Натяжитель ремней автоматический для станков-качалок
AUTOMATIC BELT TENSIONER FOR BEAM-PUMPING UNITS

Изобретение относится к области нефтепромыслового оборудования и применяется для механизированной добычи нефти и газа штанговыми скважинными насосными установками.
Известен безбалансирный станок-качалка с устройством для выравнивания выходного вала двигателя (патент RU № 2675633, МПК F04B 47/02, опубл. 21.12.2018 в Бюл. № 36), включающий раму, стойку и приводной механизм, причем рама жестко закреплена на грунте; нижний конец стойки шарнирно соединен с рамой, и тяга соединяет стойку и раму, при этом два конца тяги шарнирно соединены со стойкой и с рамой, соответственно, и точка шарнирного соединения стойки и рамы и две конечные точки тяги  вместе составляют треугольную опорную конструкцию, и верхний конец стойки снабжен платформой; на платформе установлен приводной механизм, включающий двигатель, большой ролик, малый ролик, ремень и устройство противовеса, двигатель соединен с большим роликом посредством цепи и звездочек, один конец ремня соединен с подвеской балансира, и другой конец свисает вниз после оборачивания вокруг большого ролика и малого ролика по верхней стороне и соединен с устройством противовеса, конец выходного вала двигателя снабжен механизмом выравнивания конца вала и механизм выравнивания конца вала включает выравнивающую опор, регулировочную опору и регулировочный винт, выравнивающая опора и регулировочная опора жестко закреплены на платформе, и регулировочная опора расположена между выравнивающей опорой и большим роликом, конец выходного вала двигателя введен в отверстие под вал на выравнивающей опоре, и установочное отверстие для фиксации выравнивающей опоры представляет собой длинное отверстие, регулировочный винт представляет собой длинный болт и ввинчивается в регулировочную опору, и конец регулировочного винта упирается в выравнивающую опору.
Недостатками натяжителя данного станка-качалки являются отсутствие автоматического натяжения приводной цепи, а только вначале работы и в ходе плановых регламентов обслуживания при помощи винта, перемещающего регулировочную опору с электродвигателем.
Наиболее близким по технической сущности является станок-качалка с автоматическим натяжителем ремней(патент на ПМ RU № 163866, МПК F04B 47/02, опубл. 10.08.2016 в Бюл. № 22), включающий основание, стойку, балансир, редуктор, электродвигатель, причем стол электродвигателя установлен на подвижную раму, которая двигается в горизонтальной плоскости при помощи ходового винта, при этом для стола электродвигателя передней опорой служит шток с установленной на нем парой пружин для обеспечения постоянного натяжения ремней клиноременной передачи.
Недостатками автоматического натяжителя данного станка-качалки является то, что стол электродвигателя шарнирно соединен с подвижной рамой сзади (в противоположной стороне от редуктора) и не имеет ограничений по углу наклона, что приводит к большой нелинейности нагрузки натяжения ремня из-за линейного усилия пружин в зависимости от сжатия и нелинейной нагрузки при наклоне стола с электродвигателем, при этом обе пружины устанавливаются на шток, что требует при замене снятия стола с электродвигателем с большой затратой времени на замену и обслуживание, а также возможность при полной разборке натяжителя вывести его из строй.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание простой и надежной в работе и обслуживании конструкции натяжителя ремней автоматического для станков-качалок, позволяющей обеспечить постоянное натяжение ремня в течении всего срока работы станка-качалки за счет переноса шарнира в сторону электродвигателя с ограничением угла отклонения от вертикали в пределах 3° - 15° и установку нижних пружин независимо от верхних и штока.
Техническая задача решается натяжителем ремней автоматическим для станков-качалок, включающим подвижную раму, установленную на основание станка-качалки с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости при помощи ходового винта, электродвигатель с ведущим шкивом ременной передачи, закрепленный на столе, который соединен шарнирно с рамой для установки под углом к раме при помощи верхней и нижней пружин, причем верхняя пружина выполнена с возможностью поджатия к столу при помощи штока с натяжной гайкой.
Новым является то, что шарнир стола расположен со стороны электродвигателя, шток жестко соединен с подвижной рамой и вставлен в отверстие стола со стороны, удаленной от редуктора, нижняя пружина установлена между столом и рамой в стороне от штока, при этом натяжитель снабжен упором, ограничивающим отклонение стола от рамы на угол более 15°.
Новым является также то, что рама снабжена сверху наковальней, а стол - снизу ударником, выпаленным с возможностью взаимодействия с наковальней при угле равным 3°.
На фиг. 1 изображена схема станка-качалки с натяжителем.
На фиг. 2 изображен натяжитель ремней станка-качалки (вид А фиг. 1).
Станок-качалка состоит из основания 1 (фиг. 1), стойки 2 с балансиром 3, соединенным шатуном 4 с кривошипом 5, который соединен «медленным» с валом 6 редуктора 7. На «быстрый» вал 8 редуктора 7 установлен ведомый вал 9, соединенный ремнем 10 с ведущим шкивом 11 электродвигателя 12, который размещен на натяжителе.
Натяжитель ремней 10 (фиг. 10) включает подвижную раму 13, установленную на основание 1 станка-качалки с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости при помощи ходового винта 14, электродвигатель 12 с ведущим шкивом 11 ременной передачи, закрепленный на столе 15. Стол 15 соединен шарнирно осью 16 с рамой 13 для установки под углом α к ней при помощи верхней 17 и нижней 18 пружин. Верхняя пружина 17 выполнена с возможностью поджатия к столу 15 при помощи штока 19 с натяжной гайкой 20. Шарнир с осью 16 стола 15 расположен со стороны редуктора 7, шток 19 жестко соединен с подвижной рамой 13 и вставлен в отверстие 21 стола 15 со стороны, удаленной от редуктора 7. Нижняя пружина 18 установлена между столом 15 и рамой 13 в стороне от штока 19. Натяжитель снабжен упором (например, отверстием 21 упирающимся в шток 15 при угле α = 15°, Г-образной скобы, закрепленной на раме 13 и взаимодействующей со столом 15 при угле α = 15° - не показан, или т.п.), ограничивающим отклонение стола от рамы на угол α более 15°. Рама 13 может быть снабжена сверху наковальней 22, а стол 15 - снизу ударником 23, выпаленным с возможностью взаимодействия с наковальней 22 при угле α равным 3°.
Угол отклонения α ≤ 15° стола 15 от рамы 13 выбран из исследований работы натяжителя, так как в этом диапазоне график изменения усилия натяжения в зависимости от веса стола 15 с электродвигателем 12 и ведущим шкивом 11 наиболее приближен к линейному, что позволяет легко подобрать усилия пружин 17 и 18 для обеспечения оптимального натяжения ремня 10. Пружины 17 и 18 подбираются заранее для каждого натяжителя станка-качалки эмпирическим путем в производственных условиях. Минимальный угол α = 3° выбран исходя более простой конструкции натяжителя с горизонтальной рамой 13, устанавливаемой на горизонтальное основание 1 станка-качалки, для возможности установки нижней пружины 18 с сохранением ее работоспособности в выбранном диапазоне отклонения стола 15 (α = 3° - 15°).
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность натяжителя, на фиг. 1 и 2 не показаны или показаны условно.
Натяжитель и станок-качалка работают следующим образом.
Станок-качалку доставляют к скважине (не показана) основание 1 (фиг. 1) со стойкой 2 устанавливают на подготовленный фундамент 24 так, чтобы канатная подвеска 25 балансира 3 располагалась над устьем (не показано) скважины. В другой стороны от канатной подвески 25 балансир 3 шатуном 4 соединен с кривошипом 5, который зафиксирован на валу 6 редуктора 7. На основание 1 (фиг. 2) с заранее выполненными направляющими (не показаны) и ходовым винтом 14 устанавливают подвижную раму 13 с ходовой гайкой (не показана), столом 15, соединенным с рамой 13 осью 16, электродвигателем 12, нижней пружиной 18 и штоком 19, вставленным в отверстие 21 стола 15 и зафиксированным в раме 13 (например, резьбой - не показана). Ходовой винт 14 вставляют и предварительно вкручивают в ходовую гайку рамы 13 для перемещения ее относительно основания 1. На ведомый шкив 9, зафиксированный на валу 8 редуктора 7, и ведущий шкив 11 электродвигателя 12 устанавливают ремни 10.
Производят регулировку натяжения. Для этого вращением рукоятки 26 ходовой винт 14, вкручиваясь в ходовую гайку рамы 13, смещает раму 13 по направляющим основания 1 от редуктора 7. При этом за счет натяжения ремня 10 стол 15, поворачиваясь относительно оси 16, отклоняется от рамы до упора, например, отверстие 21 упирается в шток 15, что свидетельствует о достижении угла α = 15°. Вращение ходового винта 14 прекращают, а раму 13 фиксируют относительно основания 1 (например, установочными болтами, гайками или т.п. - не показаны). На шток 19 сверху надевают пружину 17 с установочными шайбами 27 по торцам, которую сжимают натяжной гайкой 20 до небольшого отклонения стола 15 от упора (примерно на 1 мм), что свидетельствует о достижении необходимого усилия натяжения ремней 10, так как пружины 17 и 18 с необходимым усилием при сжатии подобраны заранее. Для исключения отворота натяжную гайку 20 могут поджимать контргайкой 28.
На электродвигатель 12 подают электрическое питание, ведущий шкив 11 при помощи ремня 10 передает вращение не ведомый шкив 9 редуктора 7, который через кривошипом 5 (фиг. 1) и шатун 4 преобразует вращение вала 6 в качание балансира 3 и возвратно-поступательное перемещение канатной подвески 25.
В ходе работы ремни 10 растягиваются, что нивелируется опусканием стола 15 (фиг. 2) к раме 13, обеспечивая постоянное натяжение ремня 10. При достижении угла наклона α = 3°. Производят повторную регулировку натяжения ремня 10 описанным выше способом. Для упрощения контроля угла α = 3° рама 13 может быть снабжена сверху наковальней 22, а стол 15 - снизу ударником 23, выпаленным с возможностью взаимодействия с наковальней 22 при угле α равным 3°. Так как нагрузка на станке-качалке изменяется периодически (из-за наличия кривошипно-шатунного механизма), то и натяжение ремня 10 будет меняться периодически во времени, что приводит в колебательному отклонению стола 15 от рамы 13. При угле α равным 3° ударник 23 будет периодически ударять по наковальне 22, выдавая характерный стук, что легко определяется на стук и свидетельствует о необходимости проведения регулировки натяжителя ремня 10.
В ход е длительных нагрузок пружины 17 и 18 могут терять свои свойства (ослаблять нагрузку при сжатии), что регистрируется необходимостью более частых регулировок натяжителя. Для возвращения первоначальных свойств пружины 17 и 18 заменяют на новые, которые изготавливают исходя из первоначальных условий. Для этого останавливают электродвигатель 12, откручивают гайки 20 и 28, снимают верхнюю пружину 17 с шайбами 27 со штока 19, при помощи ходового винта 14 максимально приподнимают стол 15 до упора, сжимают и извлекают нижнюю пружину 18. После чего сжимают и устанавливают новую нижнюю пружину 18, устанавливают на шток 19 верхнюю пружину 17 с шайбами 27 и затягивают гайками 20 и 28 аналогично настройке натяжения ремня 10.
Предлагаемый натяжитель ремней автоматический для станков-качалок позволяя просто и надежно обеспечить постоянное натяжение ремня в течении всего срока работы станка-качалки за счет переноса шарнира в сторону электродвигателя с ограничением угла отклонения от вертикали в пределах 3° - 15° и установку нижних пружин независимо от верхних и штока.