ПРИВОД СТАНКОВ-КАЧАЛОК Российский патент 2015 года по МПК F04B47/02 

Предлагаемое устройство относится к области нефтедобычи.

Станки-качалки применяются для механизированного способа добычи нефти установками штангового скважинного насоса, который является самым распространенным способом эксплуатации скважин как в России, так и в других нефтедобывающих странах мира.

Известно устройство - станок-качалка (СК), который представляет собой преобразующий кривошипно-шатунный механизм с трансмиссией и двигателем, смонтированными на раме. Станок-качалка - это индивидуальный наземный механический привод через колонну штанг передающий возвратно-поступательное движение плунжеру штангового скважинного насоса (1. Бухаленко Е.И. и др. Нефтепромысловое оборудование: Справочник / Под ред. Е.И. Бухаленко. - М.: Недра, 1990. - 559 с. 2. Щуров В.И. Технология и техника добычи нефти. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 510 с.).

Известно, что СК (станки-качалки) могут быть балансирные и безбалансирные. Безбалансирные СК, в которых возвратно-поступательное движение штанг осуществляется с помощью цепи или канатов, перекинутых через шкивы-звездочки, укрепленные на наклонной к устью скважины пирамиде-опоре. Канатная подвеска (или цепь) прикрепляется к штангам, а другим концом к кривошипу редуктора. Безбалансирные СК уравновешиваются с помощью противовесов, укрепляемых на кривошипе. Однако они не нашли широкого распространения. Разработаны гидравлические качалки, состоящие из длинного цилиндра и движущегося в нем поршня, соединенного непосредственно с колонной штанг (2. С. 388).

Балансирный СК имеет кривошипно-шатунный механизм, состоящий из балансира, установленного на стойке, шатунов, кривошипов и обеспечивает преобразование вращательного движения кривошипов в возвратно-поступательное движение головки балансира. Балансир на переднем плече имеет головку, к которой через канатную подвеску закрепляется колонна штанг. Заднее плечо посредством траверсы, через опору траверсы двумя шатунами соединено с кривошипами, на которых закреплены противовесы - контргрузы. Кривошипы закреплены на тихоходном валу редуктора. Для уменьшения инерционных нагрузок на балансир, возникающих при неравномерном движении контргруза, необходимо уравновешивание. Уравновешивание СК можно обеспечить размещением необходимого контргруза либо на заднем плече балансира, либо на кривошипе. В соответствии с этим различают балансирное (как правило, для СК малой грузоподъемности), кривошипное (для СК большой грузоподъемности) и комбинированное уравновешивание (2. С. 391). Существуют балансирные СК с гидропневматическим и пневматическим уравновешиванием, они сложнее в изготовлении, дороже и, несмотря на некоторое уменьшение габаритных размеров, более металлоемки. Трансмиссия СК состоит из редуктора и клиноременной передачи. Для привода применяют, как правило, электродвигатель, возможно использование двигателя внутреннего сгорания.

Однако применяемые в настоящее время балансирные СК имеют сложное устройство, большие габариты и массу, требуют значительные затраты на монтаж и эксплуатацию. Например, масса станков-качалок типа СК может достигать почти 35 тонн, а габаритные размеры: длина - 13,2 м, ширина - 3,1 м, высота - 11,5 м (2. С. 387, таблица Х.5) для СК15-6-12500, где 15 - грузоподъемность станка-качалки в тоннах, 6 - максимальный ход в метрах и 12500 - наибольший крутящий момент на валу редуктора в кгс·м (2. С. 385). Высота - 11,5 м почти в два раза больше хода - 6 м. Габариты и масса СК увеличены из-за того, что ось балансира расположена на значительном расстоянии от центра скважины. Клиноременная передача ограничивает эксплуатационные возможности СК, так как имеет небольшой диапазон передаточных чисел (отношение передаточного числа низшей передачи к высшей), невысокую долговечность, необходимость систематической регулировки натяжения ремней. Эксплуатационные характеристики каждой модели СК ограничены.

Лучшими эксплуатационными характеристиками должны обладать СК по патентам RU №:2450161; 2488023; 2506455; 2506457 (Авторы В.И. Некрасов, В.В. Новоселов и др.). Они должны обеспечить снижение затрат на изготовление и эксплуатацию СК за счет упрощения и совершенствования его конструкции, приводящей к существенному снижению габаритов и массы СК. Габариты и масса СК снижаются за счет меньшей высоты стойки, перемещение колонны штанг скважинного насоса обеспечивается компактным телескопическим механизмом малой металлоемкости, который позволяет в широких пределах изменять ход насоса за счет применения как различного числа звеньев телескопа, так и изменения их длины; а также замены сложного, громоздкого привода, расположенного на расстоянии от центра скважины и вытягивающего наконечник колонны штанг на выталкивающий, расположенный над центром скважины. Коробка передач обеспечивает возможность изменения эксплуатационных характеристик за счет варьирования скорости движения плунжера штангового скважинного насоса.

Рассмотренные СК имеют индивидуальный привод, который не в полной мере обеспечивает уравновешенный режим их работы. Уравновешенность режима работы проверяют по показаниям амперметра. Уравновешенность удовлетворительная, если разность между показаниями амперметра при ходе вверх и вниз не превышает +-10% от полусуммы двух максимальных значений силы тока за цикл (Справочник мастера по добыче нефти, ПРС, КРС. Справочное пособие. - Сургут: Рекламно-издательский информационный центр «Нефть Приобья», ОАО «Сургутнефтегаз»; 2001. - 380 с. - С. 81). Нагрузка на приводной двигатель и узлы СК существенно меняется при изменении направления движения плунжера ШГН (штангового глубинного насоса), который вместе с колонной труб может достигать 8 тонн.

Для достижения хорошей уравновешенности режима работы СК целесообразно объединить несколько СК в одну систему, сместив циклы работы каждого СК по времени относительно других, так чтобы ход вверх одного СК совмещался с ходом вниз другого СК.

Для этой цели возможно использование технических решений на основе патентов RU2025304, RU2006381, RU2021911, RU2047506, RU2050290 и др. с использованием двухвальной несоосной коробки передач (КП) и простого трехзвенного планетарного механизма (ПМ), но без передач заднего хода (Авторы В.И. Некрасов и др.).

Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей станков-качалок за счет улучшения уравновешенности их работы.

Технический результат достигается за счет объединения нескольких СК в единую согласованную систему.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что привод станков-качалок содержит приводной двигатель, редуктор и станки-качалки, при этом между приводным двигателем и станками-качалками установлены центральная муфта включения, многоступенчатый центральный редуктор, угловые зубчатые редукторы, боковые муфты включения и карданные передачи, многоступенчатый центральный редуктор содержит несоосную двухвальную коробку передач с тремя парами взаимозацепленных шестерен и простой трехзвенный планетарный механизм, состоящий из солнечной шестерни, водила с сателлитами и эпициклического колеса, на входном и вторичном валах коробки передач свободно установлены по блоку из двух шестерен и одной шестерне, между ними закреплены зубчатые венцы с трехпозиционными муфтами переключения, одна из них закреплена на трубчатом выходном валу коробки передач, свободно установленном на вторичном валу, на котором закреплены солнечная шестерня планетарного механизма и три зубчатых венца: на переднем торце с трехпозиционной муфтой переключения, в средней части с двухпозиционной муфтой, на выходе вала с трехпозиционной муфтой на выходной вал редуктора; водило трубчатыми валами соединено с зубчатыми венцами, расположенными рядом с зубчатыми венцами солнечной шестерни, зубчатый венец корпуса эпициклического колеса расположен между зубчатым венцом трубчатого выходного вала водила и зубчатым венцом стенки корпуса редуктора, на котором установлена двухпозиционная муфта.

На фиг. 1 показана упрощенная схема привода четырех СК (станков-качалок).

На фиг. 2 приведена кинематическая схема 18-ступенчатого вально-планетарного центрального редуктора, состоящего из несоосной двухвальной КП (коробки передач), имеющей три пары шестерен, свободно установленных на валах, простого трехзвенного ПМ (планетарного механизма) и шести муфт переключения передач. В нижней части центрального редуктора в окружностях показаны номера пар шестерен для таблицы лучевой диаграммы на фиг. 3.

На фиг. 3 приведена лучевая диаграмма передаточных чисел, обеспечиваемых центральным редуктором на фиг. 2. На лучевой диаграмме величины передаточных чисел (U) отражены неравномерной шкалой вверху средней горизонтали. В нижней части этой горизонтали приведена равномерная шкала величины передаточных чисел в логарифмическом масштабе (lgU), при этом луч, характеризующий величину передаточного числа, не изменяет своей величины. Точка 0 на нижней горизонтали обозначает вход крутящего момента в КП, из этой точки выходят три луча 2, 1 и 3, соответствующие величинам передаточных чисел пар шестерен: U₂=1,32; lg1,32=0,12; U₁=1,68; lg1,68=0,225; U₃=3,16; lg3,16=0,5. На выходе КП получаем четыре передачи с передаточными числами: U_кп1=U₁×(1/U₂)×U₃=1,68×1/1,32×3,16=4,02; lg4,02=0,605; u_кп2=U₃=3,16; lg3,16=0,5; U_кп3=U₁=1,68; lg1,68=0,225; U_кп4=U₂=1,32: lg1,32=0,12.

В верхней части диаграммы изображены лучи передаточных чисел, обеспечиваемых ПМ с внутренним параметром К=1,62. Этот ПМ реализует четыре варианта передач 1. $$U"=U_{ha}^b=1/\left(K+1\right)=1/\mathrm{2,62}=\mathrm{0,38}$$ ; lg0,38=-0,42; 2. $$U\text{'}=U_{h\text{ b}}^{\text{a}}=K/\left(K+1\right)=\mathrm{1,62}/\mathrm{2,62}=\mathrm{0,62}$$ ; lg0,62=-0,21; 3. U=1,0; lg1,0=0,0; 4. $$U_{м}=U_{ah}^b=K+1=\mathrm{2,62}$$ ; lg2,52=0,42; а также две передачи в суммирующем режиме. Где: U - передаточное число, индекс вверху указывает на остановленное звено ПМ «b» - эпициклическое колесо, индексы внизу «ah» - звенья входа (солнечная шестерня) и выхода (водило) потока мощности. К=Z_b/Z_a - внутренний параметр ПМ, равный отношению числа зубьев эпициклического колеса к числу зубьев солнечной шестерни.

Над диаграммой дана таблица передач, состояния муфт переключения при этих передачах и включенных элементов центрального редуктора.

На площадке добычи нефти на небольшом расстоянии расположены СК (станки-качалки) 1, которые объединены в единую согласованную систему с приводом от одного двигателя 2 (фиг. 1). На выходе двигателя 2 установлена центральная муфта включения 3, например, фрикционная, соединяющая двигатель с центральным редуктором 4. На выходе центрального редуктора 4 смонтирована центральная карданная передача 5, состоящая из карданных валов 6, оснащенных карданными шарнирами 7. Привод каждой СК 1 имеет боковую карданную передачу 8 с карданными валами 6 и карданными шарнирами 7. Валы 6 надо располагать с наклоном в шарнире 7 не менее 2-3° для исключения бринеллирования (сплющивания) игл и шипов крестовины шарниров и не более 5-7° для обеспечения работы шарниров с высоким КПД. Центральная карданная передача 5 соединяется с боковыми карданными передачами 8 угловыми зубчатыми редукторами 9, например коническими или гипоидными (корпуса редукторов не показаны). На выходе угловых зубчатых редукторов 9 установлены боковые муфты включения 10, например кулачковые с неравномерно расположенными пазами, допускающими включение только в одном положении. Пазы включения выполнены под углами, равными отношению угловой длины окружности к числу СК 1. Для варианта на фиг. 1, это 360/4=90°. Муфты включения 3 и 10 могут быть оснащены упругими элементами. В опорах корпуса 11 центрального редуктора 4 (фиг. 2) расположен входной вал 12, параллельно ему установлены вторичный вал 13 несоосной двухвальной КП и привода солнечной шестерни ПМ (планетарного механизма), выходной вал 14 центрального редуктора. На вторичном валу 13 расположен трубчатый выходной вал 15. На входном валу 12 свободно установлены шестерня 16 и блок шестерен 17-18, а на вторичном валу 13 также свободно установлен блок шестерен 19-20, зацепленных соответственно с шестернями 16 и 17 входного вала 12. На трубчатом выходном валу 15 свободно установлена шестерня 21, зацепленная с шестерней 18 входного вала 12. На зубчатом венце 22, закрепленном на переднем торце вторичного вала 13 между корпусом 11 и блоком шестерен 19-20, установлена трехпозиционная муфта 23 (А) вторичного вала. На зубчатом венце 24, закрепленном на входном валу 12 между шестерней 16 и блоком шестерен 17 и 18, установлена трехпозиционная муфта 25 (В) входного вала 12. На трубчатом выходном валу 15 между шестернями 20 и 21 закреплен зубчатый венец 26, на котором расположена трехпозиционная муфта 27 (С) трубчатого выходного вала 15, на выходе этого вала закреплен двухпозиционный зубатый венец 28, на котором расположена двухпозиционная муфта 29 (D) выхода КП. На вторичном валу 13 закреплены солнечная шестерня (а) 30 ПМ, зубчатый венец 31 входа солнечной шестерни 30 и зубчатый венец 32 выхода солнечной шестерни 30. Солнечная шестерня 30 зацеплена с сателлитами 33, оси которых установлены в водиле (h) 34. На входе водила 34 закреплен трубчатый входной вал 35 с зубчатым венцом 36, а на выходе - трубчатый выходной вал 37 с зубчатым венцом 38. Сателлиты 33 зацеплены с эпициклическим колесом (в) 39 ПМ, на корпусе 40 этого колеса закреплен трубчатый вал 41 с зубчатым венцом 42. На стенке корпуса 11 установлен зубчатый венец 43, на котором расположена двухпозиционная муфта 44 (Е) остановки эпициклического колеса 39. На выходном валу 14 закреплена обойма 45 с трехпозиционным зубчатым венцом, на которой расположена трехпозиционная муфта 46 (F) для выборочного соединения с зубатыми венцами 32, 38 и 42.

Работа редуктора осуществляется следующим образом.

Первая (низшая) передача в двухвальной несоосной КП обеспечивается последовательным соединением всех трех пар шестерен (фиг. 3 внизу) - луч 1 из т. 0 на нижней горизонтали направо вверх, затем луч 2 налево вниз и пологий луч 3 направо вверх. При этом муфта А находится в нейтральном положении (Н), муфта В - в левом (Л), а муфта С - в правом (П) положении (фиг. 2). Крутящий момент от входного вала 12 муфтой В передается на первый ряд шестерен (шестерни 16-19), по блоку вторичного вала на второй ряд шестерен (шестерни 20-17), который в этом случае работает в ускоряющем режиме (передаточное число меньше единицы), по блоку входного вала на третий ряд шестерен (шестерни 18-21), затем по муфте С на трубчатый выходной вал 15 и зубчатый венец 28. Передаточное число этой передачи - u_кп1=1,68×1/1,32×3,16=4,02; lg4,02=0,605. Кроме 1-й суммирующей передачи, эта передача КП используется на 4-х передачах: 3, 6, 9, 12-й передачах редуктора (верхняя строка таблицы фиг. 3).

Вторая передача в КП реализуется только третьей парой шестерен. Муфту В переключаем в правое положение (П). Крутящий момент от входного вала 2 по муфте В поступает на блок шестерен 17-18, затем по паре шестерен 18-21 и по муфте С на трубчатый вал 15 и зубчатый венец 28. u_кп2=3,16, lg3,16=0,5. На выходе редуктора это 4, 8, 10, 14-я передачи.

Третья передача в КП обеспечивается первой парой шестерен, муфты В и С в левом положении. U_кп3=1,68; lg1,68=0,225. На выходе редуктора это 5, 11, 15, 17-я передачи.

Четвертая передача в КП реализуется второй парой шестерен, муфту В переключаем в правое положение. U_кп4=1,32: lg1,32=0,12. На выходе редуктора это 7, 13, 16, 18-я передачи.

Суммирующий режим ПМ обеспечивается при подаче крутящего момента на солнечную шестерню (а) и водило (h) и выходе крутящего момента с эпициклического колеса (в). Если на входе в ПМ частота вращения солнечной шестерни n_а=1000 об/мин, то на выходе получим $$\begin{array}{l}{n}_b=u_{ba}^h{n}_a+u_{bh}^a{n}_h=-n_a/к+n_h\left(к+1\right)/к=-1000/\mathrm{1,62}+1000/\left(\mathrm{4,02}/\mathrm{1,68}\right)\times \mathrm{2,62}/\mathrm{1,62}=\mathrm{56,6}об/мин\\ \end{array}$$ ;U=1000/56,6=17,7; lg17,7=1,25.

На выходе ПМ получаем 18 передач: по четыре варианта на каждой из 4-х передач КП и две суммирующие передачи, которые позволяют выбрать оптимальный алгоритм передаточных чисел для выхода из состояния покоя ШГН различной массы и вывода их на оптимальный эксплуатационный режим.

1 передача редуктора

Муфты А, С и D находятся в правом (П) положении, муфты В, Е - в левом (Л), а муфта F - в положении I (таблица над фиг. 3 справа).

От приводного двигателя 2, по центральной муфте 3 крутящий момент поступает в центральный редуктор 4 (фиг. 1). По входному валу 12 (фиг. 2), по зубчатому венцу 24 и муфте 25 (В) крутящий момент поступает на пару шестерен 1 (16-19), по муфте 23 (А), зубчатому венцу 22 и вторичному валу 13 на солнечную шестерню (а) 30 ПМ. Водило (h) 34 получает привод через три пары шестерен 1, 2 и 3 по муфте 27 (С) на зубчатый венец 26 трубчатого выходного вала 15, на зубчатый венец 28 выхода КП, по двухпозиционной муфте 29 (D), зубчатому венцу 36 и трубчатому входному валу 35 с частотой вращения ниже, чем солнечная шестерня 30. На сателлитах 33 потоки мощности от солнечной шестерни (а) 30 и водила (h) 34 суммируются и снимаются от эпициклического колеса (в) 39 по корпусу этого колеса 40, трубчатому выходному валу 41 на зубчатый венец 42, затем по трехпозиционной муфте выхода ПМ 46 (F) на обойму 45 с трехпозиционным зубчатым венцом, далее на выходной вал 14 редуктора с низкой частотой вращения и увеличенным крутящим моментом.

На лучевой диаграмме (фиг. 3) этой передаче принадлежат: 1-й поток - из т.0 луч 1 направо вверх, далее пунктирная пологая линия направо вверх; 2-й поток - из т.0 три последовательных луча: 1, 2 и 3; при этом u_пмΣ=17,7; lg17,7=1,25, затем пунктирная линия, которая сходится с предыдущей пунктирной линией в точке 1 на верхней горизонтали.

Передаточное число 1-й передачи редуктора

u₁=u_кп3u_пмΣ=1,68×17,7=29,74; lg29,74=1,47.

2 передача

Переключаем муфту В в правое (П) положение - вместо пары шестерен 1 (16-19) включаем в работу пару шестерен 2 (17-20), передаточное число которой немного меньше, чем у первой пары.

От входного вала 12 по зубчатому венцу 24 и муфте 25 (В) крутящий момент поступает на пару шестерен 2 (17-20), далее на муфту 23 (А), зубчатый венец 22, вторичный вал 13 и солнечную шестерню 30, второй поток крутящего момента передается только парой шестерен 3 (18-21), затем как на первой передаче.

На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат лучи 2 и 3, затем пунктирные линии к т.2.

Передаточное число 2-й передачи редуктора

U₂=u_кп4u_пмΣ=1,32×17,7=23,36; lg23,36=1,37.

3 передача

Переключаем муфту А из правого положения в нейтральное (Н), муфты В и D - из правого положения в левое, муфту Е - из левого положения в правое, муфта F - в положении II - ПМ вместо суммирующего режима работает в режиме $$U_{ah}^b=K+1$$ .

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее луч вверх направо ПМ в режиме $$U_{ah}^b=K+1$$ к т.3 на верхней горизонтали.

Передаточное число 3-й передачи редуктора

U₃=u_кп1u_пмм=4,02×2,62=10,53; lq10,53=1,02.

4 передача

По сравнению с 3-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо трех пар шестерен работает только 3-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее луч вверх направо ПМ в режиме $$U_{ah}^b$$ к т.4 на верхней горизонтали.

Передаточное число 4-й передачи редуктора

U₄=u_кп2u_пмм=3,16×2,62=8,28; lg8,28=0,92.

5 передача

По сравнению с 4-й передачей переключаем муфты В и С из правого в левое положение. Вместо 3-й пары шестерен КП работает 1-я пара шестерен.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, затем пологий луч ПМ в режиме $$U_{ah}^b=K+1$$ к т.5 на верхней горизонтали.

Передаточное число 5-й передачи редуктора

U₅=u_кп3u_пмм=1,68×2,62=4,4; lg4,4=0,64.

6 передача

По сравнению с предыдущей передачей переключаем муфты С и D из левого положения в правое, а муфту Е - из правого в левое положение - вместо 1-й пары шестерен работают все три пары, а ПМ на прямой передаче передает крутящий момент по водилу.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее вертикальный луч к т.6 на верхней горизонтали.

Передаточное число 6-й передачи редуктора

U₂₆=u_кп1u_пм=4,02×1,0=4,02; lg4,02=0,605.

7 передача

По сравнению с 5-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, затем пологий луч ПМ в режиме $$U_{ah}^b=K+1$$ к т.7 на верхней горизонтали.

Передаточное число 7-й передачи редуктора

U₂₄=u_кп4u_пмм=1,32×2,62=3,46; lg3,46=0,54.

8 передача

По сравнению с 6-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 3-х пар шестерен работает 3-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее вертикальным лучом к т.8 на верхней горизонтали.

Передаточное число 8-й передачи редуктора

U₂₂=u_кп2u_пм=3,16×1,0=3,16; lg3,16=0,5.

9 передача

По сравнению с 6-й передачей переключаем муфту А из нейтрального положения в левое, муфту F - из положения II в положение I.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее луч ПМ вверх налево к т.9 на верхней горизонтали.

Передаточное число 9-й передачи редуктора

$$U_9=u_{кп1}{u}_{пм}^{\text{'}}=\mathrm{4,02}\times \mathrm{0,62}=\mathrm{2,49}$$ ; lg2,49=0,4.

10 передача

По сравнению с предыдущей передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 3-х пар шестерен работает 3-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее луч ПМ вверх налево к т.10 на верхней горизонтали.

Передаточное число 10-й передачи редуктора

$$U_{10}=u_{кп2}{u}_{пм}^{\text{'}}=\mathrm{3,16}\times \mathrm{0,62}=\mathrm{1,96}$$ ; lg1,96=0,29.

11 передача

По сравнению с 8-й передачей переключаем муфты В и С из правого в левое положение - вместо 3-й пары шестерен работает 1-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1 и вертикальным лучом ПМ к т.11 на верхней горизонтали.

Передаточное число 11-й передачи редуктора

U₁₁=u_кп3u_пм=1,68×1,0=1,68; lg1,68=0,225.

12 передача

По сравнению с 11-й передачей переключаем муфты С и Е из левого положения в правое, а муфту F - из положения II в положение III.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее налево вверх пологий луч ПМ в режиме $$U_{ha}^b$$ к т.12 на верхней горизонтали.

Передаточное число 12-й передачи редуктора

$$U_{12}=u_{кп1}{u}_{пм}^{\text{'}\text{'}}=\mathrm{4,02}\times \mathrm{0,38}=\mathrm{1,53}$$ ; lg1,53=0,185.

13 передача

По сравнению с 11-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2 и вертикальным лучом ПМ к т.13 на верхней горизонтали.

Передаточное число 13-й передачи редуктора

U₁₃=u_кп4u_пм=1,32×1,0=1,32; lg1,32=0,12.

14 передача

По сравнению с 12-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 3-х пар шестерен работает 3-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее налево вверх пологий луч ПМ в режиме $$U_{ha}^b$$ к т.14 на верхней горизонтали.

Передаточное число 14-й передачи редуктора

$$U_{14}=u_{кп2}{u}_{пм}^{\text{'}\text{'}}=\mathrm{3,16}\times \mathrm{0,38}=\mathrm{1,2}$$ ; lg1,2=0,08.

15 передача

По сравнению с 10-й передачей переключаем муфты В и С из правого в левое положение - вместо 3-й пары шестерен работает 1-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, далее луч ПМ вверх налево к т.15 на верхней горизонтали.

Передаточное число 15-й передачи редуктора

$$U_{15}=u_{кп3}{u}_{пм}^{\text{'}}=\mathrm{1,68}\times \mathrm{0,62}=\mathrm{1,04}$$ ; lg1,04=0,02.

16 передача

По сравнению с предыдущей передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, далее луч ПМ вверх налево к т.16 на верхней горизонтали.

Передаточное число 16-й передачи редуктора

$$U_{16}=u_{кп4}{u}_{пм}^{\text{'}}=\mathrm{1,32}\times \mathrm{0,62}=\mathrm{0,82}$$ ; lg0,82=-0,09.

17 передача

По сравнению с 14-й передачей переключаем муфты В и С из правого в левое положение - вместо 3-й пары шестерен работает 1-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, далее налево вверх пологий луч ПМ в режиме $$U_{ha}^b$$ к т.17 на верхней горизонтали.

Передаточное число 17-й передачи редуктора

$$U_{17}=u_{кп3}{u}_{пм}^{\text{'}\text{'}}=\mathrm{1,68}\times \mathrm{0,38}=\mathrm{0,64}$$ ; lg0,64=-0,19.

18 передача

По сравнению с предыдущей передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.

На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, далее луч ПМ вверх налево к т.18 на верхней горизонтали.

Передаточное число 18-й передачи редуктора

$$U_{18}=u_{кп4}{u}_{пм}^{\text{'}\text{'}}=\mathrm{1,32}\times \mathrm{0,38}=\mathrm{0,5}$$ ; lg0,5=-0,3.

Если, например, установить приводной двигатель с частотой вращения n_вх=1500 об/мин, то в итоге получим ряд передаточных чисел от n₁=1500/U₁=1500/29,74=50,44 об/мин до n₁₈=1500/U₁₈=1500/0,5=3000 об/мин. Частота вращения выходного вала редуктора около 50 об/мин, которая снижается далее редуктором СК, обеспечит надежный вывод из состояния покоя ШГН большой массы, а ряд передаточных чисел в широком диапазоне позволяет выбрать необходимый алгоритм разгона СК до его выхода на оптимальный эксплуатационный режим.

Изменение передаточных чисел пар шестерен и внутренних параметров ПМ изменит ряд передаточных чисел и диапазон редуктора. Особое внимание надо уделять интервалу между передаточными числами 3-й и 2-й пар шестерен. Рассмотренный ранее ряд передаточных чисел получен при интервале lgU₃-lgU₂=lq3,16-lg1,32=0,5-0,12=0,38, который обеспечил при суммирующем режиме ПМ U_пмΣ=17,7. Незначительное увеличение этого интервала до 0,39 приводит к существенному увеличению передаточного числа ПМ до U_пмΣ=22,5.

Изобретение относится к области эксплуатации станков-качалок, расположенных на небольших расстояниях. Между приводным двигателем и станками-качалками установлены центральная муфта включения, многоступенчатый центральный редуктор, угловые зубчатые редукторы, боковые муфты включения и карданные передачи. Три пары шестерен, простой трехзвенный планетарный механизм и шесть муфт переключения обеспечивают 18 передач в широком диапазоне передаточных чисел. Многоступенчатый редуктор обеспечивает надежный запуск в работу станков-качалок за счет высокого передаточного числа низших передач и выбор оптимальной частоты качания ШГН (штанговых глубинных насосов) за счет распределения передаточных чисел по широкому диапазону. Расширяются эксплуатационные возможности станков-качалок за счет улучшения уравновешенности их работы. 3 ил.

Привод станков-качалок, содержащий приводной двигатель, редуктор и станки-качалки, отличающийся тем, что между приводным двигателем и станками-качалками установлены центральная муфта включения, многоступенчатый центральный редуктор, угловые зубчатые редукторы, боковые муфты включения и карданные передачи, при этом многоступенчатый центральный редуктор содержит несоосную двухвальную коробку передач с тремя парами взаимозацепленных шестерен и простой трехзвенный планетарный механизм, состоящий из солнечной шестерни, водила с сателлитами и эпициклического колеса, на входном и вторичном валах коробки передач свободно установлены по блоку из двух шестерен и одной шестерне, между ними закреплены зубчатые венцы с трехпозиционными муфтами переключения, одна из них закреплена на трубчатом выходном валу коробки передач, свободно установленном на вторичном валу, на котором закреплены солнечная шестерня планетарного механизма и три зубчатых венца - на переднем торце с трехпозиционной муфтой переключения, в средней части с двухпозиционной муфтой, на выходе вала с трехпозиционной муфтой на выходной вал редуктора, причем водило трубчатыми валами соединено с зубчатыми венцами, расположенными рядом с зубчатыми венцами солнечной шестерни, зубчатый венец корпуса эпициклического колеса расположен между зубчатым венцом трубчатого выходного вала водила и зубчатым венцом стенки корпуса редуктора, на котором установлена двухпозиционная муфта.