畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-折梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　折梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要： 針對(duì)游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)的效率低、能耗大、平衡性能差等缺點(diǎn)，開展對(duì)新型抽油機(jī)——折梁式抽油機(jī)的研究。折梁式抽油機(jī)是由常規(guī)游梁式抽油機(jī)衍生而來(lái)，它有一個(gè)后伸并下折的游梁，廢棄了鋼絲繩而增加了游梁平衡；由于平衡重的多塊組合方式，使得平衡重很容易得到增減而方便平衡調(diào)節(jié)。折梁式抽油機(jī)由于平衡效果好，節(jié)能顯著，適應(yīng)大型機(jī)小泵深抽作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)。

2、</p><p>　　在本文中，首先設(shè)計(jì)了折梁式抽油機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，并對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，得到了懸點(diǎn)速度、加速度和載荷的計(jì)算公式。通過(guò)和常規(guī)純曲柄平衡抽油機(jī)的凈扭矩比較，折梁式抽油機(jī)的曲柄凈扭矩下降了48.9%。最后對(duì)抽油機(jī)的零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并繪制了裝配圖和零件圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：折梁；抽油機(jī)；純曲柄平衡；凈扭矩</p><p>　　Th

3、e kinematic analysis of folding beam-pumping unit and its structural design</p><p>　　Abstract: Aiming at the problem of low efficiency, high energy consumption ,and poor balance performance, the new type pum

4、ping unit - folding beam pumping unit is designed. The folding beam pumping unit is derive from conventional beam pumping unit, which has an extended and folding beam, abandons wire rope and increases the beam balance. T

5、he multi-block combination of balance weight makes the balance weight change easily and adjustment convenient. Folding balance beam pumping unit, due to its e</p><p>　　In this paper, the overall structure of

6、 folding beam pumping unit is firstly designed, then the kinematics and dynamics analysis for pumping are made, and speed, acceleration and load formula of polished rod are got. Compared with the conventional pure crank

7、balanced beam pumping unit, the crank net torque of the folding beam pumping unit reduced by 48.9%. Finally, the components of pumping unit is designed, and the assembly and part drawings are plotted.</p><p&g

8、t;　　Keywords: The folding ; Pumping unit ; Pure crank balanced ; Net torque </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 本文研究意義1</p>&

9、lt;p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外抽油機(jī)研究現(xiàn)狀趨勢(shì)1</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)抽油機(jī)研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2 國(guó)外抽油機(jī)研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.3 幾種常用抽油機(jī)2</p><p>　　1.3 本文研究?jī)?nèi)容及方法步驟3</p><p>　　1.4 創(chuàng)

10、新點(diǎn)3</p><p>　　2 折梁式抽油機(jī)的工作原理4</p><p>　　2.1 常規(guī)型游梁式抽油機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4</p><p>　　2.2折梁式抽油機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5</p><p>　　3折梁式抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析7</p><p>　　3.1 折梁式抽油機(jī)的幾何關(guān)系分析7<

11、;/p><p>　　3.2 折梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析8</p><p>　　3.2.1 懸點(diǎn)位移8</p><p>　　3.2.2懸點(diǎn)速度9</p><p>　　3.2.3 懸點(diǎn)加速度10</p><p>　　3.2.4 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果10</p><p>　　3.3折梁

12、式抽油機(jī)三維視圖仿真15</p><p>　　4 折梁式抽油機(jī)動(dòng)力學(xué)分析18</p><p>　　4.1 折梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷分析18</p><p>　　4.1.1 懸點(diǎn)靜載荷的大小和變化規(guī)律19</p><p>　　4.1.2 基本參數(shù)的擬定計(jì)算22</p><p>　　4.1.3 懸點(diǎn)動(dòng)載荷的

13、大小和變化規(guī)律22</p><p>　　4.1.4 懸點(diǎn)載荷參數(shù)計(jì)算及曲線25</p><p>　　4.2平衡重計(jì)算27</p><p>　　4.3 連桿力計(jì)算29</p><p>　　4.4 減速箱曲柄軸扭矩計(jì)算30</p><p>　　4.5 折梁式抽油機(jī)和曲柄平衡抽油機(jī)曲柄凈扭矩計(jì)算結(jié)果及對(duì)比

14、31</p><p>　　5 折梁式抽油機(jī)的主要零部件設(shè)計(jì)35</p><p>　　5.1 折梁式抽油機(jī)受力分析35</p><p>　　5.2減速器的選擇36</p><p>　　5.2.1 減速器曲柄軸的最大允許扭矩的計(jì)算及減速器的選定36</p><p>　　5.2.2 減速器的潤(rùn)滑與密封3

15、6</p><p>　　5.3電動(dòng)機(jī)的確定38</p><p>　　5.4V帶的確定與大帶輪的設(shè)計(jì)39</p><p>　　5.4.1 V帶的確定39</p><p>　　5.4.2 大帶輪的設(shè)計(jì)41</p><p>　　5.5游梁的設(shè)計(jì)42</p><p>　　5.5.1

16、 游梁的材料選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)42</p><p>　　5.5.2 靜強(qiáng)度校核43</p><p>　　5.6連桿的設(shè)計(jì)44</p><p>　　5.6.1 選材44</p><p>　　5.6.2 校核44</p><p>　　5.7中央軸承的校核46</p><p>　　5

17、.7.1 中央軸承的校核46</p><p>　　5.7.2 軸承使用的注意事項(xiàng)47</p><p>　　5.8曲柄銷的強(qiáng)度校核47</p><p>　　5.8.1 防止曲柄銷配合松動(dòng)的措施48</p><p>　　5.8.2 曲柄銷材料的選擇48</p><p>　　5.8.3 曲柄銷的校核4

18、8</p><p>　　5.9其他主要零部件設(shè)計(jì)49</p><p>　　5.9.1 支架與底座49</p><p>　　5.9.2 滑輪與多塊平衡重50</p><p>　　5.9.3 剎車裝置及剎車安全裝置51</p><p>　　5.9.4 驢頭51</p><p>　

19、　5.9.5 折梁鉸接裝置51</p><p><b>　　6 結(jié)論53</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)54</b></p><p><b>　　致謝55</b></p><p>　　附錄A 基于Matlab的懸點(diǎn)參數(shù)計(jì)算程序56</p>

20、;<p>　　附錄B 基于Matlab的折梁式抽油機(jī)和純曲柄平衡抽油機(jī)的凈扭矩曲線對(duì)比圖程序58</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 本文研究意義</p><p>　　目前，游梁式抽油機(jī)是國(guó)內(nèi)外石油工業(yè)的傳統(tǒng)采油方式之一，在我國(guó)石油開采中有桿抽油系統(tǒng)一直占主導(dǎo)地位。游梁式抽油機(jī)以其結(jié)構(gòu)

21、簡(jiǎn)單、易損件少、耐用、可靠性高、操作簡(jiǎn)便、維修方便、維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，在采油機(jī)械中占有舉足輕重的地位。此外，常規(guī)型抽油機(jī)還具有特別能適應(yīng)野外、全天候、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn)。</p><p>　　雖說(shuō)游梁式抽油機(jī)是一種優(yōu)秀的機(jī)械采油裝置，但游梁式抽油機(jī)也存在許多缺點(diǎn)，如系統(tǒng)的效率低、能耗大、抽油時(shí)間以及平衡性能差等。另外，由于游梁式抽油機(jī)配置了與其抽汲油量所折算成的能量不相對(duì)應(yīng)的大功率電動(dòng)機(jī)和大扭矩的減速器，形成了

22、“大馬拉小車”的耗能結(jié)構(gòu)。為此，游梁抽油機(jī)都設(shè)有平衡裝置，但由于其懸點(diǎn)載荷在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期里極不均勻，仍然不能獲得較平直的凈扭矩曲線。</p><p>　　鑒于常規(guī)游梁式抽油機(jī)的以上缺點(diǎn)，開展對(duì)新型抽油機(jī)——折梁式抽油機(jī)的研究。折梁式抽油機(jī)是由常規(guī)游梁式抽油機(jī)衍生而來(lái)，它有一個(gè)后伸并下折的游梁，廢棄了鋼絲繩而增加了游梁平衡；由于平衡重的多塊組合方式，使得平衡重很容易得到增減而方便平衡調(diào)節(jié)。折梁式抽油機(jī)由于平衡效果好

23、，節(jié)能顯著，適應(yīng)大型機(jī)小泵深抽作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)，所以在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，它將在機(jī)械采油中占有舉足輕重的地位。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外抽油機(jī)研究現(xiàn)狀趨勢(shì)</p><p>　　目前，世界上生產(chǎn)抽油機(jī)的國(guó)家主要有:美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、加拿大和羅馬尼亞等。全世界生產(chǎn)抽油設(shè)備的公司有300多家，其中生產(chǎn)抽油機(jī)的公司有150多家。美國(guó)生產(chǎn)的抽油機(jī)品種最多，技術(shù)最先進(jìn)，應(yīng)用范圍最廣泛。其中包

24、括液壓抽油機(jī)、梅普長(zhǎng)沖程抽油機(jī)、柔性件傳動(dòng)抽油機(jī)等等。</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)抽油機(jī)研究現(xiàn)狀</p><p>　　在國(guó)內(nèi)，抽油機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的理論研究已經(jīng)開展了多年，初步進(jìn)行常規(guī)型和異相型游梁式抽油機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的研究。但是，由于我國(guó)抽油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小，過(guò)于分散，沒(méi)有開展模塊化設(shè)計(jì)。隨著市場(chǎng)的不斷發(fā)展，抽油機(jī)的需求已經(jīng)向多品種、小批量方向發(fā)展，且油田從提出計(jì)劃到需要的周期大

25、大縮短，生產(chǎn)企業(yè)要想滿足油田要求，快速響應(yīng)市場(chǎng)，就必須按照新的設(shè)計(jì)方法組織生產(chǎn)，而模塊化設(shè)計(jì)方法正能滿足這一要求。</p><p>　　1.2.2 國(guó)外抽油機(jī)研究現(xiàn)狀</p><p>　　在國(guó)外，抽油機(jī)的生產(chǎn)已經(jīng)基本上被幾家大的機(jī)械制造公司所壟斷，如美國(guó)最早、最大的抽油機(jī)制造公司拉夫金公司、原蘇聯(lián)最大的抽油機(jī)生產(chǎn)基地阿塞拜疆石油機(jī)械制造集團(tuán)。這些企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大，采用先進(jìn)的部件優(yōu)化技術(shù)，將

26、抽油機(jī)系統(tǒng)按功能分解成若干模塊，按照標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的方式組織生產(chǎn)，企業(yè)的設(shè)計(jì)、制造及管理水平較高。以較少的生產(chǎn)模塊，最大限度地滿足不同用戶多種類型、規(guī)格抽油機(jī)的需要，給企業(yè)帶來(lái)了較高的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)美國(guó)拉夫金公司的產(chǎn)品樣本，他們所生產(chǎn)的79種型號(hào)的抽油機(jī)由十類近100種模塊組合而成，其生產(chǎn)的零部件具有高度的通用性，也較徹底地解決了零部件的通用和互換問(wèn)題。由于采用模塊化設(shè)計(jì)方法，既滿足了多品種、小批量的市場(chǎng)需求，又解決了企業(yè)規(guī)模化

27、問(wèn)題，產(chǎn)品質(zhì)量大為提高，成本大幅下降。目前抽油機(jī)包括液壓抽油機(jī)、梅普長(zhǎng)沖程抽油機(jī)、柔性件傳動(dòng)抽油機(jī)。</p><p>　　本文正符合國(guó)內(nèi)外研究趨勢(shì)，通過(guò)改變常規(guī)游梁式抽油機(jī)的平衡形式和結(jié)構(gòu)形式，達(dá)到降低配置、節(jié)省能耗目的。</p><p>　　1.2.3 幾種常用抽油機(jī)</p><p>　?。?）異型游梁式抽油機(jī)</p><p>　　異型游

28、梁式系列抽油機(jī)包括雙驢頭抽油機(jī)、彎游梁抽油機(jī)和對(duì)常規(guī)游梁抽油機(jī)節(jié)能改造的機(jī)型等機(jī)型。異形游梁式抽油機(jī)是以常規(guī)抽油機(jī)為基礎(chǔ)模式而研制出的新機(jī)型，它采用變徑圓弧狀的游梁后臂，游梁與橫梁之間采用柔性件連接結(jié)構(gòu)，在主要結(jié)構(gòu)上具有常規(guī)游梁式抽油機(jī)簡(jiǎn)單，牢靠，耐用等特點(diǎn)，在性能上易于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程，并且具有突出的節(jié)能特點(diǎn)。</p><p>　?。?）變矩式曲柄連桿無(wú)游梁抽油機(jī)</p><p>　　變矩式曲

29、柄連桿無(wú)游梁抽油機(jī)是在游梁式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上，將搖桿改成變徑天車輪，連桿改成柔性傳動(dòng)件，設(shè)計(jì)變矩式曲柄連桿無(wú)游梁抽油機(jī)的計(jì)算結(jié)果表明，這種無(wú)游梁抽油機(jī)動(dòng)力性能明顯優(yōu)于游架式抽油機(jī)，具有良好的節(jié)能效果，且兼有游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?。?）干擾平衡游梁抽油機(jī)</p><p>　　干擾平衡游梁抽油機(jī)是一種新型的節(jié)能抽油機(jī)。它不僅保持了常規(guī)游梁抽油機(jī)結(jié)構(gòu)

30、簡(jiǎn)單、可靠耐用的優(yōu)點(diǎn)，而且具有附加動(dòng)載小，能耗低，綜合效率高，比常規(guī)抽油機(jī)節(jié)電30-50%以上，能延長(zhǎng)整機(jī)使用壽命的特點(diǎn)。如14干擾平衡機(jī)只需要配37千瓦電機(jī)及53KN減速箱。</p><p>　?。?）塔式節(jié)能抽油機(jī)</p><p>　　塔式節(jié)能抽油機(jī)：高效、節(jié)能、沖程、沖次在額定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，并可內(nèi)設(shè)無(wú)線集中監(jiān)控接口，通過(guò)配套設(shè)施實(shí)現(xiàn)遙控。該機(jī)調(diào)參簡(jiǎn)易、維護(hù)方便、安全可靠、維護(hù)費(fèi)用低

31、，與常規(guī)抽油機(jī)相比節(jié)能50%以上，是一種智能型的節(jié)能抽油機(jī)。</p><p>　?。?）偏輪游梁式抽油機(jī)</p><p>　　該抽油機(jī)是在常規(guī)游梁抽油機(jī)的基礎(chǔ)上，在游梁尾部配置一偏輪，以偏輪為中心形成一六連桿機(jī)構(gòu)，能很好的改善抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能。在相同情況下，與常規(guī)抽油機(jī)相比：1、懸點(diǎn)動(dòng)負(fù)荷減小，最大線速度小；2、減速箱輸出扭矩減小30%-50%；3、節(jié)能37%以上；4、所配電網(wǎng)容量減少30

32、%以上。</p><p>　　本課題折梁式抽油機(jī)，正符合國(guó)內(nèi)外研究趨勢(shì)，通過(guò)改變常規(guī)游梁抽油機(jī)的平衡形式和結(jié)構(gòu)形式，達(dá)到降低配置，節(jié)省能耗目的。</p><p>　　1.3 本文研究?jī)?nèi)容及方法步驟</p><p>　　本文設(shè)計(jì)需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題就是如何設(shè)計(jì)折梁式平衡式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)，使整個(gè)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)合理，并能夠相應(yīng)地降低能耗。</p><p&g

33、t;<b>　　主要內(nèi)容包括：</b></p><p>　?。?）認(rèn)真查閱、收集資料，深刻理解論文設(shè)計(jì)的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上完成開題報(bào)告；</p><p>　?。?）分析目前常規(guī)游梁式抽油機(jī)的缺點(diǎn)，提出折梁式抽油機(jī)的傳動(dòng)方案；</p><p>　?。?）根據(jù)提供的原始數(shù)據(jù)，并查閱相關(guān)資料，計(jì)算折梁重重心運(yùn)動(dòng)速度和加速</p><

34、p>　　度，并對(duì)抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，得到懸點(diǎn)速度加速度的計(jì)算公式，分析其優(yōu)越性；</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)折梁式抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)主要性能進(jìn)行校核；</p><p>　　（5）畫出裝配圖及零件圖。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)為折梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的主要步驟方法如下：</p><p>　?。?）首先了解游梁式抽油機(jī)的工

35、作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并進(jìn)行折梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)折梁式抽油機(jī)傳動(dòng)原理的分析，推導(dǎo)懸點(diǎn)速度、加速度等參數(shù)和抽油機(jī)其它參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；</p><p>　?。?）確定懸點(diǎn)的動(dòng)載荷、靜載荷，減速箱曲柄軸扭矩的計(jì)算，選擇電動(dòng)機(jī)；</p><p>　?。?）對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）對(duì)折梁

36、式抽油機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）對(duì)抽油機(jī)零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）繪制折梁式抽油機(jī)的裝配圖；</p><p>　?。?）繪制主要零部件的零件圖。</p><p><b>　　1.4 創(chuàng)新點(diǎn)</b></p><p>　?。?）設(shè)計(jì)新型折梁式抽油機(jī)；</

37、p><p>　?。?）對(duì)折梁式抽油機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，并對(duì)其進(jìn)行編程；</p><p>　?。?）對(duì)折梁式抽油機(jī)零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　2 折梁式抽油機(jī)的工作原理</p><p>　　折梁式抽油機(jī)是由常規(guī)型游梁式抽油機(jī)衍生而來(lái)，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的改造，使其具有新型節(jié)能，適應(yīng)大型機(jī)、小泵、深抽作業(yè)特點(diǎn)的抽油機(jī)。因此在介紹折梁

38、式抽油機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)時(shí)，先介紹常規(guī)型游梁抽油機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。</p><p>　　2.1 常規(guī)型游梁式抽油機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　圖2-1 常規(guī)游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1-底座；2-支架；3-懸繩器；4-驢頭；5-游梁；6-橫梁軸承座；7-橫梁；</p><p>　　8-連桿；9-曲柄銷裝

39、置；10-曲柄裝置；11-減速器；12-剎車保險(xiǎn)裝置；</p><p>　　13-剎車裝置；14-電動(dòng)機(jī)；15-配電箱。</p><p>　　常規(guī)型游梁式抽油機(jī)由底座、支架、懸繩器、驢頭、游梁、橫梁軸承座、橫梁、連桿、曲柄銷裝置、曲柄裝置、減速器、剎車保險(xiǎn)裝置、剎車裝置、電動(dòng)機(jī)、配電箱組成。抽油機(jī)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)（14）轉(zhuǎn)速通過(guò)三角皮帶帶動(dòng)減速箱（11）減速后，由四連桿機(jī)構(gòu)（曲柄（10）、連

40、桿（8）、橫梁（7）、游梁（5））把減速箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橛瘟后H頭（4）的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。用驢頭（4）帶動(dòng)抽油桿做上下往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)。通過(guò)抽油桿再將這個(gè)運(yùn)動(dòng)傳給井下抽油泵的柱塞。在抽油泵泵筒的下部裝有固定閥(吸入閥)，而在柱塞上裝有游動(dòng)閥（排出閥），當(dāng)抽油桿向上運(yùn)動(dòng)，柱塞做上沖程時(shí)，固定閥打開，泵從井中吸入原油。同時(shí)，由于游動(dòng)閥關(guān)閉，柱塞將上面的油管中的原油上舉到井口，這就是抽油泵的吸入過(guò)程。當(dāng)抽油桿向下運(yùn)動(dòng)，柱塞做下沖程時(shí)，固定閥關(guān)閉而

41、游動(dòng)閥打開，柱塞下面的油通過(guò)游動(dòng)閥排到它的上面。這就是抽油泵的排出過(guò)程。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1。</p><p>　　常規(guī)型游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：支架支撐在游梁中部，曲柄連桿機(jī)構(gòu)和減速器位于支架的后面；曲柄軸中心基本位于游梁尾軸承的正下方。這樣，工作時(shí)上下沖程的時(shí)間（或曲柄轉(zhuǎn)角）相等。</p><p>　　折梁式抽油機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　圖 2-2

42、 折梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　1-多塊組合式平衡重；2-折梁；3-主游梁； </p><p>　　折梁式抽油機(jī)（如圖2-2）是由常規(guī)游梁抽油機(jī)衍生而來(lái),它有一個(gè)后伸并下折的游梁,廢棄了鋼絲繩而增加了游梁平衡;由于平衡重的多塊組合方式,使得平衡重很容易得到增減而方便平衡調(diào)節(jié)。文中分析了折梁式抽油機(jī)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ),對(duì)平衡重、連桿力和凈扭矩進(jìn)行了分析與推導(dǎo),將常規(guī)純曲柄平衡和折梁式平

43、衡進(jìn)行了對(duì)比。分析認(rèn)為,折梁式抽油機(jī)平衡效果好,節(jié)能顯著,適應(yīng)大型機(jī)小泵深抽作業(yè),但桿油比小時(shí),連桿力會(huì)產(chǎn)生較大負(fù)值,對(duì)細(xì)長(zhǎng)的連桿不利;因此在應(yīng)用中注意選用適合范圍,才能使折梁式抽油機(jī)成為節(jié)能型抽油機(jī)。</p><p>　　折梁式抽油機(jī)有一個(gè)后伸并下折的游梁(主游梁3和折梁2),形態(tài)上和異形游梁類似,但廢棄了鋼絲繩而增加了游梁平衡。多塊平衡重(1)裝在鐵箱里并通過(guò)鋼絲繩懸掛在折梁尾端的滑輪上,這樣在相同游梁擺角下

44、,平衡重的力臂變化較大,獲得了異形游梁力臂變化的效果,但卻沒(méi)有受鋼絲繩壽命制約的問(wèn)題,因?yàn)榛喩系匿摻z繩不承受變應(yīng)力,而且計(jì)算和實(shí)踐都表明折梁上的平衡重重心雖然有2m左右(12型)的水平位移,但懸吊的平衡重卻只有很小的水平慣性力(除啟動(dòng)和制動(dòng)有較大擺動(dòng)外)。</p><p>　　深入發(fā)掘折式游梁的“折”所產(chǎn)生變矩的結(jié)構(gòu)效果,可進(jìn)一步把它拓展成鉸接式折梁,通過(guò)插入不同直徑的圓柱銷(圖2-3),就可改變折梁的折角來(lái)取

45、得不同的變矩效果,使抽油機(jī)將更適應(yīng)不同井況的載荷特性,這在一般抽油機(jī)的平衡裝置是不易做到的。此外,游梁下折使高懸在游梁上的平衡重下移,并且由于平衡重的多塊組合方式使得平衡重很容易得到增減,從而方便了平衡的調(diào)節(jié)。</p><p>　　圖2-3 折梁鉸接示意圖</p><p>　　1-折梁　2-圓柱銷　3-鉸接軸承　4-主游梁；</p><p>　　折梁式抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)

46、學(xué)分析</p><p>　　3.1 折梁式抽油機(jī)的幾何關(guān)系分析</p><p>　　圖3-1 常規(guī)型游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖中各符號(hào)的意義如下：</p><p>　　A——游梁前臂長(zhǎng)度，m；</p><p>　　C——游梁后臂長(zhǎng)度，m；</p><p>　　P——連桿長(zhǎng)度

47、，m；</p><p>　　R——曲柄半徑，m；</p><p>　　I——游梁支撐中心到減速器輸出軸中心的水平距離，m；</p><p>　　H——游梁支撐中心到底座底部的高度，m；</p><p>　　G——減速器輸出軸中心到底座底部的高度，m；</p><p>　　K——極距，即游梁支撐中心到減速器輸出軸中心的距

48、離，m；</p><p>　　J——曲柄銷中心到游梁支撐中心之間的距離，m；</p><p>　　θ——曲柄轉(zhuǎn)角，以曲柄半徑R處于12點(diǎn)鐘位置作為零點(diǎn)，沿曲柄旋轉(zhuǎn)方向度量；</p><p>　　φ——零度線與K的夾角，由零度線到K沿曲柄旋轉(zhuǎn)方向度量；</p><p>　　β——C與P的夾角，稱傳動(dòng)角；</p><p>

49、<b>　　——C與J的夾角；</b></p><p>　　ρ——K與J的夾角；</p><p><b>　　——C與K的夾角；</b></p><p>　　——光桿在最低位置時(shí)的角；</p><p>　　——光桿在最高位置時(shí)的角；</p><p><b>　　

50、由圖可知：</b></p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　式中正負(fù)號(hào)取決于曲柄旋轉(zhuǎn)方向，曲柄旋轉(zhuǎn)方向的判斷為：面向抽油機(jī)，井口在右側(cè)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為“+”，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為“-”。</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>

51、　?。?-3）</b></p><p><b>　　（3-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　（3-6）</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><

52、;p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　在有“”式中，“+”用于曲柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，“-”用于曲柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　3.2 折梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)

53、分析</p><p>　　3.2.1 懸點(diǎn)位移</p><p>　　經(jīng)分析比較，折梁式抽油機(jī)的幾何關(guān)系和常規(guī)游梁式抽油機(jī)相同。根據(jù)以上幾何關(guān)系分析結(jié)果，對(duì)折梁式抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行分析，推導(dǎo)相應(yīng)公式，得到懸點(diǎn)位移、速度、加速度。并對(duì)懸點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行編程計(jì)算，畫出相應(yīng)的曲線。</p><p>　　以懸點(diǎn)處于最低位置（下死點(diǎn)）為計(jì)算位移的起點(diǎn)。游梁擺動(dòng)的角位移為，最大角

54、位移為。根據(jù)抽油機(jī)四桿結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　懸點(diǎn)位移 （3-13）</p><p>　　懸

55、點(diǎn)最大位移 （3-14）</p><p>　　在抽油機(jī)的設(shè)計(jì)和使用中，常用的是與的比值，稱為位置因素，表示為：</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　顯然，。當(dāng)懸點(diǎn)位于下死點(diǎn)時(shí)，=0；懸點(diǎn)位于上死點(diǎn)時(shí)，=1。</p>

56、;<p>　　圖3-2折梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　懸點(diǎn)速度</b></p><p>　　圖3-3 速度分析示意圖</p><p>　　如圖3-3所示，游梁后臂C和曲柄半徑R均為繞定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿P做平面運(yùn)動(dòng)。利用速度投影定理，忽略連桿P變形的影響，連桿兩端點(diǎn)（d和b）的速度在連桿軸線上的投影相等。d、b兩點(diǎn)分

57、別和O轉(zhuǎn)動(dòng)，、分別垂直于R和C，將、向連桿軸線投影有：</p><p><b>　　（3-16）</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　因?yàn)?，，懸點(diǎn)速度為</p><p&

58、gt;<b>　?。?-18）</b></p><p>　　式中為曲柄旋轉(zhuǎn)的角速度，其余參數(shù)同前。</p><p>　　3.2.3 懸點(diǎn)加速度</p><p>　　懸點(diǎn)速度對(duì)時(shí)間的一次導(dǎo)數(shù)即為懸點(diǎn)加速度。對(duì)于常規(guī)型游梁式抽油機(jī)，懸點(diǎn)加速度為：</p><p><b>　?。?-19）</b><

59、;/p><p>　　3.2.4 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果</p><p>　　先初步擬定折梁式抽油機(jī)的相關(guān)尺寸，其相關(guān)尺寸如下：A=2.100、C=1.780、G=1.400、I=1.620、= 2.6522、 P=1.737、R=0.700、H=3.500。根據(jù)已知尺寸，利用MTALAB軟件對(duì)抽油機(jī)的懸點(diǎn)位移、速度、加速度進(jìn)行編寫程序并計(jì)算，得出表 3-1，如下所示。表 3-1 顯示了曲柄轉(zhuǎn)

60、角變化時(shí)，相應(yīng)懸點(diǎn)位移、速度、加速度數(shù)值；圖3-4為曲柄角度變化與懸點(diǎn)位移之間的關(guān)系曲線，圖3-5為曲柄角度變化與懸點(diǎn)速度之間的關(guān)系曲線，圖 3-6為曲柄角度變化與懸點(diǎn)加速度之間的關(guān)系曲線。</p><p>　　表3-1 折梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)參數(shù)計(jì)算數(shù)值表</p><p>　　圖3-4 懸點(diǎn)位移曲線</p><p>　　圖3-5 懸點(diǎn)速度曲線</p>

61、<p>　　圖3-6 懸點(diǎn)加速度曲線</p><p>　　圖3-7 折梁式抽油機(jī)的懸點(diǎn)位移、速度、加速度曲線</p><p>　　從圖3-4、圖3-5、圖3-6和圖3-7可知，該抽油機(jī)的懸點(diǎn)位移最大值懸點(diǎn)速度最大值，懸點(diǎn)加速度最大值。</p><p>　　折梁式抽油機(jī)三維視圖仿真</p><p>　　基于3DS MAX的研究和

62、折梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)分析，對(duì)折梁式抽油機(jī)進(jìn)行仿真及分析。對(duì)折梁式抽油機(jī)進(jìn)行仿真的操作過(guò)程如下：</p><p>　?。?）雙擊3DS MAX圖標(biāo)，進(jìn)入3DS MAX程序； </p><p>　?。?）在3DS MAX中，對(duì)抽油機(jī)各個(gè)零件進(jìn)行建模；</p><p>　?。?）首先利用“擠出”命令建立底座，設(shè)定尺寸然后利用“倒角”命令為底座左右兩邊倒角；</p>

63、;<p>　　（4）用“直線”命令 和“弧線”命令繪制減速箱截面樣條線，再“頂點(diǎn)”級(jí)別下，選中頂點(diǎn)調(diào)節(jié)合適位置，然后利用“焊接”命令，焊接所有頂點(diǎn)，最后利用“擠出”命令擠出減速器；</p><p>　　（5）將“直線”命令和“曲線”命令結(jié)合使用，畫出曲柄平衡塊的截面樣條線，再利用“圓”命令畫出中間的圓，然后把這些線條右鍵轉(zhuǎn)化為“可編輯樣條線”，利用“附加”命令，將這些樣條線附加在一起，然后再利用“擠

64、出”命令擠出曲柄平衡塊；</p><p>　?。?）用“立方體”工具繪制支架各桿，然后利用“移動(dòng)”“復(fù)制”“旋轉(zhuǎn)”的命令，繪制成支架的形狀；</p><p>　?。?）利用這些命令繪制其他各部件。</p><p>　　基于3DS MAX的機(jī)構(gòu)模塊建立的折梁式抽油機(jī)仿真三維簡(jiǎn)圖如圖下3-8所示： </p><p>　　圖3-8 折梁

65、式抽油機(jī)仿真三維視圖</p><p>　　折梁式抽油機(jī)的各個(gè)方向三維視圖如下：</p><p>　?。╝） （b） </p><p>　?。╟） （d） </p><p>　　

66、折梁部分具體裝置三維視圖如下：</p><p>　?。╝） （b）</p><p>　　（c） （d）</p><p>　?。╡） （f）</p

67、><p>　　上圖（a）~（f）顯示了折梁式抽油機(jī)的折梁鉸接部分的具體部件的各個(gè)方向的三維視圖。從圖中可以看出折梁的組成部件和分布情況。</p><p>　　4 折梁式抽油機(jī)動(dòng)力學(xué)分析</p><p>　　4.1 折梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷分析</p><p>　　懸點(diǎn)載荷是標(biāo)志抽油機(jī)工作能力的重要參數(shù)之一，也是抽油機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇使用的主要根據(jù)。

68、當(dāng)抽油泵工作時(shí)，抽油機(jī)懸點(diǎn)上作用下列六項(xiàng)載荷：</p><p>　　1.抽油桿自重，表示(它在油中用表示)，作用方向向下。</p><p>　　2.油管內(nèi)柱塞上的油柱重(即柱塞面積減去抽油桿面積的油柱重)，用表示，作用方向向下。</p><p>　　3.油管外油柱對(duì)活塞下端的壓力，用表示，的大小取決于泵的沉沒(méi)度，作用方向向上。</p><p

69、>　　4.抽油桿柱和油柱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性載荷，相應(yīng)的用和表示。它們大小與懸點(diǎn)的加速度成正比，而作用方向與加速度方向相反。</p><p>　　5.油桿和油柱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)載荷，用表示，其大小和方向都是變化的。</p><p>　　6.柱塞與泵筒間、抽油桿和油管的半干摩擦力，抽油桿柱與油柱間、油柱與油管間以及油流通過(guò)抽油泵游動(dòng)閥的液體摩擦力、和的作用方向與抽油桿的運(yùn)動(dòng)方向相反，

70、其中游動(dòng)閥的液體摩擦力只在泵下沖程、游動(dòng)閥打開時(shí)產(chǎn)生，所以它的作用方向只向上。</p><p>　　上述前三項(xiàng)載荷和抽油桿的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，稱為靜載荷；4、5兩項(xiàng)載荷與抽油桿的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，稱為動(dòng)載荷；第 6 項(xiàng)載荷也與抽油桿的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，但是在直井、油管結(jié)蠟少和原油粘度不高的情況下，它們?cè)诳傋饔幂d荷中占的比重很小，約占2%~5%左右，一般可以不計(jì)。為了敘述簡(jiǎn)單，先從靜載荷入手。</p><p>　　

71、抽油桿在空氣中的重量為</p><p><b>　　（4-1）</b></p><p>　　油管內(nèi)、柱塞上的油柱重為</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　抽油桿在油中的重量為</p><p><b>　?。?-3）</b>

72、</p><p>　　油井中動(dòng)液面以上斷面積等于柱塞面積的油柱的重量為</p><p><b>　　（4-4）</b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　為抽油桿材料的密度，；</p><p>　　為抽汲液體的密度，；</p>&

73、lt;p>　　為抽油桿材料的重度，；</p><p>　　為抽汲液體的重度，；</p><p><b>　　為泵柱塞的面積，；</b></p><p><b>　　為抽油桿截面積，；</b></p><p>　　為抽油機(jī)長(zhǎng)度或下泵深度，。</p><p>　　4.1.1

74、 懸點(diǎn)靜載荷的大小和變化規(guī)律</p><p>　　分別對(duì)上沖程、下沖程、上死點(diǎn)、下死點(diǎn)四種情況進(jìn)行分析，見圖4-1、圖4-2。</p><p>　　圖4-1 懸點(diǎn)載荷作用圖</p><p><b>　　(1) 上沖程</b></p><p>　　當(dāng)懸點(diǎn)從下死點(diǎn)向上移動(dòng)時(shí)，如圖4-1a所示，游動(dòng)閥在柱塞上部油柱的壓力作

75、用下關(guān)閉，而固定閥在柱塞下面泵筒內(nèi)、外壓差的作用下打開。由于游動(dòng)閥關(guān)閉，使懸點(diǎn)承受抽油桿自重和柱塞上油柱重，這兩個(gè)載荷的作用方向都向下。同時(shí)，由于固定閥打開，使油管外一定沉沒(méi)度的油柱對(duì)柱塞下表面產(chǎn)生向上的壓力。因此，上沖程時(shí)懸點(diǎn)的靜載荷為</p><p><b>　　（4-5）</b></p><p><b>　?。?）下沖程</b></p

76、><p>　　當(dāng)懸點(diǎn)載荷由上死點(diǎn)向下移動(dòng)時(shí)，如圖4-1b所示，游動(dòng)閥在上、下壓力差作用下打開，而固定閥在泵筒內(nèi)、外壓力差作用下關(guān)閉。游動(dòng)閥打開，使懸點(diǎn)只承受抽油桿柱在液面中的重量，固定閥關(guān)閉，使油柱重量轉(zhuǎn)移到固定閥和油管上。因此，下沖程時(shí)懸點(diǎn)的靜載荷為</p><p>　　= （4-6）</p>

77、;<p><b>　　（3）下死點(diǎn)</b></p><p>　　對(duì)抽油桿來(lái)說(shuō)，上死點(diǎn)懸點(diǎn)載荷瞬時(shí)發(fā)生變化，由下沖程的變到上沖程的，增加了其大小為，載荷增加使油桿伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)的大小為</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中：E為鋼材的彈性模數(shù)， 。</p><

78、p>　　在伸長(zhǎng)變形完成以后，載荷才全部加在抽油桿或懸點(diǎn)上。實(shí)際上，在抽油桿柱受載伸長(zhǎng)的過(guò)程中，已經(jīng)進(jìn)入上沖程階段。當(dāng)懸點(diǎn)向上走了距離時(shí)，由于同時(shí)產(chǎn)生的抽油桿柱伸長(zhǎng)的結(jié)果，使柱塞還停留在原來(lái)的位置，即柱塞相對(duì)泵筒沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，因而不抽油，如圖4-2c所示。</p><p>　　圖4-2 抽油桿柱和油管柱變形過(guò)程</p><p>　　對(duì)油管柱來(lái)說(shuō)，下沖程時(shí)，由于游動(dòng)閥打開和固定閥關(guān)閉，整個(gè)

79、油柱重量都由柱塞和抽油桿柱承擔(dān)，而油管柱上就沒(méi)有這個(gè)載荷的作用了。因此，在抽油柱加載的同時(shí)，油管柱卸載。卸載引起油管柱的縮短，直到縮短變形完畢以后，油管柱的載荷才全部卸掉。油管柱縮短的大小為</p><p><b>　　（4-8）</b></p><p>　　式中：為油管管壁的斷面積，。</p><p>　　這樣一來(lái)，雖然懸點(diǎn)帶著柱塞向上移動(dòng)，

80、但是由于油管柱的縮短，使油管柱的下端也跟著柱塞向上移動(dòng)，柱塞相對(duì)泵筒沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，還不能抽油，如圖4-2d所示。一直到懸點(diǎn)經(jīng)過(guò)一段距離以后，柱塞才開始抽油。</p><p>　　懸點(diǎn)從下死點(diǎn)到上死點(diǎn)雖然走了沖程長(zhǎng)度S，但是由于抽油桿柱和油管柱的靜變形結(jié)果，使抽油泵柱塞的有效沖程長(zhǎng)度比S小，故</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p

81、><b>　　而靜變形為</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　式中：稱為變形分配系數(shù)，一般可取0.6~0.9。</p><p><b>　?。?）上死點(diǎn)</b></p><p>　　它和下死點(diǎn)情況恰恰相反。這時(shí)對(duì)抽油桿柱來(lái)說(shuō)，靜載

82、荷由上沖程的變到下沖程的，減小了油柱重，抽油桿因而縮短了。因此，當(dāng)懸點(diǎn)向下走了時(shí)，由于抽油桿柱的縮短，柱塞在井下原地不動(dòng)，它對(duì)泵筒不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不能排油。而對(duì)油管柱來(lái)說(shuō)，因?yàn)榧虞d而伸長(zhǎng)了，油管（或泵筒）好像跟著柱塞往下走。所以，在懸點(diǎn)再走完以前，柱塞和泵筒還不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也不會(huì)排油。因此，在排油過(guò)程中，柱塞的有效沖程長(zhǎng)度比懸點(diǎn)沖程長(zhǎng)度減小了一個(gè)同樣的靜變形值。</p><p>　　圖4-3 靜力示功圖

83、</p><p>　　上、下沖程中懸點(diǎn)載荷隨懸點(diǎn)位移的變化規(guī)律用圖4-3來(lái)表示，這種圖形稱為靜力示功圖。圖中AB斜線表示懸點(diǎn)上沖程開始時(shí)載荷由柱塞傳遞到懸點(diǎn)的過(guò)程。EB線相當(dāng)于柱塞與泵筒沒(méi)有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)上行的距離，即EB=。當(dāng)全部載荷都作用到懸點(diǎn)以后，靜載荷就不再變化而成水平線BC，到達(dá)上死點(diǎn)C為止。CD段表示抽油桿柱的卸載過(guò)程。卸載完畢后，懸點(diǎn)又以一個(gè)不變的靜載荷向下運(yùn)動(dòng)，成為水平線DA而回到A。&l

84、t;/p><p>　　4.1.2 基本參數(shù)的擬定計(jì)算</p><p>　　現(xiàn)根據(jù)實(shí)際情況：下泵深度L（泵掛）為900，動(dòng)液面850（沉沒(méi)度為50），泵徑32，抽油桿直徑19，取，，，根據(jù)前面分析計(jì)算可得：</p><p><b>　　1. 上沖程</b></p><p><b>　　2. 下沖程</b>

85、;</p><p><b>　　3. 下死點(diǎn)</b></p><p><b>　　4. 上死點(diǎn)</b></p><p>　　5. 懸點(diǎn)最大沖程長(zhǎng)度</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)抽油機(jī)的情況，本機(jī)型的最大沖程長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1.5m。</p><p>　　6. 懸點(diǎn)最大沖程次數(shù)<

86、;/p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)抽油機(jī)的情況，本機(jī)型的最大沖程次數(shù)設(shè)計(jì)為6。</p><p>　　4.1.3 懸點(diǎn)動(dòng)載荷的大小和變化規(guī)律</p><p>　　在井較深，抽油機(jī)沖次較大的情況下，必須考慮動(dòng)載荷的影響。動(dòng)載荷由慣性載荷和振動(dòng)載荷兩部分組成，下面將分別介紹。</p><p><b>　　（1）慣性載荷</b><

87、/p><p>　　慣性載荷是由抽油桿柱的慣性載荷和油柱的慣性載荷這兩部分組成的，分別用和表示。如果略去抽油桿柱和油柱的彈性影響，可以認(rèn)為，抽油桿柱以及油柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與懸點(diǎn)的完全一致。所以和的大小與懸點(diǎn)加速度大小成正比，而作用方向與后者相反。</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　（4-12）<

88、/b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中：為考慮油管過(guò)流斷面擴(kuò)大引起油柱加速度降低的系數(shù)；</p><p><b>　　為懸點(diǎn)加速度，；</b></p><p>　　為油管過(guò)流斷面的面積，見表4-1。</p><p>　　表4-

89、1 油管過(guò)流斷面面積和橫截面積值</p><p>　?。?）上沖程時(shí)，柱塞（或抽油桿）帶著油柱運(yùn)動(dòng)，所以上沖程的慣性載荷為</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　式中：m為油柱慣性載荷對(duì)抽油桿柱慣性載荷的比值。</p><p>　　利用式（4-14）可得</p><p

90、><b>　?。?-15）</b></p><p>　?。?）下沖程時(shí)，柱塞（或抽油桿）不帶油柱運(yùn)動(dòng)，所以下沖程的慣性載荷為</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　如上所述，慣性載荷大小的變化規(guī)律與懸點(diǎn)加速度的變化規(guī)律相類似，但是方向與后者相反。也就是說(shuō)，在上沖程前半段，加速度向上，這

91、時(shí)懸點(diǎn)的總載荷應(yīng)該等于靜載荷減去慣性載荷。下沖程情況剛好相反。</p><p>　　考慮了慣性載荷作用以后，示功圖就由平行四邊形（靜力示功圖）變成扭曲的四邊形，這種示功圖稱為動(dòng)力示功圖，見圖4-4。</p><p>　　圖4-4 功力示功圖</p><p><b>　?。?）振動(dòng)載荷</b></p><p>　　抽油桿

92、柱又細(xì)又長(zhǎng)，彈性很大，像一根長(zhǎng)彈簧，在長(zhǎng)彈簧的下端突然加一重物或突然拿走一個(gè)重物，都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，抽油桿柱也一樣。當(dāng)懸點(diǎn)開始向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在抽油桿柱和油管柱靜變形期內(nèi)，油柱重量逐漸加到柱塞和抽油桿柱上，這是柱塞和泵筒沒(méi)有相對(duì)移動(dòng)，所以抽油桿柱不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。而當(dāng)靜變形結(jié)束的一瞬間，懸點(diǎn)以一定的速度向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，抽油桿柱和柱塞突然帶動(dòng)油柱向上運(yùn)動(dòng)，抽油桿柱就會(huì)產(chǎn)生一次振動(dòng)。當(dāng)懸點(diǎn)開始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在靜變形結(jié)束的一瞬間，柱塞和抽油桿柱突然卸去油柱

93、重量，又發(fā)生一次振動(dòng)。就這樣，懸點(diǎn)上下循環(huán)一次，發(fā)生兩次振動(dòng)。由于井下存在各種阻力，使振動(dòng)的振幅在沖程進(jìn)行過(guò)程中逐漸變小。但是當(dāng)懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)頻率，即強(qiáng)迫振動(dòng)頻率與抽油桿柱彈性系統(tǒng)的自振頻率相同或成整倍數(shù)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使振幅越來(lái)越大，對(duì)抽油桿柱工作很不利。為了避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，必須正確的選擇懸點(diǎn)的沖程S和沖次n。</p><p>　　由于振動(dòng)載荷很復(fù)雜，到目前為止還沒(méi)有較準(zhǔn)確的經(jīng)驗(yàn)公式供參考，因此本論文中略

94、去了振動(dòng)載荷的影響，動(dòng)載荷只考慮了慣性載荷。</p><p>　?。?）摩擦力對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響</p><p>　　懸點(diǎn)載荷中摩擦力有兩部分組成：一部分是抽油桿(或接箍)和油管間、柱塞和泵筒間的半干摩擦力；另一部分是抽油桿柱和油柱間、油柱和油管間以及油流過(guò)泵游動(dòng)閥的液體摩擦力。實(shí)驗(yàn)證明：半干摩擦力不隨抽汲速度，即乘積Sn而變，因而它在泵的工作循環(huán)內(nèi)是不變的。而液體摩擦力不僅隨抽汲速度變化，

95、而且隨原油的粘度等因素變化。一般來(lái)說(shuō)，這兩種摩擦力對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響是不一樣的。在我國(guó)油田占相當(dāng)數(shù)量的直井同時(shí)是粘油井，液體摩擦力對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響極大，而半干摩擦力的影響很??；在斜井和定向井中抽油時(shí)，干摩擦力特別是抽油桿和油管間的摩擦力將達(dá)到很大的數(shù)值。由于摩擦力的作用方向和抽油桿的運(yùn)動(dòng)方向相反，所以它對(duì)上、下沖程中懸點(diǎn)載荷的影響是不同的。</p><p>　　上沖程時(shí)，抽油桿柱向上運(yùn)動(dòng)，摩擦力的作用方向向下，摩擦

96、力增加了懸點(diǎn)載荷：下沖程時(shí)，抽油桿向下運(yùn)動(dòng)，摩擦力作用方向向上，摩擦力減小了懸點(diǎn)載荷。也就是說(shuō)，摩擦力增大了懸點(diǎn)的最大載荷，減小了懸點(diǎn)的最小載荷，從而加大了載荷的變化幅度與不平衡性，同時(shí)也擴(kuò)大了示功圖的面積，這不僅給抽油機(jī)的工作帶來(lái)了不利的影響，而且使功率消耗增加。</p><p>　　4.1.4 懸點(diǎn)載荷參數(shù)計(jì)算及曲線</p><p>　　表4-2顯示了變化的懸點(diǎn)位移所對(duì)應(yīng)的上沖程懸點(diǎn)

97、載荷值。表4-3顯示了變化的懸點(diǎn)位移所對(duì)應(yīng)的下沖程懸點(diǎn)載荷值。懸點(diǎn)位移、懸點(diǎn)加速度都是隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化而變化的，其中曲柄轉(zhuǎn)角的變化間隔為；圖4-6是理論計(jì)算示功圖，其中包括靜力示功圖和考慮慣性載荷示功圖。</p><p>　　表4-2 上沖程懸點(diǎn)載荷計(jì)算數(shù)值</p><p>　　表4-3 下沖程懸點(diǎn)載荷計(jì)算數(shù)值</p><p>　　圖4-5 理論計(jì)算示功圖&l

98、t;/p><p>　　從表4-2和圖4-5可知，折梁式抽油機(jī)的最大懸點(diǎn)載荷，最小懸點(diǎn)載荷。 </p><p><b>　　平衡重計(jì)算</b></p><p>　　折梁式抽油機(jī)雖然由常規(guī)游梁抽油機(jī)衍生出來(lái)，但是在結(jié)構(gòu)上有了重大的變化，其關(guān)鍵參數(shù)——平衡重、連桿力和凈扭矩的計(jì)算都隨之變化，本文對(duì)此作了理論分析和推導(dǎo)現(xiàn)簡(jiǎn)述如下。如下圖4-6為游梁處于上下

99、死點(diǎn)位置示意圖。圖4-7為折梁式抽油機(jī)極限位置示意圖。</p><p><b>　　由圖4-6可得：</b></p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　（4-18）</b></p><p><b>　　又根據(jù)圖4-7得：</b

100、></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　圖4-6 游梁處于上、下死點(diǎn)的位置示意圖</p><p>　　圖4-7 折梁式抽油機(jī)極限位置示意圖</p><p><b>　　在△

101、OFC′中，</b></p><p><b>　　（4-21）</b></p><p><b>　　在中，</b></p><p><b>　?。?-22）</b></p><p><b>　　（4-23）</b></p><

102、;p>　　將式（4-17）、式（4-18）、式（4-19）、式（4-20）和式（4-21）代入式（4-23）整理得：</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　在中，</b></p><p><b>　?。?-25）</b></p><p&

103、gt;　　而 （4-26）</p><p>　　根據(jù)上下沖程電動(dòng)機(jī)作功相等的原則，有：</p><p><b>　?。?-27）</b></p><p><b>　　在上沖程時(shí)：</b></p><p&g

104、t;<b>　?。?-28）</b></p><p><b>　　在下沖程時(shí)：</b></p><p><b>　?。?-29）</b></p><p>　　將式（4-28）與式（4-29）代入（4-27）得：</p><p><b>　?。?-30）</b&g

105、t;</p><p>　　考慮結(jié)構(gòu)不平衡重的影響：</p><p><b>　　（4-31）</b></p><p>　　4.3 連桿力計(jì)算</p><p>　　折梁式抽油機(jī)受力示意圖如下圖4-8所示。設(shè)連桿受力為。</p><p><b>　　對(duì)O點(diǎn)取矩：</b><

106、/p><p><b>　　（4-32）</b></p><p><b>　?。?-33）</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　圖4-8 折梁式抽油機(jī)受力示意圖</p><p>　　4.4 減速箱曲柄軸扭矩計(jì)算</

107、p><p>　　如圖4-8所示，設(shè)凈扭矩為</p><p><b>　　（4-34）</b></p><p><b>　?。?-35）</b></p><p><b>　?。?）最大連桿力</b></p><p>　　最大連桿力是對(duì)連桿進(jìn)行強(qiáng)度校核或穩(wěn)定校核

108、的依據(jù)。但已知懸點(diǎn)的變化規(guī)律以后，可以利用公式（4-33）求出連桿力的變化規(guī)律，并確定一轉(zhuǎn)中的最大連桿力。由于設(shè)計(jì)中在計(jì)算連桿力上存在許多變量，如結(jié)構(gòu)不平衡B等等，并且懸點(diǎn)載荷的變化規(guī)律隨油井工況而變，究竟何種工況對(duì)連桿最不利，難以確定。實(shí)際上，最大懸點(diǎn)載荷在上沖程的任何時(shí)候都肯能發(fā)生。在求取作為設(shè)計(jì)依據(jù)用的時(shí)，由參考文獻(xiàn)[16]可知：</p><p><b>　　對(duì)于折梁式抽油機(jī)</b>&

109、lt;/p><p><b>　?。?-36）</b></p><p>　　式中：為上沖程中的偏離最遠(yuǎn)的角（連桿與游梁的夾角）。</p><p>　　折梁式抽油機(jī)跟常規(guī)抽油機(jī)類似，當(dāng)曲柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，K與R成一條直線時(shí)，角偏離最遠(yuǎn)。</p><p><b>　?。?-37）</b></p>&

110、lt;p>　　根據(jù)已知情況，可以計(jì)算，則</p><p>　　式中：---懸點(diǎn)載荷值；</p><p><b>　　---扭矩因數(shù)；</b></p><p>　　B---擺動(dòng)部件的自重折算為作用在懸點(diǎn)處得載荷。</p><p>　　4.5 折梁式抽油機(jī)和曲柄平衡抽油機(jī)曲柄凈扭矩計(jì)算結(jié)果及對(duì)比</p>

111、<p>　　為把一般的純曲柄平衡這種常規(guī)平衡方法和折梁式平衡進(jìn)行對(duì)比，本文分別對(duì)這兩種平衡方式進(jìn)行了理論計(jì)算，并其結(jié)果反映表4-3中。下表4-3為折梁式抽油機(jī)和曲柄平衡抽油機(jī)曲柄凈扭矩計(jì)算結(jié)果。為了更直觀的分析折梁式平衡的優(yōu)越性，故將折梁式平衡和純曲柄平衡凈扭矩的計(jì)算結(jié)果繪制成曲線并進(jìn)行對(duì)比。如下圖4-8所示為折梁式平衡和純曲柄平衡抽油機(jī)曲柄凈扭矩曲線對(duì)比圖。</p><p>　　表4-3 折梁式抽

112、油機(jī)和曲柄平衡抽油機(jī)曲柄凈扭矩計(jì)算結(jié)果</p><p>　　圖4-8 折梁式平衡和純曲柄平衡抽油機(jī)曲柄凈扭矩曲線對(duì)比圖</p><p>　　從表4-3和圖4-8可知，折梁式抽油機(jī)的最大凈扭矩為， 純曲柄平衡抽油機(jī)的最大凈扭矩為。相比之下，折梁式抽油機(jī)的平衡凈扭矩下降了48.9%。由此可見，折梁式抽油機(jī)的最大凈扭矩值及最大凈扭矩值與最小凈扭矩值之差明顯低于常規(guī)純曲柄的平衡方式，從而大大改善

113、了減速器的工作條件。折梁式由于平衡效果好，其凈扭矩曲線變化比較平穩(wěn)，且最大凈扭矩值很小，顯然所需電動(dòng)機(jī)的功率最小，而這正是它節(jié)能的基礎(chǔ)。從而說(shuō)明了折梁式抽油機(jī)的節(jié)能效果顯著。</p><p>　　5 折梁式抽油機(jī)的主要零部件設(shè)計(jì)</p><p>　　折梁式抽油機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)包括減速器的選擇、電動(dòng)機(jī)選擇、V 帶的選擇與設(shè)計(jì)、游梁設(shè)計(jì)與校核、中央軸承選擇與校核、曲柄銷校核和其他主要零部件

114、的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行主要零部件的設(shè)計(jì)前，須對(duì)折梁式抽油機(jī)進(jìn)行受力分析。</p><p>　　5.1 折梁式抽油機(jī)受力分析</p><p>　　圖5-1 折梁式抽油機(jī)游梁平衡受力示意圖</p><p>　　折梁式抽油機(jī)游梁平衡受力示意圖如圖5-1。設(shè)支架與游梁聯(lián)接處受力為、。</p><p><b>　　（5-1）</b>&

115、lt;/p><p><b>　　（5-2）</b></p><p>　　設(shè)曲柄銷受力為，沿曲柄方向受力為，垂直曲柄方向?yàn)?lt;/p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　?。?/p>

116、5-6）</b></p><p>　　式中：為連桿（P）與曲柄（R）的夾角。</p><p><b>　　減速器的選擇</b></p><p>　　5.2.1 減速器曲柄軸的最大允許扭矩的計(jì)算及減速器的選定</p><p>　　曲柄軸的最大允許扭矩與懸點(diǎn)載荷、懸點(diǎn)最大沖程長(zhǎng)度以及懸點(diǎn)的最大沖程次數(shù)有著一定的

117、關(guān)系。特別是和懸點(diǎn)最大沖程長(zhǎng)度成正比。懸點(diǎn)沖程長(zhǎng)度越大，曲柄軸上的最大允許扭矩就越大。曲柄軸的最大允許扭矩也確定了減速箱的尺寸和重量。</p><p>　　根據(jù)減速器曲柄軸的最大允許扭矩，抽油機(jī)可分為：</p><p><b>　　小扭矩：</b></p><p><b>　　中等扭矩：</b></p>&l

118、t;p><b>　　大扭矩：</b></p><p><b>　　超大扭矩：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用勒瑪柴諾夫經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算減速器曲柄軸上的最大允許扭矩。在分析抽油機(jī)使用的大量統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上得知：絕大數(shù)情況下，減速器曲柄軸的最大扭矩值和懸點(diǎn)的峰值載荷是同時(shí)產(chǎn)生的，因此得出下列經(jīng)驗(yàn)公式：</p><p&g

119、t;<b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　得</b></p><p>　　式中：S為懸點(diǎn)沖程長(zhǎng)度，；</p><p><b>　　為曲柄最大扭矩，；</b></p><p>　　為懸點(diǎn)的最大載荷，N；</p><p>　　為懸點(diǎn)的最

120、小載荷，N。</p><p>　　根據(jù)減速器曲柄軸最大扭矩，選玉門石油管理局機(jī)器廠生產(chǎn)的雙圓弧齒輪減速器，查《采油技術(shù)手冊(cè)》可知基本參數(shù)如下：</p><p>　　型號(hào)：JLH-500 額定扭矩：6.5 大皮帶輪直徑：650mm</p><p>　　中心距：600mm 總傳動(dòng)比：31.73 質(zhì)量：795kg<

121、;/p><p>　　齒數(shù)：：18 ：102 : 20 :112</p><p>　　模數(shù)：：3.0 ：3.0 : 4.0 : 4.0</p><p>　　5.2.2 減速器的潤(rùn)滑與密封</p><p>　　由于所選擇的減速器用于抽油機(jī)系統(tǒng)中，其工作條件惡劣，并且，減速器報(bào)廢的十分之一是由于潤(rùn)滑和冷卻不良造