效的降低了改造资金投入，同时降低了改造的难度，便于大规模推广。

Description

一种皮带复合传动系统用皮带轮

技术领域

本发明涉及一种皮带复合传动系统用皮带轮。

背景技术

一、抽油机皮带轮在油田的使用情况

1、大皮带轮（从动轮）：

自从上世纪九十年代国家从日本引进了5V的窄V带传动系统技术之后，抽油机大皮带轮（从动轮）经过几十年的的优化选用和抽油机形式和规格的优化，如果按直径大小来区分，基本只有￠630mm、￠800mm、￠1000mm、￠1120mm和￠1250mm这仅有的几个规格。由于大皮带轮的直径大以及包角大，对皮带的使用寿命不构成致命影响，加之皮带在运行中与大皮带轮的接触长度是小皮带轮（电动机皮带轮或主动轮）在运行中与皮带接触长度的数倍，所以，“皮带打滑”作为皮带复合传动传动系统主要的研究和解决的问题，在大皮带轮上并不明显甚至可以忽略不计。

2、小皮带轮（主动轮）

抽油机的电动机由于井下地质结构和井深原因，其选用功率基本在10～50KW之间。从功耗的角度来说，电动机皮带轮越小，惯性扭矩所产生的功耗就越小。在此情况下，15N/15J型皮带轮的国家或5V国际标准来看，皮带的推荐使用直径在￠180mm～￠355mm之间。超过￠355mm时国家或国际标准推荐使用25N/25J或8V的带型；小于￠180mm时国家或国际标准推荐使用9N/9J或3V的带型；但是，由于作为从动轮的大皮带轮是与小皮带轮配套使用的，要改换小皮带轮的槽型标准，大皮带轮的槽型标准也就要一同改换，这对油田来说成本是无法接受的。另外，如果在同一油田使用多种型号的标准，势必给管理带来不便和混乱。又由于油田的油井产能处于一个逐渐下降的趋势，抽油机的抽油冲次也就处于一个逐渐下降的趋势，大皮带轮的更换非常不便，因此，改换更小的电动机皮带轮就成了必然的选择。在这种情况下，油田为了迎合抽油机冲次的逐渐降低，就一直更换更小的皮带轮。不断更换更小皮带轮的结果就是，皮带轮的直径逐渐小过了国家标准所推荐的最小直径。特别是老油田，石油的出油率和渗出率越来越小，抽油机的抽油冲次越来越低，皮带轮的直径也就越来越小。胜利油田大量使用的是￠160mm、￠180mm左右的小皮带轮，而大庆油田小皮带轮的直径就更小，直径￠180mm以下的皮带轮的使用率在60%以上，最多使用的皮带轮直径￠120mm～￠160mm之间，最小的皮带轮用到了￠100mm！

二、电动机皮带轮的大小对皮带寿命的影响

电动机皮带轮（小皮带轮）的直径越小，皮带在运行时的的弯曲变形就越大，单位时间内的曲挠频次就越高，皮带运行的曲挠状态就越差，皮带的曲挠开裂、曲挠分层现象就越严重，皮带的寿命就越短；反之，电动机皮带轮的轮径越大，皮带的使用寿命就越长；从大庆油田和胜利油田数十年来的经验来看，电动机皮带轮轮径的大小决定了皮带的使用寿命，据不完全统计，一条15J的54联组的窄V包布带在电动机皮带轮直径为￠280mm的皮带轮上的使用寿命大约在2～3个月左右，在直径为￠180mm电动机皮带轮上的使用寿命大约在1个月左右，在直径为￠160mm电动机皮带轮上的使用寿命大约在10～15天左右，在直径为￠120mm电动机皮带轮上的使用寿命大约2～3天左右！由此可见电动机皮带轮的轮径对皮带的寿命的影响程度。

三、电动机皮带轮最佳直径

油田现在普遍使用的都是国家标准15N/15J或国际标准5V的皮带和带轮，在油田电动机为10～50KW的功率范围内，按标准选用的话，小皮带轮的直径应该在￠180mm～￠355mm之间。但从抽油机皮带使用的寿命来看，直径在￠250mm～￠315mm之间的皮带轮的包布窄V皮带使用寿命都达到了2个月，所以，电动机皮带轮的轮径最佳范围为￠250mm～￠315mm。

电动机皮带轮直径越大，对皮带寿命来说固然越好，但是，电动机皮带轮直径越大，其惯性转矩也就越大，电动机轴所承受的惯性转矩也就越大，电动机轴受损的机会也就越高；还有，电动机皮带轮惯性转矩越大皮带轮对电动机的功耗也就越大，所以，在油田很少用到￠355mm以上的电动机皮带轮

四、电动机皮带轮变大方案

从上述论述来看，在一定的范围内电动机皮带轮的直径越大，皮带的使用寿命越长。为此，就要想办法将电动机的皮带轮直径变大。但这个电动机皮带轮直径变大的前提是从动轮（大皮带轮）不能做任何改变，抽油机的冲次也不能比原来有任何变化。在这个前提下，产生了“电动机变频方案”“直接加装减速机方案”以及“更换低速电动机方案”。

1.电动机变频方案

给抽油机增加变频装置，一来可以降低抽油机电动机的能耗，二来能够使电动机的转速降下来，使电动机上的小皮带轮的直径有相应的变大的可能，从而改良抽油机皮带传动过程中皮带的曲挠性能，使皮带的使用寿命增加或延长，减少更换皮带的次数而使生产效率提高。但是，试验的结果不能使人乐观。由于一台变频器动辄数万元的成本，使油田的技改门槛太高而只得作罢。还有，油田现用的抽油机电动机种类繁多，变频改造方案千姿百态，使变频改造方案很难有一个完美或完善的方案，方案的不完善还有可能造成更大的浪费。基于这两个方面的因素，变频降速而改大电动机皮带轮直径的方案在油田没有找到它的市场。

2.直接加装减速机方案

在电动机和小带轮（主动轮）之间加装减速装置，使电动机皮带轮的转速下降，从而使电动机皮带轮直径增大。减速器是成熟的技术和工艺，在制造上没有任何技术和工艺难度。但是，现在油田在使用的抽油机如果在电动机和皮带轮之间加装减速器，必须将电动机向一边挪移（小皮带轮要与大皮带轮保持四点一线，所以小皮带轮不能挪移），而抽油机的电动机安装架必须要做大的更改。这就存在两个问题：第一，现有油田的抽油机电动机的安装架要进行彻底的改造，其工作量之大和成本之高也是油田无法接受的；其二，即使油田下决心投入大成本和大工作量，但因此而造成的产能下降，在国家已将石油定位为国家战略物资的前提下，石油产量的保障也就不是油田生产管理层面所能决定的事情。所以，小小的一个抽油机电动机安装架的改造问题说穿了不是一个纯粹的技改项目，有可能牵动国家能源战略的神经，所以，停产改造之事是一个不现实的设想。

3.更换低速电动机方案

改用低速电动机，就抽油机的电动机在油田的使用情况来说，种类和品种千姿百态。特别是具有数十年历史的老油田，电动机的种类和品种更加繁多，安装方式方法也是千奇百怪。在这种情况下，选用更低速的电动机来更换现用的电动机只是一个美好的愿望，不具有实际意义。改用低速电动机也跟变频方案一样，第一，还是成本问题。试想像大庆油田和胜利油田这样的大型油田，有数万台甚至近十万台的抽油机，更换电动机的成本就是数百亿甚至上千亿，这样重大的投入也只有纳入了国家战略规划才有可能实现。第二，其不光是改造成本的问题，还有更换下来的电动机如何处理，搞不好就会是更大的浪费！更换低速电动机方案在油田也遭遇了滑铁卢！

因此，看是可行的三种改造方案其实都不具备现实意义。

所以只能对小皮带轮进行改进，针对直径为￠200mm～￠250mm的电动机皮带轮，由于节约下来皮带的成本不一定能够弥补增加减速机的上升成本，性价比不是很高，暂时不做改变。而对直径超过￠250mm以上的皮带轮来说，其是皮带运行的最佳皮带轮直径区间，所以，更不需要减速变大。由于减速机皮带轮在安装时，现场操作工作人员必须严格按照四点一线的操作规范，将电动机上皮带轮的外轮面跟抽油机上从动轮的外轮面安装在同一个平面上，所以，减速机皮带轮的厚度必须跟原电动机皮带轮的厚度保持一致，也就是15N/15J(5V)的皮带轮的标准厚度96mm。所以，就现阶段来说，“带减速机的皮带轮”方案是专门针对电动机皮带轮在￠200mm以下皮带轮皮带寿命太短而设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种皮带复合传动系统用皮带轮，能够有效解决现有油田抽油机皮带轮直径太小而使皮带寿命太短的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种皮带复合传动系统用皮带轮，包括皮带轮圈及行星齿轮组件，所述行星齿轮组件包括设置在皮带轮圈内环壁的内齿圈、与电动机轴联动的太阳齿轮、至少两个设置在内齿圈与太阳齿轮之间的行星齿轮，与上述行星齿轮相配的行星支架，所述行星支架上设有用于被外部固件锁定的连接部。

优选的，所述行星支架包括内行星架和外行星架，所述内行星架和外行星架上均开有相对应的固定槽和相对应的固定孔，所述行星齿轮的中心轴通过滚动轴承安装在固定槽内，所述内行星架和外行星架通过旋入固定孔的行星架支柱固定连接；保证行星齿轮的刚性和强度以及正常运行，同时方便拆卸行星架和更换行星齿轮。

优选的，所述连接部为设在内行星架上的固定螺纹孔或限位孔；方便与其他部件连接固定。

优选的，所述行星支架与电动机轴之间以及行星支架与皮带轮圈之间均设有滚动轴承；通过固定孔可以利用双头螺栓与皮带轮安装盘固定连接，行星支架与电动机轴、皮带轮圈之间均设有滚动轴承可以使固定住的行星支架不干扰其他部件的正常运行。

优选的，所述电动机轴上套有轴套，所述轴套通过平键与电动机轴固定连接，所述太阳齿轮通过半圆键固定在轴套上；便于轴套和太阳齿轮的安装固定。

优选的，所述皮带轮圈包括外轮片和内轮片，所述内轮片和外轮片均为圆环形，所述内轮片和外轮片的内壁均设有朝向对方的凸檐，所述内轮片和外轮片之间还设有间隔设置的齿片和轮片，所述齿片上设有与齿形皮带相啮合的轮齿，所述内齿圈夹和轮片在两个凸檐之间；便于安装维护，凸檐的设置也可以方便行星架轴承的安装。

优选的，所述外轮片和内轮片通过螺栓与内齿片固定连接；方便装卸。

优选的，所述内齿圈与外轮片、内齿圈与内轮片之间均设有密封圈；使润滑脂不会溢出，防止污染。

优选的，所述皮带轮圈上还设有至少一个防止齿片或轮片发生相对转动的止转孔，所述止转孔内设有定位止转销；防止齿片或轮片在使用过程中发生滑动或错位，而影响正常工作。

与现有技术相比，本发明的优点是：对于现有设备的改造，不需要更换现有的电动机，不需要额外占用安装空间，也就不用改变现有装置中部件的设置，只要根据所要增大的皮带轮的直径比来设计电动机的降速比，从而设计内置于皮带轮内腔的行星减速机，来改变输出的转速，使下皮带轮的直径增大，转速降低，是皮带的弯曲变形减小和挠曲频次降低，大大提高皮带的使用寿命。有效的降低了改造资金投入，同时降低了改造的难度。

对于操作人员来说，需要按原小皮带轮的直径和增大后的皮带轮的直径比，和选行星减速机的减速比（轮径比和减速比都铸造在皮带轮的外轮片非常醒目的位置），来挑选直径比跟降速比相等的“带减速机的皮带轮”即可。比如原直径为150mm的小皮带轮要换成直径300mm的新皮带轮，则就要选用心的皮带轮的直径不光是300mm，而且其皮带轮内部的行星减速机的减速比必须是2:1才行。新旧皮带轮直径比必须等于行星减速机的减速比，这是皮带轮变大而不改变从动轮转速（角速度和线速度）的前提条件。因此，输出转速首先是由行星减速机的减速比来给定，再根据转速比来计算新皮带轮的轮径。所以，设定减速比时就要尽可能设定大一些（但最大不宜使皮带轮超过直径超过355mm）皮带轮直径越大，皮带的使用寿命就越长。这样，进一步降低了生产成本，也便于大规模推广，也可以进一步将这种结构的皮带轮做成标准件，使更换皮带轮成为一种方便快捷简便的操作。

采用本方案制造的皮带轮使用寿命最少有3～5年以上，从一台抽油机上换下来还可以装到其他需要的抽油机上去，同时因为皮带轮直径可以做大，使皮带的使用寿命可以达到12个月以上，相对以往皮带寿命大大延长，原来每更换一次皮带油井需要半天的时间来恢复生产，现在不仅仅省去了更换皮带的时间，而且也使油井少停产，经济效益得到飞跃性提高。

附图说明

图1为本发明一种皮带复合传动系统用皮带轮的主视图；

图2为图1中A-A的剖视图。

具体实施方式

参阅图1、图2为本发明一种皮带复合传动系统用皮带轮的实施例，包括皮带轮圈15及行星齿轮组件，所述行星齿轮组件包括设置在皮带轮圈15内环壁的内齿圈25、与电动机轴17联动的太阳齿轮8、至少两个设置在内齿圈25与太阳齿轮8之间的行星齿轮10，与上述行星齿轮相配的行星支架16，所述行星支架上设有用于被外部固件锁定的连接部。

如图2所示，所述行星支架16包括内行星架21和外行星架4，所述内行星架21和外行星架4上均开有相对应的固定槽9和相对应的支柱22固定孔5，所述行星齿轮10的中心轴通过滚动轴承安装在固定槽9内，所述内行星架21和外行星架4通过旋入固定孔5的行星架支柱22固定连接，所述连接部为设在内行星架21上的固定螺纹孔13或限位孔，所述行星支架16与电动机轴17之间以及行星支架16与皮带轮圈15之间均设有滚动轴承，所述电动机轴17上套有轴套18，所述轴套18通过平键7与电动机轴17固定连接，所述太阳齿轮8通过半圆键6固定在轴套18上。

所述皮带轮圈15包括外轮片1和内轮片12，所述内轮片12和外轮片1均为圆环形，所述内轮片12和外轮片1的内壁均设有朝向对方的凸檐14，所述内轮片12和外轮片1之间还设有间隔设置的齿片24和轮片26，所述齿片24上设有与齿形皮带相啮合的轮齿，所述内齿圈25和轮片26夹在两个凸檐14之间，所述外轮片1和内轮片12通过螺栓2与内齿片24固定连接，所述内齿圈25与外轮片1、内齿圈25与内轮片12之间均设有密封圈3，所述皮带轮圈15上还对称设有两个防止齿片24或轮片26发生相对转动的止转孔，所述止转孔内设有定位止转销11。

需要降低抽油机抽油次数时，只要更换带有不同减速比行星齿轮组件的主动皮带轮，更换步骤和更换普通皮带轮步骤一致，操作员工不需要进行额外的培训。

本皮带轮通过与复合皮带配合，既有摩擦传动又有啮合传动，皮带轮圈15上外轮片1与轮片26之间、相邻的轮片26之间、轮片26与内轮片12之间均形成皮带槽，齿片24位于皮带槽的底部，通过齿片24上均匀分布的凹凸齿与皮带上的凹凸齿在传动时发生啮合，形成啮合传动；皮带的楔面与皮带槽的楔面依靠皮带的张紧力而楔紧，靠摩擦力使皮带轮带动皮带形成摩擦传动。对于现有设备的改造，不需要更换现有的电动机，也不用改变现有装置中其他部件的位置，只要调整电动机皮带轮，可以进一步将这种结构的皮带轮做成标准件，使更换皮带轮成为一种方便快捷简便的操作。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (7)

1.一种皮带复合传动系统用皮带轮，其特征在于：包括皮带轮圈（15）及行星齿轮组件，所述行星齿轮组件包括设置在皮带轮圈（15）内环壁的内齿圈（25）、与电动机轴（17）联动的太阳齿轮（8）、至少两个设置在内齿圈（25）与太阳齿轮（8）之间的行星齿轮（10），与上述行星齿轮相配的行星支架（16），所述行星支架上设有用于被外部固件锁定的连接部；

所述电动机轴（17）上套有轴套（18），所述轴套（18）通过平键（7）与电动机轴（17）固定连接，所述太阳齿轮（8）通过半圆键（6）固定在轴套（18）上；

所述皮带轮圈（15）包括外轮片（1）和内轮片（12），所述内轮片（12）和外轮片（1）均为圆环形，所述内轮片（12）和外轮片（1）的内壁均设有朝向对方的凸檐（14），所述内轮片（12）和外轮片（1）之间还设有间隔设置的齿片（24）和轮片（26），所述齿片（24）上设有与齿形皮带相啮合的轮齿，所述内齿圈（25）和轮片（26）夹在两个凸檐（14）之间。

2.如权利要求1所述的一种皮带复合传动系统用皮带轮，其特征在于：所述行星支架（16）包括内行星架（21）和外行星架（4），所述内行星架（21）和外行星架（4）上均开有相对应的固定槽（9）和相对应的固定孔（5），所述行星齿轮（10）的中心轴通过滚动轴承安装在固定槽（9）内，所述内行星架（21）和外行星架（4）通过旋入固定孔（5）的行星架支柱（22）固定连接。

3.如权利要求2所述的一种皮带复合传动系统用皮带轮，其特征在于：所述连接部为设在内行星架（21）上的固定螺纹孔（13）或限位孔。

4.如权利要求2所述的一种皮带复合传动系统用皮带轮，其特征在于：所述行星支架（16）与电动机轴（17）之间以及行星支架（16）与皮带轮圈（15）之间均均设有滚动轴承。

5.如权利要求1所述的一种皮带复合传动系统用皮带轮，其特征在于：所述外轮片（1）和内轮片（12）通过螺栓（2）与内齿片（24）固定连接。

6.如权利要求5所述的一种皮带复合传动系统用皮带轮，其特征在于：所述内齿圈（25）与外轮片（1）、内齿圈（25）与内轮片（12）之间均设有密封圈（3）。

7.如权利要求1所述的一种皮带复合传动系统用皮带轮，其特征在于：所述皮带轮圈（15）上还设有至少一个防止齿片（24）或轮片（26）发生相对转动的止转孔，所述止转孔内设有定位止转销（11）。