[发明专利]一种凸轮限位的齿扇齿条式往复泵

说明书

技术领域

本发明涉及石油、化工、矿山等行业用的一种凸轮限位的齿扇齿条式往复泵。

背景技术

往复泵作为最早出现的泵类机械，到目前为止仍广泛应用于工业界的各个领域，尤其是在石油钻井工程中占有相当高的地位。近年来，由于石油钻井和采油工艺发展的需要，石油矿场往复泵在性能和品种方面都有进一步提高。同时，为了适应矿场用泵的恶劣工作条件，在结构、材料、制造工艺、甚至作用原理方面，也都发生了新的变化。

随着工业技术的发展，对往复泵的要求也越来越高。高效节能、流量和压力脉动小、易损件寿命长、换向控制简单、可靠性高、体积小、重量轻是如今往复泵设计的追求目标。

CN201611255611.6公开的一种齿轮齿条传动的卧式三缸柱塞往复泵，其动力端主要由非全齿轮和齿条组成。机构工作时，通过非全齿轮与上下齿条的交替啮合来带动柱塞实现往复运动。该专利明确指出，非全齿轮脱离齿条上部啮合与进入下部啮合发生在同一瞬间，工作换向时平稳流畅。但在实际情况中，由于加工误差和安装误差等，不可能实现非全齿轮脱离齿条上部啮合与进入下部啮合在同一瞬间完成。即非全齿轮与上齿条脱离啮合瞬间，并不能与下齿条立即进入啮合，此时，齿条与非全齿轮处于完全脱离状态，即齿条和柱塞处于一种无约束状态。排液行程结束瞬时，作用于柱塞上的压力会导致柱塞及齿条有一个在液力端流体压力作用方向上的位移，从而造成在下个位置时，非全齿轮与齿条无法进入正常啮合或啮合时冲击过大，最终导致轮齿损坏甚至折断。CN201710780250.5公开的齿扇齿条式往复泵，其动力端主要由齿扇、齿条组件及导轨等构成。机构工作时，通过齿扇与上下齿条的交替啮合来带动活塞实现往复运动。为解决上述换向时存在的问题，该专利提出，往复泵液力端液缸采用双作用缸的结构形式。当无杆腔排液结束瞬间，有杆腔吸液结束，齿扇与上、下齿条均处于脱离状态时，无杆腔内的高压推动活塞向有杆腔运动，使有杆腔内液体压力升高，从而缓和换向时无杆腔内的高压产生的液力冲击。同时，上下齿条两侧末端所留的一定距离的光滑间隙，允许换向时齿条组件在未与齿扇啮合前有一定距离的反向移动，从而确保整个机构能够正常平稳地运行。该方案在很大程度上解决了换向时齿扇与齿条非正常啮合或啮合时冲击过大的问题，但尚不能完全保证换向时齿扇与齿条能够精确平稳地进入啮合。

发明内容

为克服上述技术不足，本发明旨在提出一种新的往复泵，即通过齿扇齿条机构将电机的旋转运动转化为活塞的往复运动。并且，通过凸轮与限位框的配合可实现电机连续运转情况下活塞顺利换向，解决了换向时齿扇与齿条非正常啮合的问题，从而实现往复泵流量和压力波动小、易损件寿命长、换向控制简单、可靠性高的目标。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

本发明一种凸轮限位的齿扇齿条式往复泵，主要由机架、输入轴、齿扇、齿条组件、限位框、凸轮及导轨、活塞、活塞杆、液缸等构成。所述输入轴通过带传动与电机相连，输入轴通过轴承固定安装在机架上，机架腔内的输入轴上安装有齿扇，齿扇与齿条组件啮合；齿条组件一端通过活塞杆与活塞固定连接，另一端通过限位框连杆与限位框固定连接；限位框中安装有与其配合的凸轮，凸轮固定安装在凸轮轴上，凸轮轴通过轴承固定安装在机架上，凸轮轴与输入轴由同步带连接；齿条组件与限位框均置于上下导轨之间，导轨通过螺栓固定在机架上。

所述齿扇的轮齿的中间部分为圆柱齿轮，靠近齿根圆的两端部分为变传动比的椭圆齿轮。齿扇与齿条啮合时，先由椭圆齿轮啮入，再进入圆柱齿轮啮合，最后再由椭圆齿轮啮出，从而带动齿条组件及活塞实现加速——匀速——减速的运动规律。齿扇旋转过程中，与上齿条啮合时，推动齿条组件向一个方向移动，与下齿条啮合时，推动齿条组件向相反方向移动。齿扇连续旋转过程中，与齿条组件中的上、下齿条交替啮合，从而将输入轴的旋转运动转化为活塞的往复运动。工作时，为防止齿扇与上、下两齿条同时啮合，出现干涉情况，齿扇有轮齿的部分对应的圆周角小于180°。

所述限位框通过限位框连杆与齿条组件固定连接，限位框中安装有凸轮，凸轮与齿扇同向等速旋转。凸轮与限位框只在换向过程中发生配合，其余时间处于脱离状态。即凸轮与限位框仅在活塞及齿条组件处于加速或减速运动时发生配合，在匀速运动时处于脱离状态。