油田抽油机双制动装置及其智能控制系统

1.一种油田抽油机双制动装置，安装在减速机上，其特征在于：制动装置包括电磁制动器和手动控制器；所述电磁制动器控制减速机的输入轴的制动和解除制动；所述手动控制器安装在电磁制动器上，以手制动方式锁定所述电磁制动器的制动状态和解除锁定。
2.如权利要求1所述的制动装置，其特征在于：所述手动控制器包括相互配合的蜗轮和蜗杆，所述蜗轮连接螺纹杆；所述螺纹杆旋入所述电磁制动器的壳体内，其前端可施加作用力于所述电磁制动器的主制动盘。
3.如权利要求2所述的制动装置，其特征在于：所述蜗杆的两端分别配合一个所述蜗轮，所述蜗杆的一个顶端设有手柄；每个所述蜗轮连接一个所述螺纹杆。
4.如权利要求3所述的制动装置，其特征在于：所述蜗杆设置在杆座上，通过上下端盖固定。
5.如权利要求4所述的制动装置，其特征在于：所述两个蜗轮分别置于蜗轮壳内，所述两个蜗轮壳之间通过调节螺丝连接连杆以微调两者的距离。
6.如权利要求1-5中任一所述的制动装置，其特征在于：所述电磁制动器包括主制动盘、制动片和被制动盘，所述制动片与所述减速机的输入轴连接，所述被制动盘穿过所述减速机的输入轴并与所述减速机的箱体连接。
7.如权利要求6所述的制动装置，其特征在于：所述被制动盘通过转换盘与所述减速机的箱体连接。
8.一种油田抽油机制动装置智能控制系统，其特征在于：智能控制系统包 括权利要求1-7所述的制动装置和电气控制装置，所述电气控制装置与所述电磁制动器电连；所述电气控制装置设有伺服驱动器和过载保护电路，所述过载保护电路用于电机电流超过所设定的范围时，输出继电器断开以使所述电磁制动器即刻制动。
9.如权利要求8所述的智能控制系统，其特征在于：所述过载保护电路为：所述伺服驱动器设有连接所述电磁制动器的两个接线端子BK1、BK2，所述电磁制动器的动作由中间继电器KL控制；KL接通时，电磁制动器松开制动片；KL断开时，电磁制动器闭合制动片；
其中，KL由触头KM2及k1、k2两接点控制，k1、k2连接伺服驱动器内部常开继电器；
当电机负载超过所设定的范围时，伺服驱动器内部继电器释放，k1、k2之间断开，KL随即断电，电磁制动器随之断电。
10.如权利要求8或9所述的智能控制系统，其特征在于：所述电气控制装置的控制模式包括节能模式和工频模式；所述伺服驱动器与能耗回馈单元连接；
所述能耗回馈单元，用于抽油机运转速度大于控制所设定的速度时，在所述伺服驱动器控制电机保持原有速度的同时，将其所反馈回来的能量反馈到电网上。

油田抽油机双制动装置及其智能控制系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种油田抽油机所用的制动装置，以及控制制动装置的智能系统。\n背景技术\n[0002] 目前，油田抽油机使用的基本是传统的人力手动制动装置，一种是抱式制动器，一种是胀式制动器。它们的基本机械原理，就是通过人力使得制动蹄与制动鼓产生摩擦力，实现制动的。该装置的不足：操作不便，比较费力、安全可靠性差、存在隐患等。而且，由于常规抽油机的制动器(手刹车)是采用机械形式，由人工进行操作，对抽油机运行期间，抽油杆意外断脱，使得配重急速下落，抽油机瞬间失去平衡，常有造成抽油机机械部件损坏或翻车等事故。\n发明内容\n[0003] 为了克服上述缺陷，本发明提供一种可以实现抽油机非人工控制的制动装置及智能控制系统，以解决抽油机运行时的安全可靠性问题。\n[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：\n[0005] 一种油田抽油机双制动装置，安装在减速机上，制动装置包括电磁制动器和手动控制器；所述电磁制动器控制减速机的输入轴的制动和解除制动；所述手动控制器安装在电磁制动器上，以手制动方式锁定所述电磁制动器的制动状态和解除锁定。\n[0006] 进一步地，手动控制器包括相互配合的蜗轮和蜗杆，所述蜗轮连接螺纹杆；所述螺纹杆旋入所述电磁制动器的壳体内，其前端可施加作用力于所述电磁制动器的主制动盘。\n[0007] 进一步地，所述蜗杆的两端分别配合一个所述蜗轮，所述蜗杆的一个顶端 设有手柄；每个所述蜗轮连接一个所述螺纹杆。\n[0008] 进一步地，所述蜗杆设置在杆座上，通过上下端盖固定。\n[0009] 进一步地，所述两个蜗轮分别置于蜗轮壳内，所述两个蜗轮壳之间通过调节螺丝连接有连杆以微调两者的距离。\n[0010] 进一步地，所述电磁制动器包括主制动盘、制动片和被制动盘，所述制动片与所述减速机的输入轴连接，所述被制动盘穿过所述减速机的输入轴并与所述减速机的箱体连接。\n[0011] 进一步地，所述被制动盘通过转换盘与所述减速机的箱体连接。\n[0012] 本发明还提供了一种油田抽油机制动装置智能控制系统，智能控制系统包括如上所述的制动装置和电气控制装置，所述电气控制装置与所述电磁制动器电连；所述电气控制装置设有伺服驱动器和过载保护电路，所述过载保护电路用于电机电流超过所设定的范围时，输出继电器断开以使所述电磁制动器即刻制动。\n[0013] 进一步地，所述过载保护电路为：所述伺服驱动器设有连接所述电磁制动器的两个接线端子BK1、BK2，所述电磁制动器的动作由中间继电器KL控制；KL接通时，电磁制动器松开制动片；KL断开时，电磁制动器闭合制动片；\n[0014] 其中，KL由触头KM2及k1、k2两接点控制，k1、k2连接伺服驱动器内部常开继电器；当电机负载超过所设定的范围时，伺服驱动器内部继电器释放，k1、k2之间断开，KL随即断电，电磁制动器随之断电。\n[0015] 进一步地，所述电气控制装置的控制模式包括节能模式和工频模式；所述伺服驱动器与能耗回馈单元连接；\n[0016] 所述能耗回馈单元，用于抽油机运转速度大于控制所设定的速度时，在所述伺服驱动器控制电机保持原有速度的同时，将其所反馈回来的能量反馈到电网上。\n[0017] 针对抽油机传统的人力手动制动装置，存在的不足和问题，本发明采用电磁自动制动器用于抽油机的制动装置，可以很好地排除抽油机常规停机面临的操作不便，比较费力、人员因素大等问题。同时，在电磁制动器的外端加装了 手动制动器，具有两级自锁，可以防止在抽油机维修期间意外供电，使得在停机期间，对维护人员的人身安全得以保障。本发明提供的智能控制系统，还特别解决了抽油机运行且无人值守期间，当发生抽油杆意外断脱时，可实现自动制动，消除了安全隐患，安全可靠性得以确保。本发明特别适用于单头或双头游梁式抽油机。\n附图说明\n[0018] 图1为本发明结构示意图；\n[0019] 图1a为图1的A-A向视图；\n[0020] 图2为本发明结构的分解示意图；\n[0021] 图3为本发明实施例中电磁制动器的结构示意图；\n[0022] 图4为图3的侧视图；\n[0023] 图5为本发明手动制动器的结构示意图；\n[0024] 图5a、5b、5c、5d分别为图5A-A、B-B、C-C、D-D的剖面图；\n[0025] 图6为本发明智能控制系统的控制柜的电气原理图。\n具体实施方式\n[0026] 本发明的主要思想是改变传统的人工控制方式，通过在抽油机减速机的输入轴上安装电磁制动器来控制减速机的运转和停止，同时在电磁制动器上再设置一个手动制动器，以达到制动状态的双重保险。以下对具体实施方式进行详细描述，但不作为对本发明的限定。\n[0027] 如图1-5所示，本发明提供一种抽油机制动装置，应用于油田抽油机。制动装置包括抽油机上的减速机1、电磁制动器2和手动制动器9。该所述电磁制动器2的功能在于使减速机1在很短时间内停止运转并闸住不动。在本实施例中，电磁制动器2包括主制动盘\n21、制动片22、被制动盘23和磁箍组合24，该磁箍组合24可采用现有技术中的任何电磁制动器，比如本实施例中所使用的弹簧241 和磁轭243的组合结构，其作用就是：通电时，利用电磁力产生吸力，主制动盘21压缩弹簧241，使主制动盘21与制动片22之间产生距离；\n断电时，弹簧241的回复力推动主制动盘21，直至主制动盘21挤压于制动片22。制动片22套置于减速机的输入轴11上，并通过外齿套25以花键方式固定于减速机的输入轴11上；\n主制动盘21和磁箍组合24由制动释放螺栓5锁紧成一体，并置于一外壳26内。主制动盘\n21与被制动盘23之间通过内六角螺栓6和空心调节螺栓7进行间隙连接，间隙只要能够保证主制动盘21的制动行程即可，比如，间隙为1-2mm。被制动盘23通过转换盘3与减速机箱体12连接，该转换盘3设有6个固定孔，对应的6个螺栓4将转换盘3固定于所述减速机箱体11上。优选地，被制动盘23与所述转换盘3通过支撑件31连为一体，这样可以更好地保证被制动盘23与减速机输入轴11同轴安装。安装完毕调好制动盘21与制动片22间隙，松开制动释放螺栓5，此时在制动状态，当控制柜给电磁制动器2供电后，制动解除，抽油机进入准运行状态。\n[0028] 减速机输入轴11与制动片22相连，整个电磁制动器2固定在减速机箱体12上，当电磁制动器2不通电的时候，主制动盘21、被制动盘23与制动片22之间，在弹簧241的压力下闭合，产生强大的摩擦力，阻止减速机的运转。当电磁制动器2通电后，电流经过线圈产生的磁力将主制动盘21吸开1～2mm，制动片22少了主制动的阻力后，就可以自由运转了。\n[0029] 为了保证抽油机的安全保障，根据电磁盘式自动制动器的特点，本实施中在电磁制动器2上还设置了手动制动器9，即利用蜗轮蜗杆与螺纹杆相结合的结构，旋转蜗杆顶端手柄即可锁定制动器，即便控制系统此时供电也无法启动电动机。再参阅图5a、5b、5c、5d，该手动制动器9包括1个蜗杆91和2个蜗轮92，蜗杆91设置在杆座93上，通过上下端盖\n95固定，蜗杆91的一个顶端还设有手柄911，以便于手动操作。上述2个蜗轮92均内置于蜗轮壳96内，与蜗杆91配合动作。2个蜗轮92均连接有一个螺纹杆94，螺纹杆94旋入所述电磁制动器的壳体26内，其前端可施加作用力于所述电磁制动器的主制动盘21。该手动制动器9主要为了避免停电维修时，意外给电造成电磁制动器2松开制动。具体操作：在电磁制动器2断电制动后，握住蜗杆91的手柄911旋转， 啮合的蜗轮92随之旋转，并带动螺纹杆94向内推进，顶住电磁制动器的主制动盘21。在这种状态下，因螺纹杆94已经将主制动盘21限位，即锁定所述电磁制动器的制动状态，即使给电磁制动器通电，也无法松开制动。如果需要抽油机运行，只需手动反方向旋转蜗杆91，使螺纹杆94与主制动盘21形成一定距离，通电后，电磁制动器即可松开制动。\n[0030] 为了安装定位准确，上述两个蜗轮壳96之间通过调节螺丝98连接一连杆97，通过旋入旋出调节螺丝98，以微调两个蜗轮壳96之间的距离，使螺纹杆94与电磁制动器外壳\n26上的安装孔保持同轴心。\n[0031] 为了实现上述进一步保证制动装置的安全使用，本发明针对制动装置采用了智能控制，基本技术方案是：①控制柜供电时，电磁制动器即解除制动，抽油机进入运行状态，断电即刻制动；②由于控制系统的实时监测，在抽油机运行且无人值守，当发生抽油杆意外断脱时，电磁自动制动器会即刻制动，使抽油机在制动刹车的阻力下减缓至平衡点停止，从而避免了抽油机机械部件损坏或翻车等事故的发生。\n[0032] 如图6所示，三相四线制的380V电源从L1、L2、L3、N处输入，经总闸空开QS1接入点表。面板上面的SB1为系统停止按钮，SB2为系统启动按钮，SB3为模式切换旋钮，用于节能模式跟工频模式的切换。\n[0033] 按SB1按钮启动系统，同时KM1的辅助常开触点闭合自锁，系统得电工作。KM2与KM3在电路上进行逻辑互锁，用于控制模式的切换，防止切换模式的时候造成电源短路。当SB3切换到节能模式时，KM3闭合自锁，同时KM3的常闭触点断开，使KM2断开控制回路，电机通过KM3接入伺服驱动器，伺服驱动器与能耗回馈单元投入工作。\n[0034] 根据工况，伺服驱动器实时调节输出的电流电压，时刻保持电机的有功功率为最佳状态。当抽油机配重不匹配、井底环境变化的时候，势必造成抽油机运转速度大于控制所设定的速度，此时伺服驱动器控制电机保持原有速度的同时，将其所反馈回来的能量经过回馈单元反馈到电网，让系统节省半个工作周期的能量开支，从而达到更进一步的省电效果。\n[0035] 如果有特殊原因不能采用节能模式时，可将SB3切换到工频模式，按SB1 停止系统，待系统停止后，重新按SB2启动系统，KM2闭合，KM3断开，电机通过KM2直接接入电网运转。\n[0036] 所述伺服驱动器设有BK1、BK2两个接线端子，连接外部的所述电磁制动器；所述电磁制动器的动作由中间继电器KL控制；KL接通时，电磁制动器松开制动片；KL断开时，电磁制动器闭合制动片；其中，KL由触头KM2及k1、k2两接点控制，k1、k2连接伺服驱动器内部常开继电器；当采用工频模式时，KM2闭合，供电给电机的同时，接通KL闭合，BK1、BK2输出电压给外部的电磁制动器，使其松开制动片；当采用节能模式时，伺服驱动器在确保能够输出电压控制电机，并且无故障的情况下，闭合内部继电器，接通k1、k2两个接点，闭合KL，通过BK1、BK2给外部的电磁制动器供电松开制动片；在节能模式下，伺服驱动器时刻控制着电机的运作电压及电流，当出现断杆，或者其他机械故障发生时，由于电机负载的突变，造成电流的变化，超过所设定的范围时，伺服跳故障保护，内部继电器释放，k1、k2之间断开，KL随即断电，电磁制动器也断电抱死。抽油机在电磁制动器刹车的阻力下慢慢下滑到平衡点。从而起到保护作用。\n[0037] 触摸屏直接采用伺服驱动器内部的24V电源供电，与伺服驱动器之间采用485总线，MODEBUS通信协议通信。简化系统控制，同时将电机的实时电流、电压、转速等从驱动器那读取回来，然后以图表的方式显示出来，方便数据的分析。\n[0038] 当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。