CN105070183B - 抽油机教学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抽油机教学装置，包括底座，底座上安装有支架和驱动装置，支架通过游梁支座与游梁连接，在游梁的一端设有驴头，在底座上设有沿底座长度方向滑动的齿条，齿条与驱动装置的驱动齿轮啮合连接，齿条靠近驴头的一端设有绘图板，驴头通过悬绳与抽油杆连接，在抽油杆上固设有绘图笔，绘图笔的笔头与绘图板接触。通过采用驱动齿轮驱动齿条获得水平位移的参数，通过抽油杆和活塞获得垂直位移的参数，从而得到抽油杆和活塞的运动曲线。使教学非常直观易懂。

Description

抽油机教学装置

技术领域

本发明涉及教学模型领域，特别是一种抽油机教学装置。

背景技术

油气装备是石油钻采行业不可或缺的重要组成部分，而抽油机则是其中应用最广泛的采油设备。目前，机械平衡游梁式抽油机是应用最多的设备，但是很多学生在生活中难以见到实物，且很难将理论课程与实体机械相结合。尤其是涉及抽油杆运动轨迹，讲解起来非常抽象难懂，需要有能够直观展示运动轨迹的教具。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抽油机教学装置，能够直观展示抽油杆及其内的活塞运动轨迹，且使模型的组装更为方便便捷，并能够采用其中的大部分零件组装成常用的多种结构，便于模拟和展示多种结构抽油机的抽油杆及其内的活塞运动轨迹。使教学更为生动直观、贴近生产。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种抽油机教学装置，包括底座，底座上安装有支架和驱动装置，支架通过游梁支座与游梁连接，在游梁的一端设有驴头，在底座上设有沿底座长度方向滑动的齿条，齿条与驱动装置的驱动齿轮啮合连接，齿条靠近驴头的一端设有绘图板，驴头通过悬绳与抽油杆连接，在抽油杆上固设有绘图笔，绘图笔的笔头与绘图板接触。

在抽油杆的外壁设有开口槽，绘图笔穿过开口槽与活塞固定连接；

或者绘图笔固定安装在抽油杆的外壁。

在底座上设有多个用于安装驱动装置和支架的孔，以便根据需要将驱动装置和支架安装在不同的位置；

在游梁的的两端设有多组连接销孔，用于与驱动装置的连杆铰接，以分别组合成多种形式的抽油机模型。

支架与底座固定连接，支架通过游梁支座与游梁的主游梁铰接，主游梁的一端设有驴头，主游梁的另一端通过游梁连接销孔与后游梁连接，后游梁通过常规型连接销孔与驱动装置的连杆铰接，驱动装置安装在支架远离驴头的一侧。

支架与底座固定连接，支架通过游梁支座与游梁的主游梁铰接，主游梁的一端设有驴头，主游梁的另一端通过游梁连接销孔与后游梁连接，后游梁通过异相型连接销孔与驱动装置的连杆铰接，驱动装置安装在支架远离驴头的一侧。

支架与底座固定连接，支架通过游梁支座与游梁的主游梁铰接，主游梁的一端设有驴头，主游梁的另一端通过游梁连接销孔与弯游梁连接，弯游梁通过弯游梁销孔与驱动装置的连杆铰接，驱动装置安装在支架远离驴头的一侧；

在连杆上设有多个连杆连接销孔，以调节连杆的长度。

支架与底座固定连接，支架通过游梁支座与连接游梁铰接，连接游梁通过游梁连接销孔与主游梁的一端连接，主游梁的另一端设有驴头，主游梁还通过靠近驴头位置的前置型连接销孔与驱动装置的连杆铰接，驱动装置安装在支架远离驴头的一侧。

所述的驴头中，两侧的驴头侧板之间固定安装有前置驴头芯板。

所述的驱动装置中，电机通过减速器与驱动齿轮连接，驱动齿轮的轴与曲柄固定连接，曲柄与连杆铰接。

在曲柄的自由端还设有配重销孔，以安装不同的配重。

本发明的工作原理是：电动机将电能转换为旋转运动，在经过减速箱两次减速后，利用四连杆机构将旋转运动转变为悬绳的直线往复运动。而通过驱动齿轮带动齿条实现水平的直线运动。悬绳和齿条的复合运动，使悬绳下方的抽油杆及活塞通过绘图笔在绘图板上绘制出运动轨迹。

现实中的抽油机通过驴头、悬绳、光杆、抽油杆带动深井泵抽油。其中核心部件即为本发明中的四连杆机构，由曲柄、连杆、游梁、支架和底座的连线组成。由于支架和底座的杆为固定杆，当曲柄作旋转运动时，尾轴承必然以中轴承为圆心，作圆弧运动。相应的游梁前端也以中轴承为圆心，以前臂长为半径作圆弧运动。而驴头弧面恰恰也是以中轴承为圆心，以前臂长为半径的圆弧，悬绳又是用毛辫子与驴头软连接，因此其切点运动规律是垂直直线往复运动。四连杆机构的主要任务是承载、运动转换和实现平衡，同时，其设计的合理性对抽油机的工作性能和整机轮廓尺寸与重量都有重大影响。

四连杆机构，在曲柄旋转一周中，有两个位置使曲柄和连杆位于同一直线上，称为极限位置。这两条直线之间的夹角称为极位夹角λ。按照极位夹角的不同产生三种机构：

λ＝0对称机构，及连杆与游梁铰接点与减速箱输出轴中心处在同一垂直线上，如如常规后置式游梁抽油机；

λ＞0或λ＜0都属于偏移机构。异相曲柄游梁式抽油机属于λ＞0偏移机构，即减速箱输出轴中心向后移动，一般λ取12°左右，当驴头在右侧，电动机顺时针旋转时，上行程慢，动载减小，最大悬点载荷下降，抽油机承载能力可以充分利用，进而改善抽油杆受力状况。下行程快，动载增加，有可能造成抽油杆下行困难。如果减速箱允许逆时针旋转时，则上行程快下行程慢。而前置式游梁抽油机属于λ＜0偏移机构。

本发明提供的一种抽油机教学装置，通过采用驱动齿轮驱动齿条获得水平位移的参数，通过抽油杆和活塞获得垂直位移的参数，从而得到抽油杆和活塞的运动曲线。使教学非常直观易懂。通过将驴头、游梁、连杆、曲柄和底座设置多排销孔，使之成为了拆卸或移动的形式，从而能够演示多种包括常规型、弯游梁型、前置型和异相型抽油机的结构和工作轨迹，并能够形象的比较各种结构的不同之处。采用组合方案后，绝大部分零件都能够重复使用。本发明的抽油机教学装置教学形象易懂，能大幅提高学习效率，组合式的结构使得互换性教学更具高效性及生动性，自由式装卸能够进一步提高学生的动手能力及思维能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的常规型抽油机的结构示意图。

图2为本发明的弯游梁型型抽油机的结构示意图。

图3为本发明的前置型抽油机的结构示意图。

图4为本发明的异相型抽油机的结构示意图。

图5为本发明的常规型抽油机的立体结构示意图。

图中：驴头1，驴头侧板11，驴头芯板12，前置驴头芯板13，游梁支座2，中轴承21，支架22，主游梁3，游梁连接销孔31，前置型连接销孔32，后游梁4，异相型连接销孔41，常规型连接销孔42，尾轴承43，连杆5，连杆连接销孔51，底座6，曲柄7，曲柄轴承71，配重销孔72，驱动轴轴承73，驱动齿轮74，弯游梁8，弯游梁销孔81，连接游梁9，悬绳10,驴头侧板11,驴头芯板12，齿条13，绘图板14，抽油杆15，活塞16，绘图笔17。

具体实施方式

如图1~4中，一种抽油机教学装置，包括底座6，底座6上安装有支架22和驱动装置，支架22通过游梁支座2与游梁连接，在游梁的一端设有驴头1，在底座6上设有沿底座6长度方向滑动的齿条13，齿条13与驱动装置的驱动齿轮74啮合连接，齿条13靠近驴头1的一端设有绘图板14，驴头1通过悬绳10与抽油杆连接，在抽油杆上固设有绘图笔17，绘图笔17的笔头与绘图板14接触。由此结构，驱动齿轮74在带动驴头1上下摆动的同时，还带动齿条13作直线运动，从而使绘图笔17在绘图板14绘制出抽油杆的运行曲线。

优选的方案如图1~4中，在抽油杆15的外壁设有开口槽，绘图笔17穿过开口槽与活塞16固定连接；由此结构，绘制的是抽油杆内的活塞16的运行轨迹。由于原油对活塞的影响，活塞16的运动轨迹和抽油杆15外壁的运行轨迹是不同的。

或者另一可选的方案中，绘图笔17固定安装在抽油杆15的外壁。由此结构，绘制的是抽油杆15外壁的运行轨迹。

优选的方案中如图1~5中，底座6上设有多个用于安装驱动装置和支架22的孔，以便根据需要将驱动装置和支架22安装在不同的位置。

支架22通过游梁支座2与游梁连接，在游梁的一端设有驴头1，在游梁的的两端设有多组连接销孔，用于与驱动装置的连杆5铰接，以分别组合成多种形式的抽油机模型。由此结构，便于学生理解不同抽油机模型之间的差异点以及优缺点。

如图1、5中，支架22与底座6固定连接，支架22通过游梁支座2与游梁的主游梁3铰接，主游梁3的一端设有驴头1，在驴头1上设有悬绳10，主游梁3的另一端通过游梁连接销孔31与后游梁4连接，后游梁4通过常规型连接销孔42与驱动装置的连杆5铰接，驱动装置安装在支架22远离驴头1的一侧。本例中，组合出常规型抽油机模型。

如图4中，支架22与底座6固定连接，支架22通过游梁支座2与游梁的主游梁3铰接，主游梁3的一端设有驴头1，主游梁3的另一端通过游梁连接销孔31与后游梁4连接，后游梁4通过异相型连接销孔41与驱动装置的连杆5铰接，驱动装置安装在支架22远离驴头1的一侧。由此结构，组合出异相型抽油机模型。本例中的异相型连接销孔41位于常规型连接销孔42靠近驴头1的一侧。

如图2中，支架22与底座6固定连接，支架22通过游梁支座2与游梁的主游梁3铰接，主游梁3的一端设有驴头1，主游梁3的另一端通过游梁连接销孔31与弯游梁8连接，弯游梁8通过弯游梁销孔81与驱动装置的连杆5铰接，驱动装置安装在支架22远离驴头1的一侧。

优选的方案如图2中，在连杆5上设有多个连杆连接销孔51，以调节连杆5的长度，从而便于与弯游梁8连接。由上述的结构组合出弯游梁型抽油机模型。

如图1、2、4中，所述的驴头1中，两侧的驴头侧板11之间固定安装有驴头芯板12。所述的驴头芯板12为弧形，以中轴承21的圆心为驴头芯板12的圆心。由此结构，便于更换不同结构的驴头。

如图3中，支架22与底座6固定连接，支架22通过游梁支座2与连接游梁9铰接，连接游梁9通过游梁连接销孔31与主游梁3的一端连接，主游梁3的另一端设有驴头1，主游梁3还通过靠近驴头1位置的前置型连接销孔32与驱动装置的连杆5铰接，驱动装置安装在支架22靠近驴头1的一侧。由上述的结构组合出前置型抽油机模型。

所述的驴头1中，两侧的驴头侧板11之间固定安装有前置驴头芯板13。本例中前置驴头芯板13为弧形，以中轴承21的圆心为前置驴头芯板13的圆心。由于前置型抽油机模型中驴头的摆动半径更长，因此，前置驴头芯板13的弧形更为平直，需要将其他型号的驴头拆卸后更换为前置驴头芯板13。

所述的驱动装置中，电机通过减速器与驱动齿轮74连接，驱动齿轮74的轴与曲柄7固定连接，曲柄7与连杆5铰接。由此结构，便于驱动整个抽油机动作。

在曲柄7的自由端还设有配重销孔72，以安装不同的配重。由此结构，以根据不同型号的抽油机更换不同重量的配重，从而与当前的型号相匹配。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抽油机教学装置，包括底座（6），底座（6）上安装有支架（22）和驱动装置，支架（22）通过游梁支座（2）与游梁连接，在游梁的一端设有驴头（1），其特征是：在底座（6）上设有沿底座（6）长度方向滑动的齿条（13），齿条（13）与驱动装置的驱动齿轮（74）啮合连接，齿条（13）靠近驴头（1）的一端设有绘图板（14），驴头（1）通过悬绳（10）与抽油杆（15）连接，在抽油杆上固设有绘图笔（17），绘图笔（17）的笔头与绘图板（14）接触。

2.根据根据权利要求1所述的一种抽油机教学装置，其特征是：在抽油杆（15）的外壁设有开口槽，绘图笔（17）穿过开口槽与活塞（16）固定连接；

或者绘图笔（17）固定安装在抽油杆（15）的外壁。

3.根据根据权利要求1所述的一种抽油机教学装置，其特征是：在底座（6）上设有多个用于安装驱动装置和支架（22）的孔，以便根据需要将驱动装置和支架（22）安装在不同的位置；

在游梁的两端设有多组连接销孔，用于与驱动装置的连杆（5）铰接，以分别组合成多种形式的抽油机模型。

4.根据权利要求1所述的一种抽油机教学装置，其特征是：支架（22）与底座（6）固定连接，支架（22）通过游梁支座（2）与游梁的主游梁（3）铰接，主游梁（3）的一端设有驴头（1），主游梁（3）的另一端通过游梁连接销孔（31）与后游梁（4）连接，后游梁（4）通过常规型连接销孔（42）与驱动装置的连杆（5）铰接，驱动装置安装在支架（22）远离驴头（1）的一侧。

5.根据权利要求1所述的一种抽油机教学装置，其特征是：支架（22）与底座（6）固定连接，支架（22）通过游梁支座（2）与游梁的主游梁（3）铰接，主游梁（3）的一端设有驴头（1），主游梁（3）的另一端通过游梁连接销孔（31）与后游梁（4）连接，后游梁（4）通过异相型连接销孔（41）与驱动装置的连杆（5）铰接，驱动装置安装在支架（22）远离驴头（1）的一侧。

6.根据权利要求1所述的一种抽油机教学装置，其特征是：支架（22）与底座（6）固定连接，支架（22）通过游梁支座（2）与游梁的主游梁（3）铰接，主游梁（3）的一端设有驴头（1），主游梁（3）的另一端通过游梁连接销孔（31）与弯游梁（8）连接，弯游梁（8）通过弯游梁销孔（81）与驱动装置的连杆（5）铰接，驱动装置安装在支架（22）远离驴头（1）的一侧；

在连杆（5）上设有多个连杆连接销孔（51），以调节连杆（5）的长度。

7.根据权利要求1所述的一种抽油机教学装置，其特征是：支架（22）与底座（6）固定连接，支架（22）通过游梁支座（2）与连接游梁（9）铰接，连接游梁（9）通过游梁连接销孔（31）与主游梁（3）的一端连接，主游梁（3）的另一端设有驴头（1），主游梁（3）还通过靠近驴头（1）位置的前置型连接销孔（32）与驱动装置的连杆（5）铰接，驱动装置安装在支架（22）远离驴头（1）的一侧。

8.根据权利要求7所述的一种抽油机教学装置，其特征是：所述的驴头（1）中，两侧的驴头侧板（11）之间固定安装有前置驴头芯板（13）。

9.根据权利要求1所述的一种抽油机教学装置，其特征是：所述的驱动装置中，电机通过减速器与驱动齿轮（74）连接，驱动齿轮（74）的轴与曲柄（7）固定连接，曲柄（7）与连杆（5）铰接。

10.根据权利要求9所述的一种抽油机教学装置，其特征是：在曲柄（7）的自由端还设有配重销孔（72），以安装不同的配重。