【正文】 （ 346） 式中： gcd? — 為起桿纏繞器允許碳纖維抽油桿與光桿的接頭通過時，起桿纏繞器單元的兩側鏈條上的夾緊壓塊之間的距離； cd — 為起桿纏繞器夾緊碳纖維抽油桿時，起桿纏繞器單元兩側鏈條上的夾緊壓塊之間的距離； 由上述分析可知：在本設計中 gcd? =45mm cd =5mm 由上式 347 知： cgc ddS ?? ?max =455=40mm=﹤ 符合設計要求。 31 由于碳纖維連續(xù)抽油桿的厚度最大為 5mm，所以當起桿纏繞器單元的夾緊壓塊牢牢地 夾緊碳纖維連續(xù)抽油桿時，光桿兩側的夾緊壓塊之間的距離最大為 5mm。因此根據(jù)這一情況，我們擬定注入器單元的最大縱向位移為 。 縱向位移 根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場所反饋來的 情況，由于作業(yè)車四周圍的條件所限（如：井口四周有障礙物或者井口四周坑洼不平），作業(yè)車車尾無法直接靠到作業(yè)井口，從而使注入器單元也無法直接靠到作業(yè)井口上。根據(jù)查閱相關資料，正常人在倒車過程中的橫向誤差可以控制在。 夾持塊支架與導軌選 用的材料為鑄碳鋼，夾持塊選用的材料碳纖維。 夾持塊支架中部整體鑄造而成，軸兩端安裝滾動軸承，用螺母固定，螺母采用六角薄螺母，規(guī)格為 GB/T M16。其基本參數(shù)如下 28 表 36 張緊液壓缸的基本參數(shù) 型號 缸徑 /mm 活塞桿直徑 /mm(速比 ) 最大行程 /mm HSG01–50/dE 50 25 400 缸體材料及固定 缸體材料選擇 45 鋼，考慮到整個裝置架子結構，采用端部法蘭連接。其基本參數(shù)如下： 表 35 夾緊液壓缸的基本參數(shù) 型號 缸徑 /mm 活塞桿直徑/mm(速比 ) 工作壓力 160Mpa 最大行程/mm HSG01–100/dE 100 50 推力 /kN 拉力 /kN 800 張緊 液壓 缸 起升作業(yè)時，靠近碳纖維桿一側鏈條為緊邊，遠離一側為松邊，考慮到齒輪組尺寸，張緊一側需用托板托起鏈條，則另一側必須有張緊裝置，否則易產(chǎn)生鏈條的堆積，導致嚙合不良 。 2T2=21000=4988N? m 則： 入T =4988N? m 液壓馬達 選擇 由寧波永聯(lián)液壓有限公司提供系列產(chǎn)品選擇 YLM16–1400，基本參數(shù)如下 表 34 液壓馬達參數(shù) 液壓缸選擇 夾緊 液壓 缸 起升時最大工作載荷 G 為 80kN，夾持塊對碳纖維桿的動力為靜摩擦力 f1，這一摩擦力是由托板壓力 Fn 引起的，而托板壓力即夾緊液壓缸的推力。因此， ca? ﹤ ? ?1?? ，滿足彎矩要求，因此軸滿足彎矩強度要求。 按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面 C）的強度。 m 總彎矩 M 2222 ????? vBhBB MMM N 則 ????? ?? 45c o s45c o s rth FFF ????? ?? 45c o s45c o s rtv FFF eF – 鏈輪圓周力， 前面已求得為 pF – 鏈輪壓軸力， 前面已求得為 結合圖 3– 6 計算如下： 水平面： 0DM?? ?????? BDRCDFADF heh 10 111. 81 337 62. 86 60 261 .19 0hR? ? ? ? ? ? 得 1 ? kN 0F?? 23 12 0h e h hF F R R? ? ? ? 1 6 5 0hR? ? ? ? 得 2 ? kN 得 mNABFM hhB ?????? 5 2 60 271 hM R C D N m? ? ? ? ? ? 垂直面： 0DM?? 1 0v p vF A D F CD R B D? ? ? ? ? ? 6 3 1 ?????? vR 得 kNRv ?? – 表示與圖示反向 0F?? 12 0v p v vF F R R? ? ? ? 27 3 vR??? =0 得 2vR = mNABFM vvB ?????? 5 mNCDRM vvc ?????? 4 4 表 33 載荷列表 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 R 1 ? kN 2 ? kN kNRv ?? 2vR = 最大彎矩 M hBM =由圖可知 C截面力矩最大 ，為危險截面。 ? p= 32 7482 108 147 100??=99MPa≤ [? p] (合適 ) 鍵標記為 鍵 B281 6 GB/T 1096–1979 鍵材料選擇 45 鋼，查《機械設計》表 6– 2 許用擠壓應力 [? p]=(120~150)MPa，考慮到工作情況，取 [? p]=130MPa。 主動鏈輪 軸結構設計 ①裝配方案圖 圖 36 主動鏈輪軸裝配圖 ② 軸向定位 21 軸肩均取 25mm，兩端采用軸承端蓋固定。 72 2 hN = 60 n j L = 60 47 .6 4 2 ( 4 30 0 10 ) = 6. 86 10? ? ? ? ? ? ? ? ? (321） N1= 23N =107 由《機械設計》圖 10–18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=， KFN2= 取安全系數(shù) S=，則彎曲疲勞許用應力 ? ?1F? = 11FN FEK S? = ? ?2F? = 22FN FEK S? =310MPa (322） 齒高比 初選 d1=d3=540mm， d2=180mm 齒輪線速度均相等，則 18 v= 2236010dn??=（ 323） 齒寬 b= 2d d?? =1180=180mm （ 324） 模數(shù) m2= 22dz = （ 325） 齒高 h=== （ 326） bh = 載荷系數(shù) K= A V F FK K K K?? （ 327） AK – 使用系數(shù)，查《機械設計》表 10–2 取 ； VK – 動載系數(shù)， v=， 8級精度，查 《機械設計》 圖 10–8 取 ； FK? – 齒間載荷分配系數(shù)，直齒取 1； FK? – 齒向載荷分配系數(shù)，查《機械設計》圖 10–13 取 ； 代入得 K=1= 齒形系數(shù) 表 32 齒形系數(shù) z( vz ) 19（ z1） 57(z2) FaY SaY 比較選擇系數(shù) 1 號大齒輪： ? ?111Fa saFYY? = ? = （ 328） 2 號主動小齒輪： ? ?222Fa saFYY? = ? = (329) ＞ ，故選擇大齒輪值。 齒輪組為開式傳動，按理應該根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準則進行計算，但對齒面抗磨損能力的計算方法 迄今尚不夠完善，故對開式齒輪傳動目前僅以保證齒根彎曲疲勞強度作為設計準則。 張緊的方法很多，結合本裝置的特點采用張緊輪裝置進行張緊。優(yōu)先選用的鏈輪齒數(shù)系列為 17， 19， 21， 23， 25， 38， 57， 76， 95，114，鏈速為 ～ ， 綜合考慮結合《機械設計計算手冊》表 836，初取鏈輪齒數(shù) z=17。為了保證足夠大的摩擦力，必須提供足夠大的正壓力，用液壓缸來提供壓力完全可以滿足工作要求。 鏈傳動設計 夾持塊整體結構受力分析 夾持塊固定在 支架上，支架固定在三排鏈中間鏈的銷軸上，鏈的轉動帶動夾持塊的運動。 起下單元功率傳遞路線：液壓馬達 – 齒輪組 – 鏈輪、鏈條 – 夾持塊 – 碳纖維桿；夾緊單 元功率傳遞路線：液壓缸 – 托板 – 滾動軸承、夾持塊支架、夾持塊 – 碳纖維桿。通過此方案實現(xiàn)兩主動鏈輪的同步平穩(wěn)運轉。 本設計采用單邊夾緊方式，其中左側為能動端，右側為固定端。在下面的設計計算中，取極限情況（即長度為 600m、直徑為Φ 25mm）進行計算。更主要的是每一付夾緊壓塊少用一個油缸，整個注入器將減少 4 個油缸 (包括張緊機構 )，可降注入器制造成本。 2） 夾緊機構在夾緊油管時需較大的力，松開時力很小。 夾緊方案對比分析 常用的典型方案 起桿纏繞器夾緊機構的設計 ：由起桿纏繞器的工作原理可知，夾緊機構的功能是提供足夠的夾緊力以保證抽油桿夾持塊可以可靠的夾緊抽油桿。 此種方案采用一臺液壓馬達通過中間裝置實現(xiàn)夾持裝置中兩個主動鏈輪同時向相反方向的轉動，從而實現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過程。 動力方案對比 方案一如圖 21 所示，采用兩臺旋轉方向相反的液壓馬達驅(qū)動 此種方案需要兩臺液壓馬達，工作時，兩臺旋轉方向相反的液壓馬達驅(qū)動兩個主鏈輪同時向相反的方向轉動，從而實現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過程。 9 2 碳纖維桿作業(yè)車 夾持裝置方案對比分析 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車起下夾持裝置是整個作業(yè)車系統(tǒng)的一部分，下面對齒輪組傳動機構方案、動力方案和夾緊方案進行對比分析，從中選擇最佳方案。 7. 截面積小 僅為鋼制抽油桿的 1/5, 從而大大減小了抽油桿服役過程中的上下沖程阻力。而碳纖維復合連續(xù)抽油桿是柔性的，在偏斜的油井中，與油管呈線性接觸，增大了接觸面積，延長了油管的使用壽命；另外在偏磨井段安裝了碳纖維扶正器，其耐磨、耐溫、耐腐方面均超過尼龍扶正器，保證了碳纖維扶正器及抽油桿有較長的使用壽命。經(jīng)過 710 次載荷循環(huán)后碳纖維抽油桿的剩余強度為原來強度的 60% ，而鋼抽油桿和玻璃鋼抽油桿的剩余強度分別為原來各自強度的 40%和 20%。同等條件下可降低抽油機規(guī)格，減少設備投資。 圖 19 CFRPC 抽油桿的端部連接結構 7 1CFRPC 抽油桿； 2加強帶； 3螺釘； 4鋼接頭 碳纖維抽油桿的技術特點碳纖維連續(xù)抽油桿是一 種帶狀矩形截面的抽油桿，其主要增強相是碳纖維，樹脂是基體 ,經(jīng)過拉擠成型，具有強度高、重量輕、抗疲勞性能好、耐腐蝕等優(yōu)點，與普通抽油桿相比，碳纖維連續(xù)桿具有優(yōu)越的技術優(yōu)勢 ??4 。基體為乙烯樹脂，采用拉擠工藝生產(chǎn)。 實驗結果表明：碳纖維連續(xù)抽油桿是一種很有發(fā)展前途的特種抽油桿。 我國從 1999 年開始研制碳纖維抽油桿，現(xiàn)有四個制造廠：勝利石油管理局工程機械總廠、龍口博德復合材料有 限公司、山東東辰集團碳纖維科技開發(fā)公司和嘉興中寶碳纖維有限責任公司。碳素桿起升單元主要承擔碳素桿的起下作業(yè)工作；液壓控制單元主要為碳素桿起升單元、光桿起升單元、纏繞盤單元提供液壓動力并承擔上述三個單元的控制工作；測控單元完成主要作業(yè)參數(shù) (下泵深度、懸重、工作液溫度、壓力等 )的測試功能。尤其在這一技術中的產(chǎn)品性能、節(jié)能效果，與國外的專用作業(yè)車比較有一定的優(yōu)勢 ??14 ，顯示出了其大面積推廣的巨大經(jīng)濟價值。勝利石油管理局工程機械總廠根據(jù)該廠第一代碳纖維抽油桿作業(yè)設備的不足，研制了第二代全液壓、智能控制作業(yè)設備。 2021 年長慶石油勘探局井下處從美國引進的一套連續(xù)油管作業(yè)車于同年 5 月 3 日正式投入靖邊氣田施工，作業(yè)深度 4500 m,主要用于抽吸，氣舉、沖砂、排液等施工，這套設備的引進，不但對提高生產(chǎn)時效起到不可低估的作用，還大大減輕了員工勞動強度。 1972 年，我國引進了第一臺波恩公司生產(chǎn)的連續(xù)油管作業(yè)車。 2 圖 11 車裝式連續(xù)油管作業(yè)機 圖 12 拖車式連續(xù)油管作業(yè)機 圖 13 橇裝式連續(xù)油管作業(yè)機 3 圖 14 拖車帶吊車式連續(xù)油管作業(yè)機 圖 15 拖車帶井架式連續(xù)油管作業(yè)機 美國 Hydra Rig 公司研制的復合型 CTU，除了配備常規(guī) CTU 外，還裝備有鉆臺、天車、井架、游車、液壓大鉗等，注入頭、導向器與控制室置于鉆臺上， 采用自動控制技術、傳感技術和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對整套裝備實施全面監(jiān)控，具有自動司鉆功能。前 2 種用于陸上，后者主要用于海洋。 I 目 錄 1 緒論 .....................................................................................