CN105201949A - 一种液力活塞换向机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液力活塞换向机构，属液压动力结构技术领域。它由油缸外筒、自动换向阀、左端活塞、右端活塞和活塞连杆构成，油缸外筒内的中部装有自动换向阀，活塞连杆安装在自动换向阀中心的通孔内，活塞连杆的两端连接有左端活塞和右端活塞。本发明采用纯机械式自动换向机构，不通过外部设备改变液压油循环方向的情况下能使活塞往复运动，工作稳定性更好，工作效率更高，抗环境干扰能力更强。作为动力端既可以用于无杆抽油设备，也可以用于有杆抽油设备。解决了现有的采用电磁换向阀来控制液压油的循环方向的自动换向机构的电磁控制易受环境影响，导致控制稳定性不够的问题；能广泛应用于石油化工等行业的过程流体设备中。

Description

一种液力活塞换向机构

技术领域

本发明涉及一种液力活塞换向机构，属液压动力结构技术领域。

背景技术

在石油生产与开采过程中通常采用游梁式抽油机，该机构体积庞大，占地面积大，工作效率不高，易造成大量的能量浪费。对此，无杆抽油的技术发展日益迅速，例如，螺杆泵、水力活塞泵、气举采油等设备与技术得到广泛应用。对于螺杆泵而言，其核心技术在于动力端，由于螺杆泵受到结构和加工的限制，在实际工作过程中易发生故障。另外，对于目前的自动换向机构，都是采用电磁换向阀来完成对液压油的循环方向的控制，而电磁控制易受环境影响，导致控制稳定性不够。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种在不通过外部设备改变液压油循环方向的情况下使活塞往复运动，采用纯机械式自动换向机构，工作稳定性更高，既可以作为动力端用于无杆抽油设备，也可以用于有杆抽油设备的液力活塞换向机构。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种液力活塞换向机构，它由油缸外筒、自动换向阀、左端活塞、右端活塞和活塞连杆构成，其特征在于：油缸外筒内的中部装有自动换向阀，活塞连杆安装在自动换向阀中心的通孔内，活塞连杆的两端通过连接螺钉分别连接有左端活塞和右端活塞。

所述的自动换向阀由阀体、左阀盘、右阀盘、左阀杆、右阀杆、摇杆机构及顶针构成，阀体为工字型圆柱体，阀体中心制作有通孔；阀体两端的圆柱盘侧面上制作有与油缸外筒的通孔相配合的三个螺钉孔；阀体两端的圆柱盘的端面上分别均布制作有三个流道，流道的外端为锥面，三个流道内通过保持架安装有左阀杆和右阀杆；左阀杆和右阀杆的两个相邻端通过摇杆机构连接，左阀杆和右阀杆的两个外端上通过螺母分别装有左阀盘和右阀盘，左阀杆和右阀杆的端部分别焊接有顶针。

所述的油缸外筒的中部一侧制作有左进油接口和右进油接口，另一侧制作有出油接口，两端部上分别制作有法兰盘；左进油接口和右进油接口通过一个三通液压油管与液压油泵的出口连接。

所述的摇杆机构由连杆a、摇杆、连杆b、拉力弹簧、底座组成，底座固定在阀体的侧壁上，连杆a和连杆b的一端分别与左阀杆和右阀杆通过销钉连接，摇杆和底座之间装有两根拉力弹簧。

所述的左阀杆和右阀杆为一变截面直杆，左阀杆和右阀杆的一端为销轴结构，左阀杆和右阀杆的另一端为锥形凸台结构，锥形凸台与阀体的流道的外端锥面相配合。

所述的顶针由接触杆、弹簧和保持座构成，保持座的底部侧壁有一通孔，接触杆的上端为球面，下端安装在保持座内，能在保持座内轴向滑动；保持座上套装有弹簧，弹簧的上端通过接触杆上的凸台进行固定。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该液力活塞换向机构采用纯机械式自动换向机构，不通过外部设备改变液压油循环方向的情况下能使活塞往复运动，工作稳定性更好，工作效率更高，抗环境干扰能力更强。能弥补现有的机械式自动换向设备的不足；作为动力端既可以用于无杆抽油设备，也可以用于有杆抽油设备。解决了现有采用电磁换向阀来完成控制液压油的循环方向的自动换向机构的电磁控制易受环境影响，导致控制稳定性不够的问题；该液力活塞换向机构能广泛应用于石油化工等行业的过程流体设备中。

附图说明

图1为一种液力活塞换向机构的整体结构示意图；

图2为自动换向阀的正视图；

图3为自动换向阀的立体图；

图4为摇杆机构的立体图；

图5为顶针的结构示意图。

图中：1、油缸外筒，2、左端活塞，3、连接螺钉，4、活塞连杆，5、左阀盘，6、左进油接口，7、右进油接口，8、右阀盘，9、右端活塞，10、法兰盘，11、右阀杆，12、螺母，13、摇杆机构，14、阀体，15、出油接口，16、左阀杆，17、顶针，18、连杆a，19、摇杆，20、连杆b，21、拉力弹簧，22、底座，23、接触杆，24、弹簧，25、保持座。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细阐述如下。(参见附图1～5)。

该液力活塞换向机构由油缸外筒1、自动换向阀、左端活塞2、右端活塞9和活塞连杆4构成，油缸外筒1内的中部装有自动换向阀，活塞连杆4安装在自动换向阀中心的通孔内，能在通孔内自由滑动，活塞连杆4的两端通过连接螺钉3分别连接有左端活塞2和右端活塞9，连接螺钉3分别为母扣和公扣，母扣螺钉可作为销轴保证左端活塞2、右端活塞9和活塞连杆4的连接处能够转动。

所述的自动换向阀由阀体14、左阀盘5、右阀盘8、左阀杆16、右阀杆11、摇杆机构13及顶针17构成，阀体14为工字型圆柱体，阀体14的中心制作有通孔；阀体14两端的圆柱盘侧面上制作有与油缸外筒1的通孔相配合的三个螺钉孔；阀体14两端的圆柱盘的端面上分别均布制作有三个流道，流道的外端为锥面，该锥面与阀杆的锥面配合形成密封，三个流道内通过保持架安装有左阀杆16和右阀杆11；左阀杆16和右阀杆11的两个相邻端通过摇杆机构13连接，左阀杆16和右阀杆11的两个外端上通过螺母12分别装有左阀盘5和右阀盘8，左阀杆16和右阀杆11的端部分别焊接有顶针17。

所述的油缸外筒1的中部一侧制作有左进油接口6和右进油接口7，另一侧制作有出油接口15，两端部上分别制作有法兰盘；左进油接口6和右进油接口7通过一个三通液压油管与液压油泵的出口连接，该连接方式可保证两接口处的压力一致。

所述的摇杆机构13由连杆a18、摇杆19、连杆b20、拉力弹簧21、底座22组成，底座22固定在阀体14的侧壁上，连杆a18和连杆b20的一端分别与左阀杆16和右阀杆11通过销钉连接；摇杆19和底座22之间装有两根拉力弹簧21，则摇杆19会在拉力作用下会发生偏转使摇杆19偏向底座22左边或者右边，特别是当摇杆19垂直底座22时，弹簧21拉力最大，摇杆19稍有外力作用就会发生偏转。摇杆机构13能很好地帮助自动换向阀完成换向。

所述的左阀杆16和右阀杆11为一变截面直杆，左阀杆16和右阀杆11的一端为销轴结构，左阀杆16和右阀杆11的另一端为锥形凸台结构，锥形凸台与阀体的流道的外端锥面相配合。

所述的顶针17由接触杆23、弹簧24和保持座25构成，保持座25的底部侧壁有一通孔，接触杆23的上端为球面，下端安装在保持座25内，能在保持座25内轴向滑动；保持座25上套装有弹簧24，弹簧24的上端通过接触杆23上的凸台进行固定。

该液力活塞换向机构的自动换向阀中的左阀杆16、右阀杆11、左阀盘5、右阀盘8、摇杆机构13和顶针17是一套联动机构，左阀杆16、右阀杆11和左阀盘5、右阀盘8能左右移动并存在极限位置，即左阀盘5和右阀盘8移动到左极限位置时，左阀盘5堵住左进油接口6，阀体14左部的三个流道打开，而右阀盘8未堵住油缸外筒1的右进油接口7，阀体14右端的流道被右阀杆11堵住；左阀盘5和右阀盘8移动到右极限位置时，右阀盘8堵住右进油接口7，阀体14右部的三个流道打开，而左阀盘5未堵住油缸外筒1的左进油接口6，阀体14左端的流道被左阀杆16堵住。

在油缸外筒1内部，左端活塞2和右端活塞9的内端面分别与自动换向阀的阀体14的两个外端面形成左右两个相对独立的空间。对于两边的空间而言，当左阀盘5和右阀盘8在左极限位置时，左阀盘5将左进油接口6堵住，左阀杆16的锥面与阀体14左边流道的锥面分离，左边空间便通过阀体14左边的流道与油缸外筒1的出油接口15连接，而此时，右阀盘8将不能堵住右进油接口7，右阀杆11的锥面与阀体14右边流道的锥面贴合，右边空间便不能与出油接口15连接，当有液压油进入时，该空间的压力会升高。

同理，当左阀盘5和右阀盘8在右极限位置时，右阀盘8将右进油接口7堵住，右阀杆11的锥面与阀体14流道的锥面分离，右边空间便通过阀体14右边的流道与油缸外筒1的出油接口15连接，而此时，左阀盘5将不能堵住左进油接口6，左阀杆16的锥面与阀体14左边流道的锥面贴合，左边空间便不能与出油接口15连接，当有液压油进入时，该空间的压力会升高。

在接通液压油管线后，当左阀盘5和右阀盘8在左极限位置时，右进油接口7打开，阀体14右边的流道关闭，此时阀体14右端面与右端活塞9的内端面形成密闭空间，随着液压油的不断注入，空腔内压力不断升高，迫使右端活塞9向右移动。左端活塞9在活塞连杆4的带动下也向右移动，由于左进油接口6关闭，此时没有液压油进入阀体14左端面和左端活塞2内端面形成的空间。同时，又由于阀体14左边的流道打开，阀体14左端面和左端活塞2内端面形成的空间内已有的液体可以经过该流道进入出油口，不会产成憋压妨碍活塞的移动。

随着左端活塞2和右端活塞9向右移动，左端活塞2的内端面与自动换向阀的左阀杆16上的顶针17接触，顶针17的弹簧24开始被压缩。由于右进油接口7仍然进油，左端活塞2和右端活塞9继续向右移动，左端活塞2逐渐推动左阀杆16向右移动，由于右阀杆11、左阀杆16的联动作用，左阀盘5和右阀盘8也向右移动，随着左阀盘5和右阀盘8的移动，左进油接口6逐渐打开，右进油接口7逐渐关闭，当左阀盘5和右阀盘8移动到使得两个进油口的开度一样时，摇杆机构13的摇杆19处于极端位置，由于右边顶针17不受力，在拉力弹簧21的作用下摇臂19偏向右端，此时带动右阀杆11和左阀杆16向右移动，左阀盘5和右阀盘8也向右移动，由此导致右进油接口7被堵住，左进油接口6打开，阀体14的左边和右边的流道分别被关闭和打开，即左阀盘5和右阀盘8处于右极限位置。此时，液压油不断从左进油接口6进入阀体14左端面与左端活塞2的内端面形成密闭空间并迫使左端活塞2和右端活塞9向左移动，然后随着左端活塞2和右端活塞9不断向左移动一定距离后，右端活塞9的内端面会与自动换向阀的右阀杆11的顶针17接触并压缩弹簧24，然后推动右阀杆11向左移动。

同理，随着左阀盘5和右阀盘8的移动，左进油接口6逐渐关闭，右进油接口7逐渐打开，当左阀盘5和右阀盘8移动到某一位置使得两个进油口的开度一样时，摇杆机构13处于极端位置，此时左边的顶针17不受力，在拉力弹簧21的作用下摇杆19偏向左端，此时带动右阀杆11和左阀杆16向左移动，左阀盘5和右阀盘8也向左移动，由此导致左进油接口6被堵住，右进油接口7打开，阀体14的左边和右边的流道分别被打开和关闭，即左阀盘5和右阀盘8处于左极限位置。以此类推，左端活塞2和右端活塞9会在液压油和自动换向阀的作用下实现往复运动。

为方便使用，可将油缸外筒1的两个进油口并联接到同一液压油泵的出口，以此可以很好地保证两进油口压力一致。顶针17的设计是为了让左端活塞2和右端活塞9接触时更加柔和，弹簧24被压缩后也能促进摇杆机构13在摇杆19到达极端位置时发生偏转，同时顶针17采用三点均布，能够使左阀盘5和右阀盘8受力均衡，移动更加顺畅。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (6)

1.一种液力活塞换向机构，它由油缸外筒（1）、自动换向阀、左端活塞（2）、右端活塞（9）和活塞连杆（4）构成，其特征在于：油缸外筒（1）内的中部装有自动换向阀，活塞连杆（4）安装在自动换向阀中心的通孔内，活塞连杆（4）的两端通过连接螺钉（3）分别连接有左端活塞（2）和右端活塞（9）。

2.根据权利要求1所述的一种液力活塞换向机构，其特征在于：所述的自动换向阀由阀体（14）、左阀盘（5）、右阀盘（8）、左阀杆（16）、右阀杆（11）、摇杆机构（13）及顶针（17）构成，阀体（14）为工字型圆柱体，阀体（14）的中心制作有通孔；阀体（14）两端的圆柱盘侧面上制作有与油缸外筒（1）的通孔相配合的三个螺钉孔；阀体（14）两端的圆柱盘的端面上分别均布制作有三个流道，流道的外端为锥面，三个流道内通过保持架安装有左阀杆（16）和右阀杆（11）；左阀杆（16）和右阀杆（11）的两个相邻端通过摇杆机构（13）连接，左阀杆（16）和右阀杆（11）的两个外端上通过螺母（12）分别装有左阀盘（5）和右阀盘（8），左阀杆（16）和右阀杆（11）的端部分别焊接有顶针（17）。

3.根据权利要求1所述的一种液力活塞换向机构，其特征在于：所述的油缸外筒（1）的中部一侧制作有左进油接口（6）和右进油接口（7），另一侧制作有出油接口（15），两端部上分别制作有法兰盘；左进油接口（6）和右进油接口（7）通过一个三通液压油管与液压油泵的出口连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种液力活塞换向机构，其特征在于：所述的摇杆机构（13）由连杆a（18）、摇杆（19）、连杆b（20）、拉力弹簧（21）、底座（22）组成，底座（22）固定在阀体（14）的侧壁上，连杆a（18）和连杆b（20）的一端分别与左阀杆（16）和右阀杆（11）通过销钉连接，摇杆（19）和底座（22）之间装有两根拉力弹簧（21）。

5.根据权利要求1或2所述的一种液力活塞换向机构，其特征在于：所述的左阀杆（16）和右阀杆（11）为一变截面直杆，左阀杆（16）和右阀杆（11）的一端为销轴结构，左阀杆（16）和右阀杆（11）的另一端为锥形凸台结构，锥形凸台与阀体的流道的外端锥面相配合。

6.根据权利要求1或2所述的一种液力活塞换向机构，其特征在于：所述的顶针（17）由接触杆（23）、弹簧（24）和保持座（25）构成，保持座（25）的底部侧壁有一通孔，接触杆（23）的上端为球面，下端安装在保持座（25）内，能在保持座（25）内轴向滑动；保持座（25）上套装有弹簧（24），弹簧（24）的上端通过接触杆（23）上的凸台进行固定。