[发明专利]一种凸轮的制备方法及凸轮式四缸单作用往复泵

说明书

技术领域

本发明涉及凸轮的制备方法及凸轮式往复泵，具体属于一种凸轮的制备方法及凸轮式四缸单作用往复泵。

背景技术

往复泵是钻探施工最常用的核心设备之一，广泛用于钻探时循环钻井液和压力注浆等。传统的往复泵动力端一般采用曲柄连杆机构，其活塞的往复运动通过曲柄的旋转运动经连杆、十字头等机构转换实现。曲柄连杆机构的准简谐运动带动活塞作简谐运动，因此，往复泵各缸的输出排量及压力是脉动的。为了尽可能地消除这种脉动，往往采用空气包，这样不仅达不到理想的恒流恒压状态，也使机构复杂。也有采用凸轮结构的，如2004年3月发表于《石油化工高等学校学报》第一期上的《三缸单作用恒流量往复泵中凸轮机构设计》，其公开了一种关于恒流量往复泵中凸轮机构设计的方法，其虽然能较好解决传统的曲柄连杆机构存在的不足，但其具有以下缺点：

A、单个凸轮采用的轮廓曲线根据活塞作匀加速-匀速-匀减速运动计算得到，此轮廓的曲率半径有突变，造成突变点的应力集中，加快凸轮疲劳损坏。虽然2001年发表于《机械传动》第四期的《恒流量泵凸轮曲线优化设计》对曲线进行优化可以消除曲率半径的突变，但优化后的曲线方程采用的运动规律极为复杂，加大了凸轮批量生产的难度。

B、凸轮泵采用三个凸轮两两以2π/3相位差形成恒定流量，随着泵运行过程中，凸轮与动力输出轴之间键连接的磨损，三个凸轮同步性难以保证。

C、泵在工作工程中，每个凸轮持续不间断工作，发热产生的疲劳损坏减少了泵的使用周期。

发明内容

本发明要解决的问题是，提供一种凸轮的制备方法及实施该凸轮后能使循环钻井液和压力注浆输出的压力及排量平稳，缩短冲程，减小传动轴的扭矩、结构简单的凸轮的制备方法及凸轮式四缸单作用往复泵。

实现上述目的的措施：

一种凸轮的制备方法，其步骤：

1）确定凸轮的上轮廓线，其步骤：

（1）确定凸轮回转0～π/8之间凸轮对应的轮廓向径R1，其距离为常数：78.54mm；

（2）确定凸轮回转π/8～3π/8之间凸轮对应的轮廓向径R2，其计算公式为：                                                ，式中：

ф—为凸轮转过的角度，取值在π/8～3π/8；

（3）确定凸轮回转3π/8~5π/8之间凸轮对应的轮廓向径R3，其计算公式为：

，式中：

ф—为凸轮转过的角度，取值在3π/8~5π/8；

（4）确定凸轮回转5π/8~7π/8之间凸轮对应的轮廓向径R4，其计算公式为：，式中：

ф—为凸轮转过的角度，取值在5π/8~7π/8；

（5）确定凸轮回转7π/8～π之间凸轮对应的轮廓向径R5，其计算公式为：，式中：

       ф—为凸轮转过的角度，取值在7π/8～π；

2）确定凸轮的下轮廓线，下轮廓线与上轮廓线为对称形，故将上轮廓线复制使其成为凸轮的整体轮廓线即可；

3）放样并加工成型。

凸轮式四缸单作用往复泵，其由单作用缸一、单作用缸二、单作用缸三、单作用缸四、各单作用缸内的活塞、与活塞连接的活塞杆、与活塞杆连接的介杆、传动轴、传动轴上的凸轮、凸轮外装有的复位框架、装在复位框架外的导向框架、导向框架固定传动轴的轴承、与传动轴连接的电机组成，其特征在于：所述的凸轮为采用上述制备方法制备的形状相同的凸轮一及凸轮二，凸轮一及凸轮二在传动轴上成90o相位差安装。

凸轮式四缸单作用往复泵的活塞在一个冲程范围内，以静止、摆线运动、匀速三种不同运动规律相互组合形成连续往复运动。其活塞位移、速度、加速度随角度变化的规律而变化。在一个周期内泵有1/4的时间不对外做功，故减少了活塞持续做功产生的热量；并在保证最大速度的情况下，能降低活塞的冲程，减小凸轮的向径长度，从而降低传动轴的扭矩。

凸轮泵以π/8的倍数作为各个区间的分界点、活塞的速度曲线相对于中心点中心对称，因此新型凸轮泵只需两个凸轮即可形成往复泵的恒定流量。

本发明与现有技术相比，具有以下的主要效果： 

其一、实现了流量的无波动恒定输出，消除了往复泵流量和压力的脉动，提高往复泵的自吸性能。

其二、通过改变活塞的运动规律，在保证活塞最大速度的前提下，能降低活塞的最大加速度，减小活塞的冲程，并增加每个周期内的凸轮间歇区间，增强凸轮的抗疲劳性能。