CN115638194A - 一种抽油机自动制动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抽油机自动制动装置及方法，一种抽油机自动制动装置包括自上而下依次连接的刹车凸轮、手制动上连杆、手制动伸缩筒、手制动组件，刹车轮毂和刹车碟片，所述的刹车轮毂和刹车碟片为接触连接，自下而上依次连接的底座、制动驱动机构、制动补偿机构、连接连杆、自制动伸缩筒和上连杆。自动刹车机构可实现石油开采用抽油机的停机自动刹车，提高了抽油机停机刹车的安全性和自动化水平，实现了远程停机自动刹车；同时手动和自动刹车相对独立，可单独实现抽油机的手动和自动刹车，互不影响。

Description

一种抽油机自动制动装置及方法

技术领域

本发明涉及一种石油开采用抽油机的制动装置，尤其涉及一种抽油机自动制动装置及方法。

背景技术

石油开采用抽油机具有结构简单、换向平稳且可靠性高等特点，是油田开采的重要装备。为保证抽油机长期可靠运行，抽油机需定期停机进行维护、保养、检修等操作。目前使用的抽油机采用手动刹车方式，停机刹车时需要两人协同配合，一人停抽油机电机，一人操作刹车机构。首先将刹车机构的手柄锁紧装置解除，人工拉动刹车手柄，经过连杆机构带动刹车片实现对刹车轮毂的抱死，手柄锁紧装置锁紧保证刹车的可靠性，从而完成抽油机的刹车制动。现场人员在停机操作过程中，若出现停机后忘拉刹车或通过远程控制停机后，井内负荷变化易导致抽油机平衡块运动，存在安全隐患。

申请号为201410196368.X的专利采用弹簧力进行刹车制动，抽油机正常运转时，采用电磁线圈即直线电机压缩弹簧实现刹车的释放。此专利在实际实施中存在以下问题，一是，拉杆的上的力较大，目前无大载荷直线电机，实现难度大；二是，该专利所述的自动刹车在抽油机正常运转时，无锁紧机构，需要直线电机长时间供电并保持拉杆静止不动，直线电机的工作原理决定，不能长时间持续拉杆不动，同时，抽油机每天持续运转，若电磁线圈的供电出现故障，将导致抽油机自动刹车，影响正常生产。因此，该专利现场实施难度大。

申请号为201920560836.5的专利采用电动推杆拉动拉杆实现自动刹车，需要采用手动刹车机构时，需要人工现场拆除自动刹车的连接部件，同时连接手动刹车机构，才能实现手动刹车。手动刹车和自动刹车不能实现一体化，且需要现场进行切换。

申请号为202020469943.X的专利，将自动推杆直接连接在手动刹车连杆上实现自动刹车。现有的抽油机刹车片是在弹簧力作用下使刹车片和刹车毂分离，松开刹车，由于弹簧的安装空间有限，弹簧恢复力较小。电动推杆两端均通过铰接连接连杆，在重心的作用下电动推杆易拉动连杆运动，电动推杆重量至少十几千克以上，弹簧力无法承受这么大的载荷，在抽油机运转时，将持续出现刹车片磨损现象，影响抽油机的正常运转。

以上三种专利设计的自动刹车，采用指定自动刹车位移的方式进行刹车，当刹车片磨损严重时，原有的刹车位移无法实现刹车，易出现刹车不紧的现象。

此外，抽油机在停机时，抽油机平衡块需要停止在特定位置方便维护保养等操作施工，自动刹车采用电动等方式驱动，从刹车启动到完全刹车需要一定时间，抽油机平衡块停机位置很难控制，目前的手动刹车可通过人眼的协调配合快速实现平衡块停止在制定位置。

为提高抽油机停机后制动的安全性和可靠性，设计了一种抽油机自动制动装置，实现了手动刹车和自动刹车的一体化，并具有刹车自动补偿功能。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的上述缺陷而提供一种石油开采用抽油机自动制动装置及方法，本发明是在原有抽油机手动刹车系统的基础上，加装自动刹车系统，手动和自动刹车相对独立，可单独实现抽油机的手动和自动刹车，互不影响。

技术方案：一种抽油机自动制动装置，包括：

自上而下依次连接的刹车凸轮、手制动上连杆、手制动伸缩筒、手制动组件，

刹车轮毂和刹车碟片，所述的刹车轮毂和刹车碟片为接触连接，

自下而上依次连接的底座、制动驱动机构、制动补偿机构、连接连杆、自制动伸缩筒和上连杆。

所述的底座固定安装于抽油机底座上，所述的制动驱动机构与底座固定连接。

作为本发明中一种抽油机自动制动装置的一种优选方案：制动驱动机构为具有自锁功能的直线驱动机构。

作为本发明中一种抽油机自动制动装置的一种优选方案：制动驱动机构采取与抽油机电机同时联动方式进行控制，抽油机停机操作时制动驱动机构带动自动刹车启动，抽油机启动时制动驱动机构带动自动刹车松开；也可以采用不同的控制方式，停机时，先停机再刹车，开机时，先松刹车再启动抽油机。

作为本发明中一种抽油机自动制动装置的一种优选方案：制动驱动机构设置有上下限位元件，用于控制制动驱动机构伸缩的距离。

作为本发明中一种抽油机自动制动装置的一种优选方案：制动补偿机构底部与制动驱动机构上的推杆固定连接，上部与连接连杆铰接，连接连杆上端与自制动伸缩筒螺纹连接。

作为本发明中一种抽油机自动制动装置的一种优选方案：制动补偿机构包括伸缩杆、套筒以及弹簧元件，其中套筒底部与制动驱动机构的动力推杆固定连接；伸缩杆设置限位轴肩和导向座，套筒和导向座之间设置弹性元件；限位轴肩限制伸缩杆相对套筒的上行距离，可避免压缩弹簧压缩量过大而失效。

作为本发明中一种抽油机自动制动装置的一种优选方案：自制动伸缩筒和手制动伸缩筒的长度大于相连拉杆移动的最大位移量。

作为本发明中一种抽油机自动制动装置的一种优选方案：上连杆上端铰接于刹车凸轮上，下端安装于自制动伸缩筒，通过自制动伸缩筒的末端带限位台，可在自制动伸缩筒内轴向位移。

作为本发明中一种抽油机自动制动装置的一种优选方案：手制动组件与手制动伸缩筒连接，手制动上连杆一端仍与刹车凸轮铰接，另一端安装于自制动伸缩筒，通过自制动伸缩筒的末端限位台阶可在手制动伸缩筒内自由轴向移动。

一种抽油机自动制动方法，具体步骤如下：

(1)抽油机停机，制动驱动机构联动启动，制动驱动机构带动制动补偿机构中的套筒下移，套筒下移至伸缩杆的限位轴肩，弹性元件压缩(图2-c)，当弹性元件压缩力大于制动拉力时，弹性元件驱动伸缩杆下移，随后通过伸缩杆带动连接连杆、自制动伸缩筒、上连杆下拉刹车凸轮，实现抽油机的自动刹车。

(2)制动补偿机构中的弹性元件始终保持压缩状态，压缩力始终大于刹车力，当刹车轮毂中的刹车碟片磨损时，制动驱动机构下行到极限位置，刹车碟片还未完全抱死轮毂，此时制动补偿机构中的弹性元件依靠压缩力继续下拉伸缩杆，直至刹车碟片完全抱紧轮盘，完成自动刹车操作。

(3)自动刹车操作完成后，上连杆拉动刹车凸轮下旋，与刹车凸轮铰接的手制动上连杆跟随下移，伸入手制动伸缩筒内，此时手制动伸缩筒下部连接的下部连杆即保持不动，从而保证自动刹车动作不影响手动刹车系统。

有益效果：本发明公开的一种抽油机自动制动装置及方法具有以下有益效果：

(1)自动刹车机构可实现石油开采用抽油机的停机自动刹车，提高了抽油机停机刹车的安全性和自动化水平，实现了远程停机自动刹车；

(2)自动刹车装置具有自锁功能，当刹车完成后，可实现可靠锁紧；

(3)保留手刹连杆组件，两组刹车连杆组件分别设置伸缩筒，两种制动方式独立动作，互不干涉，实现了抽油机刹车的手自一体化；

(4)设置带弹簧的制动补偿机构，当刹车碟片出现磨损时，弹簧在张力作用下自动伸长可补偿拉杆凸轮下拉位移，保证了停机刹车的可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种抽油机自动制动装置结构示意图。

图2为本发明的制动补偿机构示意图。

其中：

1—底座 2—制动驱动机构

3—制动补偿机构

31—伸缩杆

311—限位轴肩 312—导向座；

32—套筒

33—弹性元件

4—连接连杆 5—自制动伸缩筒

6—上连杆 7—刹车凸轮

8—刹车轮毂 9—刹车碟片

10—手制动上连杆 11—手制动伸缩筒

12—手制动组件

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

如图1-2所示，本发明提供一种抽油机自动制动装置，包括：

自上而下依次连接的刹车凸轮7、手制动上连杆10、手制动伸缩筒11、手制动组件12，

刹车轮毂8和刹车碟片9，所述的刹车轮毂8和刹车碟片9为接触连接。

自下而上依次连接的底座1、制动驱动机构2、制动补偿机构3、连接连杆4、自制动伸缩筒5和上连杆6。

进一步，底座1固定安装于抽油机底座上。所述的制动驱动机构2与底座1固定连接。

进一步，制动驱动机构2为具有自锁功能的直线驱动机构，优选为电动推杆或液压缸。

制动驱动机构2采取与抽油机电机同时联动方式进行控制，抽油机停机操作时制动驱动机构2带动自动刹车启动，抽油机启动时制动驱动机构2带动自动刹车松开；也可以采用不同的控制方式，停机时，先停机再刹车，开机时，先松刹车再启动抽油机，

更进一步，制动驱动机构2设置有上下限位元件，用于控制制动驱动机构2伸缩的距离，所述的限位元件优选为行程开关、位置传感器和位移传感器中的一种。

进一步，制动补偿机构3底部与制动驱动机构2上的推杆固定连接，上部与连接连杆4铰接，连接连杆4上端与自制动伸缩筒5螺纹连接。

进一步，制动补偿机构3包括伸缩杆31、套筒32以及弹簧元件33，其中套筒32底部与制动驱动机构2的动力推杆固定连接；伸缩杆31设置限位轴肩311和导向座312，套筒32和导向座312之间设置弹性元件33(图2-a)，优选为压缩弹簧，限位轴肩311限制伸缩杆31在套筒32中的轴向位移距离，从而限制弹性元件33的最大压缩量(图2-b)，避免弹性元件33在冲击下的过度压缩而失效。

更进一步，弹性元件33压缩力大于最小制动拉力。

进一步，上连杆6上端铰接于刹车凸轮7上，下端安装于自制动伸缩筒5，通过自制动伸缩筒5的末端带限位台，可在自制动伸缩筒5内轴向位移。

进一步，手制动组件12与手制动伸缩筒11连接，手制动上连杆10一端仍与刹车凸轮7铰接，另一端安装于自制动伸缩筒11，通过自制动伸缩筒11的末端限位台阶可在手制动伸缩筒11内自由轴向移动。

进一步，自制动伸缩筒5和手制动伸缩筒11的长度大于相连拉杆移动的最大位移量。

如图1-2所示，本发明公开一种抽油机自动制动方法，利用上述一种抽油机自动制动装置，具体步骤如下：

(1)抽油机停机，制动驱动机构2联动启动，制动驱动机构2带动制动补偿机构3中的套筒32下移，套筒32下移至伸缩杆31的限位轴肩311，弹性元件33压缩(图2-c)，当弹性元件33压缩力大于制动拉力时，弹性元件33驱动伸缩杆31下移，随后通过伸缩杆31带动连接连杆4、自制动伸缩筒5、上连杆6下拉刹车凸轮7，实现抽油机的自动刹车；

(2)制动补偿机构3中的弹性元件33始终保持压缩状态，压缩力始终大于刹车力，当刹车轮毂8中的刹车碟片9磨损时，制动驱动机构2下行到极限位置，刹车碟片9还未完全抱死轮毂，此时制动补偿机构3中的弹性元件33依靠压缩力继续下拉伸缩杆31，直至刹车碟片9完全抱紧轮盘，完成自动刹车操作；

(3)自动刹车操作完成后，上连杆6拉动刹车凸轮7下旋，与刹车凸轮7铰接的手制动上连杆10跟随下移，伸入手制动伸缩筒11内，此时手制动伸缩筒11下部连接的下部连杆12即保持不动，从而保证自动刹车动作不影响手动刹车系统。

当进行手动刹车操作时，手动刹车组件12通过手制动伸缩筒11传递拉力，拉动刹车凸轮7下移，完成刹车操作。同时自动刹车组件中的上连杆6跟随下移，伸入自制动伸缩筒5，此时连接连杆4以下部件可始终保持不动，避免手动刹车动作对自动刹车系统的影响。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (16)

1.一种抽油机自动制动装置，其特征在于，包括：

自上而下依次连接的刹车凸轮、手制动上连杆、手制动伸缩筒、手制动组件，

刹车轮毂和刹车碟片，所述的刹车轮毂和刹车碟片为接触连接，

自下而上依次连接的底座、制动驱动机构、制动补偿机构、连接连杆、自制动伸缩筒和上连杆。

2.如权利要求1所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的制动驱动机构为具有自锁功能的直线驱动机构。

3.如权利要求2所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的直线驱动机构为电动推杆或液压缸驱动机构。

4.如权利要求1所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的制动驱动机构采取与抽油机电机同时联动方式进行控制，抽油机停机操作时制动驱动机构带动自动刹车启动，抽油机启动时制动驱动机构带动自动刹车松开。

5.如权利要求1所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的制动驱动机构采取采用不同的控制方式，停机时，先停机再刹车；开机时，先松刹车再启动抽油机。

6.如权利要求1或2所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的制动驱动机构设置有上下限位元件，用于控制制动驱动机构伸缩的距离。

7.如权利要求6所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的限位元件为行程开关、位置传感器和位移传感器中的一种。

8.如权利要求1所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的制动补偿机构底部与制动驱动机构上的推杆固定连接，上部与连接连杆铰接，连接连杆上端与自制动伸缩筒螺纹连接。

9.如权利要求1或8所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的制动补偿机构包括伸缩杆、套筒以及弹簧元件，其中套筒底部与制动驱动机构的动力推杆固定连接，伸缩杆设置限位轴肩和导向座，套筒和导向座之间设置弹性元件。

10.如权利要求9所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的限位轴肩限制伸缩杆在套筒中的轴向位移距离，从而限制弹性元件的最大压缩量，避免弹性元件在冲击下的过度压缩而失效。

11.如权利要求9所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的弹性元件为压缩弹簧。

12.如权利要求9所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的弹性元件的压缩力大于最小制动拉力。

13.如权利要求1所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的上连杆上端铰接于刹车凸轮上，下端安装于自制动伸缩筒，通过自制动伸缩筒的末端带限位台，可在自制动伸缩筒内轴向位移。

14.如权利要求1所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的手制动组件与手制动伸缩筒连接，手制动上连杆一端仍与刹车凸轮铰接，另一端安装于自制动伸缩筒，通过自制动伸缩筒的末端限位台阶可在手制动伸缩筒内自由轴向移动。

15.如权利要求1或14所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于：所述的自制动伸缩筒和手制动伸缩筒的长度大于相连拉杆移动的最大位移量。

16.一种抽油机自动制动方法，使用如权利要求1～15任意一项所述的一种抽油机自动制动装置，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)抽油机停机，制动驱动机构联动启动，制动驱动机构带动制动补偿机构中的套筒下移，套筒下移至伸缩杆的限位轴肩，弹性元件压缩，当弹性元件压缩力大于制动拉力时，弹性元件驱动伸缩杆下移，随后通过伸缩杆带动连接连杆、自制动伸缩筒、上连杆下拉刹车凸轮，实现抽油机的自动刹车；

(2)制动补偿机构中的弹性元件始终保持压缩状态，压缩力始终大于刹车力，当刹车轮毂中的刹车碟片磨损时，制动驱动机构下行到极限位置，刹车碟片还未完全抱死轮毂，此时制动补偿机构中的弹性元件依靠压缩力继续下拉伸缩杆，直至刹车碟片完全抱紧轮盘，完成自动刹车操作；

(3)自动刹车操作完成后，上连杆拉动刹车凸轮下旋，与刹车凸轮铰接的手制动上连杆跟随下移，伸入手制动伸缩筒内，此时手制动伸缩筒下部连接的下部连杆即保持不动，从而保证自动刹车动作不影响手动刹车系统。

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