CN105972183B - 大功率旋转与长直线同轴运动转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，包括驱动装置以及与该驱动装置的驱动输出轴顺次连接的第一同轴转换装置、第二同轴转换装置、推杆，并且驱动装置、第一同轴转换装置、第二同轴转换装置以及所述推杆同轴设置，第一同轴转换装置能够在驱动装置带动下将旋转运动转换成直线运动，同时，第一同轴转换装置能够带动第二同轴转换装置将短直线运动转换为长直线运动，从而推动推杆沿所述驱动输出轴轴向运动。有益效果：整个系统同轴设置，占地空间小，安装容易，整个系统运行振动、噪音小，致使采油可靠性、安全性大大提高，工作人员工作量减小，采油时间长，采油效率高，整个系统运行成本低。

Description

大功率旋转与长直线同轴运动转换系统

技术领域

本发明涉及直线同轴运动转换技术领域，具体地说，是一种大功率旋转与长直线同轴运动转换系统。

背景技术

在石油钻采过程中，由于油井较深，常常需要直线运动装置，来实现和保证石油的开采，但是在现有技术中，对于直线运动装置，常常是驱动装置结合转向装置或者结合皮带等装置来间接带动，例如，借助螺杆、皮带等辅助传动装置，来实现直线运动。

然而，驱动装置和辅助传动装置往往不在同一线上，甚至整个系统不在同一平面上，导致整个系统的占地空间大。由于油井空间狭小，深度大，导致驱动装置、辅助传动装置等设备的安装难度提高，而尤其是针对直线运动装置，安装难度大大提升；并且安装过程容易造成其他设备的损坏。

在直线运动过程中，辅助传动装置机械强度差，机械损耗大，驱动装置常常出现过载情况，致使直线运动距离短，不能实现大直线运动。

由于在直线运动过程中，在驱动装置带动下，辅助传动装置振动大，油井空间小，整个系统容易与其他设备发生碰撞，容易造成其他设备以及直线运动系统的损伤，工作人员需要定时对系统位置进行调整，导致工作人员工作量大。

整个过程可靠性差，安全性能低，维护维修操作频繁，导致工作人员工作量大，采油时间短，采油率低，采油成本高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，驱动装置和第二同轴转换装置、第二同轴转换装置、推杆同轴连接，减小整个系统的占地空间，实现大直线同轴运动，提高采油过程的安全性和可靠性。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，其关键在于：包括驱动装置以及与该驱动装置的驱动输出轴顺次连接的第一同轴转换装置、第二同轴转换装置、推杆，并且所述驱动装置、第一同轴转换装置、第二同轴转换装置以及所述推杆同轴设置，所述第一同轴转换装置能够在所述驱动装置带动下将旋转运动转换成直线运动，所述第一同轴转换装置能够带动所述第二同轴转换装置将短直线运动转换为长直线运动，从而推动所述推杆沿所述驱动输出轴轴向运动。

通过上述设计，驱动装置、第一同轴转换装置、第二同轴转换装置以及推杆同轴设置，占地空间小，安装难度大大降低；并且第一同轴转换装置能够在所述驱动装置带动下将旋转运动转换成直线运动，无需转向，机械损耗小；所述第一同轴转换装置能够带动所述第二同轴转换装置将短直线运动转换为长直线运动，可以实现大直线运动，提高了系统可靠性，工作人员工作量减小，采油时间长，采油率高，整个系统运行成本低。

进一步描述，所述第一同轴转换装置包括驱动盘和至少N根长度相等的升降连杆，其中，N为大于等于3的正整数，所有所述升降连杆均设置在所述驱动盘与所述第二同轴转换装置之间，所述驱动装置的驱动输出轴带动所述驱动盘旋转，所述驱动盘驱动所述升降连杆沿所述驱动输出轴轴向运动。

采用上述方案，当驱动装置转动时，带动连接在驱动输出轴上的驱动盘旋转，驱动盘旋转带动升降连杆沿所述驱动输出轴轴向运动，将旋转运动转换成直线运动，且驱动装置、驱动输出轴、驱动盘、升降连杆同轴设置，占用空间小，结构简单，运行可靠。

再进一步描述，所述驱动盘的一个盘面与所述驱动装置的驱动输出轴连接，所述驱动盘的另一个盘面上设置有轨迹上下起伏的滑动轨道，所述升降连杆的一端滑动安装在所述滑动轨道内，所述升降连杆的另一端与所述第二同轴转换装置连接。

采用上述方案，由于驱动盘上的滑动轨道的轨迹为上下起伏的，则滑动安装在滑动轨道的升降连杆沿轴向运动，实现同轴的直线运动，整个系统安装在同一直线，且布置紧凑，减小了占地空间。

再进一步描述，所述驱动装置的驱动输出轴与减速装置连接，所述减速装置为行星齿轮且包括齿圈、三个行星轮、太阳轮，所述齿圈设置在所述驱动盘的一个盘面，所述太阳轮与所述驱动输出轴连接。采用上述方案，由于驱动装置转动速度快，经减速装置减速后，驱动盘旋转的速度降低，使旋转运动转换成直线运更加平缓，减小转换振动，使直线运动更加稳定。

再进一步描述，所述滑动轨道为环形轨道，所述滑动轨道由至少N个波谷段和N个波峰段均匀地交替连接而成，所述波谷段呈半圆形，所述波峰段呈正弦波形。

采用上述方案，滑动轨道采用环形轨道，使驱动盘持续旋转时，当驱动盘旋转至升降连杆置于波谷段的波谷时，升降连杆运动于离驱动装置最近端，当驱动盘旋转至升降连杆置于波峰段的波峰时，升降连杆运动于离驱动装置最远端，从而实现了旋转运动到直线运动的转换，结构简单，机械损耗小，当驱动盘旋转至升降连杆均处于波谷段时，半球形容易放置升降连杆，不易摆动，当驱动盘旋转至升降连杆均处于波峰段时，由于波峰段呈正弦波形，可以使升降连杆的运动更加平缓，减小同轴运动过程中的振动。

再进一步描述，所述升降连杆的一端呈球形，该球形的圆弧半径与所述波谷段呈半圆形的半径相等；所有所述升降连杆的球形端中心对称地安装在所述滑动轨道内，当所述驱动盘旋转时，所有所述升降连杆同上同下；所述升降连杆的另一端设置有连接孔。

采用上述方案，当驱动盘旋转时，升降连杆与滑动轨道之间的摩擦力减小，降低了机械损耗。所有所述升降连杆的球形端中心对称地安装在所述滑动轨道内，致使所有升降连杆一直处于同一平面，且每一个升降连杆的运动轨迹的运动规律相同，使整个第一同轴转换装置的运动更加稳定，且保持同轴，升降连杆的另一端设置有连接孔，使升降连杆的安装更加方便。

再进一步描述，所述第二同轴转换装置包括相互连通的第一液压缸和第二液压缸，所述第一液压缸缸筒横截面积大于等于所述第二液压缸缸筒横截面积，所述第一液压缸与所述第一同轴转换装置连接，所述第二液压缸与所述推杆连接。

采用上述方案，第一液压缸和第二液压缸相互连接且连通，第一同轴转换装置发生直线运动时，使第二液压缸缸筒内的液体发生变化时，带动第二液压缸也发生变化，实现直线运动和直线运动之间的转换，带动推杆沿输出轴轴向运动，运行稳定，运动振动小，噪声小。适当调整第一液压缸和第二液压缸的横截面积比例，则可调节推杆的运动距离，实现短距离直线运动转换成长直线同轴运动，且最大运动距离可根据第一液压缸和第二液压缸的横截面积比例随机调节。

再进一步描述，所述第一液压缸的第一活塞与所述升降连杆连接，所述第一液压缸的后缸盖与所述第二液压缸的后缸盖连接，且所述第二液压缸第二活塞外置面与所述推杆连接，在所述第一液压缸和所述第二液压缸的连接处设置有液压油通孔。

采用上述方案，当第一同轴转换装置沿轴向运动时，带动连接在升降连杆另一端上的第一活塞在第一液压缸的缸筒内运动，第一液压缸和第二液压缸连通，第一活塞运动，由于液压的作用，带动第二活塞也开始运动，实现直线运动转换成直线运动，运动振动小，噪声小，运行可靠。

再进一步描述，在所述第一液压缸的缸筒上设置有至少一个进油孔，在所有所述进油孔内均设置有第一单向球阀；在所述第二液压缸的第二活塞上设置有至少一个出油孔，在所有所述出油孔内均设置有第二单向球阀。

采用上述方案，当第一活塞沿着驱动输出轴近端运动时，由于第一液压缸中液压减小，液压油通过进油孔进入到第一液压缸内，当第一活塞沿着驱动输出轴远端运动时，由于第一液压缸内的液压油的作用，进油孔内的单向球阀关闭，故则第一液压缸中的液体不会从阀门中排出，而是直接进入到第二液压缸，推动第二活塞运动沿轴向运动，同时，液压油从出油孔排出，整个过程均在同轴范围内完成，摩擦作用小，机械损耗小，实现大直线运动。

再进一步描述，在所述第一活塞的外置端面上中心对称设置有至少N个连接件，每个所述连接件铰接有一个所述升降连杆。

采用上述方案，通过设置在第一活塞的外置端面上中心对称设置有至少N个连接件，在升降连杆的另一端还设置有连接孔，使第一活塞和升降连杆的连接更加方便，并且通过连接在第一活塞上的升降连杆可以带动第一活塞运动，实现直线运动传递，结构简单，传递方便，实现同轴直线运动。

本发明的有益效果：通过同轴设置的驱动装置、第一同轴转换装置、第二同轴转换装置、推杆，驱动装置带动驱动盘的旋转，实现旋转运动和直线运动之间的转换，且可以实现长距离的大直线运动，整个系统同轴设置，占地空间小，安装容易，致使采油可靠性、安全性大大提高，工作人员工作量减小，采油时间长，采油效率高，整个系统运行成本低。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的驱动盘立体示意图；

图3是本发明的驱动盘仰视图；

图4是本发明的第二活塞与升降连杆连接结构效果图；

图中1.第一同轴转换装置，11.驱动盘，12.升降连杆，13.滑动轨道，14.减速装置，14a.齿圈，14b.太阳轮，14c.行星轮，2.第二同轴转换装置，3.驱动装置，4.推杆，5.第一液压缸，51.第一活塞，51a.连接件，6.第二液压缸，61.第二活塞，7.液压油通孔，8.进油孔，9.出油孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

从图1可以看出，一种大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，包括驱动装置以及与该驱动装置3的驱动输出轴顺次连接的第一同轴转换装置1、第二同轴转换装置2、推杆4，并且驱动装置3、第一同轴转换装置1、第二同轴转换装置2以及推杆4同轴设置，第一同轴转换装置1能够在驱动装置3带动下将旋转运动转换成直线运动，第一同轴转换装置1能够带动第二同轴转换装置2将短直线运动转换为长直线运动，从而推动推杆4沿驱动输出轴轴向运动。

结合图1和图4可以看出，第一同轴转换装置1包括驱动盘11和3根长度相等的升降连杆12，所有升降连杆12均设置在驱动盘11与第二同轴转换装置2之间。

从图1、图2、图4可以看出，驱动盘11的一个盘面与驱动装置3的驱动输出轴连接，驱动盘11的另一个盘面上设置有轨迹上下起伏的滑动轨道13，升降连杆12的一端滑动安装在滑动轨道13内，升降连杆12的另一端与第二同轴转换装置2连接。

从图3可以看出，驱动装置3的驱动输出轴与减速装置14连接，减速装置14为行星齿轮且包括齿圈14a、三个行星轮14c、太阳轮14b，齿圈14a设置在驱动盘11的一个盘面，太阳轮14b与所述驱动输出轴连接。

从图2可以看出，在本实施例中，滑动轨道13为环形轨道，滑动轨道13由3个波谷段和3个波峰段均匀地交替连接而成。

在本实施例中，波谷段呈半圆形，波峰段呈正弦波形。

在本实施例中，升降连杆12的一端呈球形，该球形的圆弧半径与波谷段呈半圆形的半径相等；所有升降连杆12的球形端中心对称地安装在滑动轨道13内，当驱动盘11旋转时，所有升降连杆12同上同下；升降连杆12的另一端设置有连接孔。

从图1还可以看出，第二同轴转换装置2包括相互连通的第一液压缸5和第二液压缸6，第一液压缸5缸筒横截面积大于等于第二液压缸6缸筒横截面积，第一液压缸5与第一同轴转换装置1连接，第二液压缸6与推杆4连接。

从图1还可以看出，第一液压缸5的第一活塞51与升降连杆12连接，第一液压缸5的后缸盖与第二液压缸6的后缸盖连接，且第二液压缸6第二活塞外置面与推杆4连接，在第一液压缸5和第二液压缸6的连接处设置有液压油通孔7。

在本实施例中，在第一液压缸5的缸筒上设置有6个进油孔8，在所有进油孔内均设置有第一单向球阀；在第二液压缸6的第二活塞上设置有一个出油孔9，在所有出油孔内均设置有第二单向球阀。

从图4可以看出，在第一活塞51的外置端面上中心对称设置有3连接件51a，每个连接件51a铰接有一个升降连杆12。

本发明的工作原理：

驱动装置3旋转带动驱动输出轴旋转，驱动输出轴旋转带动连接在驱动输出轴上的驱动盘11旋转，在驱动盘11盘面上设置的滑动轨道13也随着驱动盘11旋转，滑动轨道13带动一端滑动安装在滑动轨道13内，另一端铰接在第一活塞51外塞面上的的升降连杆12沿驱动输出轴轴向运动，实现旋转运动与直线运动的转换。

第一活塞51在升降连杆12的带动下，在缸筒内滑动，由于第一液压缸5缸筒和第二液压缸6的缸筒连通，当第一活塞51沿着轴向远端或近端运动时，由于两个液压缸横截面积和不变的原理，致使第二活塞也向着轴向远端或近端运动，实现短直线运动和长直线运动之间的转换。

其中，当驱动装置3带动驱动盘11旋转过程中，驱动盘11旋转到使升降连杆12的一端均恰好落到滑动轨道13波谷段的波谷处时，此时，第一活塞51在升降连杆12的带动下运动到离驱动装置3最近端，当驱动盘11旋转到使升降连杆12的一端均恰好落到滑动轨道13波峰段的波峰点时，此时，第一活塞51在升降连杆12的带动下运动到离驱动装置3最远端。

当第一活塞51沿着轴向近端运动时，第一液压缸5内的压力降低，第一液压缸5外的液压油通过进油孔8，进入到第一液压缸5内；当第一活塞51沿着轴向远端运动时，由于液压油的作用，单向球阀关闭，液压油经液压油通孔7进入到第二液压缸内6内，推动第二活塞沿轴向远端运动，再从出油孔9中排出去，实现大直线运动。

并且通过增大第一液压缸5与第二液压缸6的横截面积比，可以改变第二活塞直线运动的距离和幅度，从而改变推杆4沿轴向运动的距离和幅度，通过旋转运动和直线运动之间的转换和直线运动与直线运动之间的转换，实现大直线同轴运动，降低了整个系统在狭小油井空间内的安装难度，提高了采油可靠性、安全性、采油时间长、采油效率高。

应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，其特征在于：包括驱动装置(3)以及与该驱动装置(3)的驱动输出轴顺次连接的第一同轴转换装置(1)、第二同轴转换装置(2)、推杆(4)，并且所述驱动装置(3)、第一同轴转换装置(1)、第二同轴转换装置(2)以及所述推杆(4)同轴设置，所述第一同轴转换装置(1)能够在所述驱动装置(3)带动下将旋转运动转换成直线运动，所述第一同轴转换装置(1)能够带动所述第二同轴转换装置(2)将短直线运动转换为长直线运动，从而推动所述推杆(4)沿所述驱动输出轴轴向运动；

所述第一同轴转换装置(1)包括驱动盘(11)和至少N根长度相等的升降连杆(12)，所有所述升降连杆(12)均设置在所述驱动盘(11)与所述第二同轴转换装置(2)之间，所述驱动装置(3)的驱动输出轴带动所述驱动盘(11)旋转，所述驱动盘(11)驱动所述升降连杆(12)沿所述驱动输出轴轴向运动；

所述驱动盘(11)的一个盘面与所述驱动装置(3)的驱动输出轴连接，所述驱动盘(11)的另一个盘面上设置有轨迹上下起伏的滑动轨道(13)，所述升降连杆(12)的一端滑动安装在所述滑动轨道(13)内，所述升降连杆(12)的另一端与所述第二同轴转换装置(2)连接；

所述滑动轨道(13)为环形轨道，所述滑动轨道(13)由至少N个波谷段和N个波峰段均匀地交替连接而成，所述波谷段呈半圆形，所述波峰段呈正弦波形。

2.根据权利要求1所述的大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，其特征在于：所述驱动装置(3)的驱动输出轴与减速装置(14)连接，所述减速装置(14)为行星齿轮且包括齿圈(14a)、三个行星轮(14c)、太阳轮(14b)，所述齿圈(14a)设置在所述驱动盘(11)的一个盘面，所述太阳轮(14b)与所述驱动输出轴连接。

3.根据权利要求1所述的大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，其特征在于：所述升降连杆(12)的一端呈球形，该球形的圆弧半径与所述波谷段呈半圆形的半径相等；所有所述升降连杆(12)的球形端中心对称地安装在所述滑动轨道(13)内，当所述驱动盘(11)旋转时，所有所述升降连杆(12)同上同下；

所述升降连杆(12)的另一端设置有连接孔。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，其特征在于：所述第二同轴转换装置(2)包括相互连通的第一液压缸(5)和第二液压缸(6)，所述第一液压缸(5)缸筒横截面积大于等于所述第二液压缸(6)缸筒横截面积，所述第一液压缸(5)与所述第一同轴转换装置(1)连接，所述第二液压缸(6)与所述推杆(4)连接。

5.根据权利要求4所述的大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，其特征在于：所述第一液压缸(5)的第一活塞(51)与所述升降连杆(12)连接，所述第一液压缸(5)的后缸盖与所述第二液压缸(6)的后缸盖连接，且所述第二液压缸(6)第二活塞外置面与所述推杆(4)连接，在所述第一液压缸(5)和所述第二液压缸(6)的连接处设置有液压油通孔(7)。

6.根据权利要求5所述的大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，其特征在于：在所述第一液压缸(5)的缸筒上设置有至少一个进油孔(8)，在所有所述进油孔内均设置有第一单向球阀；

在所述第二液压缸(6)的第二活塞上设置有至少一个出油孔(9)，在所有所述出油孔内均设置有第二单向球阀。

7.根据权利要求5所述的大功率旋转与长直线同轴运动转换系统，其特征在于，在所述第一活塞(51)的外置端面上中心对称设置有至少N个连接件(51a)，每个所述连接件(51a)铰接有一个所述升降连杆(12)。