【正文】 =3(–)=(–)r/min按每年工作300天計(jì)算，工作壽命10年算N1==107由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10–19，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(yīng)力====276MPa 試算小齒輪分度圓直徑由《機(jī)械設(shè)計(jì)》109a可知可=~取=由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P201圖106得知，取彈性影響系數(shù)= 齒寬 b===模數(shù) m2==齒高 h==== 載荷系數(shù) K= ）–使用系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10––動(dòng)載系數(shù)，v=，8級(jí)精度，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10––齒間載荷分配系數(shù)，直齒取1–齒向載荷分配系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10–代入得K=1= 齒形系數(shù)z()19（z1）57(z2) 比較選擇系數(shù)大齒輪： ==小齒輪： ==＞，故選擇大齒輪值。由于采用開(kāi)始結(jié)構(gòu)，選用直齒圓柱齒輪，8級(jí)精度。結(jié)合本裝置的特點(diǎn)采用張緊輪張緊。由于小鏈輪的輪齒的嚙合次數(shù)比大齒 輪多，所承受的沖擊也較大，所以小鏈輪應(yīng)該采用較好的材料制造，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9–5選擇45鋼。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P259得Zmin=9+=9+= 綜合考慮，結(jié)合齒數(shù)系列表的優(yōu)先齒數(shù)選用17設(shè)計(jì)中去鏈輪的傳動(dòng)比為1，則各鏈輪參數(shù)相同。夾持塊受力分析如圖3–3。夾持塊頂在碳纖維桿上，工作時(shí)靠靜摩擦力保持相對(duì)靜止。起下作業(yè)時(shí)首先夾緊液壓缸柱塞桿伸長(zhǎng)，推動(dòng)托板，使夾持塊前移，頂住碳纖維桿，直至達(dá)到一定壓力，保持定位不變。夾持裝置結(jié)構(gòu)圖31所示：圖31 夾持裝置結(jié)構(gòu)圖1—小齒輪 2—大齒輪 3—張緊油缸4—張緊鏈輪 5—非金屬夾塊 6—鏈條7—主動(dòng)鏈輪 8—夾緊油缸 9—夾緊導(dǎo)軌10—碳纖維連續(xù)抽油桿 夾持裝置的工作原理本次設(shè)計(jì)的碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車(chē)的起下夾持裝置實(shí)際上就是碳素桿的起升及纏繞單元。圖2–1 齒輪組方案一假設(shè)鏈輪工作扭矩T，則 ， ，表2–1 方案一齒輪扭矩值號(hào)碼扭矩1T22T/33T/34T 動(dòng)力方案常用的動(dòng)力為電動(dòng)機(jī)，該起下夾持裝置安裝在作業(yè)車(chē)上，作業(yè)車(chē)常在野外工作，為其提供電源不方便，若用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電則成本較高，且效率不高。下面對(duì)齒輪組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案和動(dòng)力方案進(jìn)行對(duì)比分析，從中選擇最佳方案。為保證鏈條的正常工作，采用張緊液壓缸調(diào)節(jié)張緊鏈輪，使鏈條完全張緊。上部?jī)膳_(tái)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鏈條。起升（下放）載荷能力更大，起升下放作業(yè)時(shí)桿柱受力狀況改善，桿柱纏繞盤(pán)負(fù)載扭矩大幅降低，作業(yè)過(guò)程自動(dòng)化程度高、速度快。針對(duì)纏繞盤(pán)驅(qū)動(dòng)扭矩過(guò)大的問(wèn)題，將碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車(chē)的起下夾持系統(tǒng)設(shè)計(jì)成全液壓形式，將碳纖維桿起下桿裝置由纏繞式驅(qū)動(dòng)改為夾緊摩擦式驅(qū)動(dòng)的形式，不僅解決了纏繞盤(pán)驅(qū)動(dòng)扭矩過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)大大改善了碳纖維桿在起下過(guò)程中的受力狀態(tài)，其主要特點(diǎn)是：起升（下放）載荷能力大。圖1–7 測(cè)控單元構(gòu)成圖測(cè)控單元承擔(dān)主要作業(yè)參數(shù)的測(cè)試功能，包括桿柱下放深度、懸重、車(chē)體平衡、工作液溫度、壓力等，同時(shí)對(duì)安放扶正器的位置、游車(chē)與天車(chē)的相對(duì)位置進(jìn)行控制，確保作業(yè)的正常與安全（圖1–7）。作業(yè)車(chē)全套設(shè)備的基本參數(shù)如下：作業(yè)車(chē)選用車(chē)型：SX2190H/66；碳纖維抽油桿最大容量：2500m；最大起升重量：60kN；最大起升速度：12m/min；最大起下泵深度：4000m；起升檔數(shù)：無(wú)級(jí)變速；起升繩系：23；井架型式與有效高度：塔型，11m；分動(dòng)箱輸出功率：70kW+30kW。調(diào)節(jié)卡車(chē)的位置，尾部對(duì)準(zhǔn)井口，將千斤頂頂起，使卡車(chē)定位。1–滾筒；2–導(dǎo)向器；3–碳纖維桿；4–載車(chē)；5–馬達(dá)；6–減速器；7–鏈條；8–吊桿；9–鋼絲繩；10–卡瓦；11–千斤頂圖1–4 采用碳纖維桿的油井作業(yè)設(shè)備滾筒支承在滾筒支架的軸承座上，滾筒支架固定在車(chē)身上。勝利石油管理局工程機(jī)械總廠與西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院聯(lián)合研制出了一種的全液壓智能作業(yè)車(chē)。4）價(jià)格較貴。總之，連續(xù)抽油桿有著普通抽油桿無(wú)法比擬的優(yōu)越性，能夠較好地解決普通抽油桿無(wú)法解決的問(wèn)題，將逐漸替代普通抽油桿，特別對(duì)于解決斜井、深井、腐蝕井及低滲透井等有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，具有廣泛的發(fā)展前途。7）擴(kuò)大了有桿泵抽油系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。碳纖維抽油桿的中間沒(méi)有接箍，減少了接箍引起的失效和活塞效應(yīng)。2）彈性好，優(yōu)化設(shè)計(jì)混合抽油桿柱，可以增加原油產(chǎn)量。與常規(guī)抽油桿相比，碳纖維桿具有良好的綜合性能，優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：1）密度小，可以降低光桿載荷和減速器的扭矩，節(jié)電。將碳纖維抽油桿的端部插入鋼接頭的槽中，用3個(gè)螺釘固定。增強(qiáng)材料：心部為碳纖維；上下表面覆蓋玻璃纖維布，以提高碳纖維抽油桿的橫向強(qiáng)度；左右兩側(cè)面和棱角覆蓋芳綸纖維布或玻璃纖維布，以提高抽油桿的耐磨性能。碳纖維桿在勝利、大港、中原等油田的使用總數(shù)已接近50口油井。2001年吳則中等人詳細(xì)介紹了美國(guó)碳纖維桿碳纖維的研究、生產(chǎn)、油田應(yīng)用等情況，指出：碳纖維抽油桿適用于高含水油井、深井、超深井和腐蝕井的原油開(kāi)采，目前我國(guó)有抽油井約8萬(wàn)口，原油平均含水80%以上，泵掛深度2000m以深的井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)的15%以上，腐蝕井的井?dāng)?shù)也占總井?dāng)?shù)15%以上，因此，碳纖維抽油桿在我國(guó)有廣闊的應(yīng)用前景。2000年陳厚等介紹了以環(huán)氧樹(shù)脂作為樹(shù)脂基體，以碳纖維作為增強(qiáng)材料，采用拉擠成型工藝生產(chǎn)樹(shù)脂基碳纖維桿，并分析和討論了該連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題。其中有1口井正常運(yùn)行了4a，另1口含H2S的井正常運(yùn)行了3a。因此，普通鋼質(zhì)抽油桿不能滿(mǎn)足深井、超深井、腐蝕井等特殊油井原油開(kāi)采的需要，成為有桿泵抽油系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)[1]。目 錄1 緒論 1 碳纖維桿的發(fā)展情況 1 碳纖維桿的國(guó)外發(fā)展 1 碳纖維桿的國(guó)內(nèi)發(fā)展 1 碳纖維桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車(chē)的發(fā)展及特點(diǎn) 4 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車(chē)的發(fā)展情況 4 碳纖維桿作業(yè)車(chē)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 52 碳纖維桿作業(yè)車(chē)夾持裝置方案對(duì)比分析 9 齒輪組方案對(duì)比 9 動(dòng)力方案對(duì)比 103 碳纖維桿作業(yè)車(chē)夾持裝置設(shè)計(jì)分析 11 夾持裝置的工作原理 11 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 12 夾持塊整體結(jié)構(gòu)受力分析 12 鏈條設(shè)計(jì) 13 鏈輪設(shè)計(jì) 14 鏈傳動(dòng)的張緊與潤(rùn)滑 16 齒輪組設(shè)計(jì) 16，精度等級(jí)，材料和齒數(shù) 16 齒輪扭矩 17 彎曲疲勞許用應(yīng)力 17 試算小齒輪分度圓直徑 18 18 載荷系數(shù) 18 齒形系數(shù) 18 比較選擇系數(shù) 19 尺寸計(jì)算 19 齒輪零件圖 19 鏈輪軸設(shè)計(jì) 20 基本參數(shù) 20 鏈輪上的力 20 初步確定軸直徑 20 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 力分析簡(jiǎn)圖 23 求軸上載荷 23 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 26 液壓馬達(dá)選擇 26 功率計(jì)算 26 轉(zhuǎn)速 26 扭矩 27 選擇 27 連接 27 液壓缸選擇 27 夾緊缸的選擇 27 張緊缸 29 缸體材料及固定 29 夾持塊支架設(shè)計(jì) 30 張緊鏈輪支架設(shè)計(jì) 32 整體架設(shè)計(jì) 32 橫向位移、縱向位移德設(shè)計(jì) 32 傳送鏈移動(dòng)邊位移設(shè)計(jì) 334 碳纖維桿作業(yè)車(chē)下放作業(yè)的平衡分析和設(shè)計(jì) 345 碳纖維桿作業(yè)車(chē)起下夾持裝置經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 376 結(jié)論 39參考文獻(xiàn) 40致謝 421 緒論抽油桿是有桿泵抽油系統(tǒng)的重要部件之一。目前國(guó)內(nèi)外使用的抽油桿主要是鋼質(zhì)普通抽油桿，它具有較高的抗疲勞強(qiáng)度、運(yùn)輸操作方便、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，但是它存在密度大，耗能高，目前只能用于泵掛深度小于3000m的油井泵徑(38mm)，不能用于超深井泵掛深度3000～4500m，組成抽油桿柱時(shí)，用接箍將抽油桿連接起來(lái)，抽油桿接頭的失效率占抽油桿總失效率的50%以上，而且由于接箍的外徑較大，減少了接箍外徑與油管內(nèi)徑之間的空間，增加了井液向地面流動(dòng)的阻力，抗腐蝕性能較差等缺點(diǎn)。1991年至1995年美國(guó)在33口抽油井中使用碳纖維桿，平均泵掛深度為1444m，%，℃。1998年前后國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制該產(chǎn)品。在乙烯基酯樹(shù)脂碳纖維拉擠復(fù)合材料方面申請(qǐng)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)利，在碳纖維桿與金屬接頭的連接方面取得了突破性進(jìn)展，在產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室疲勞實(shí)驗(yàn)和所有下井的工況試驗(yàn)中獲得100%的成功。最大下泵深度為2800m，其中碳纖維抽油桿為1850m，最長(zhǎng)的油井使用時(shí)間已超過(guò)1a。 碳纖維桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)碳纖維連續(xù)抽油桿呈帶狀，可纏繞到滾筒上（見(jiàn)圖1–1），它的橫截面為矩形（見(jiàn)圖1–2）。鋼接頭的一端符合API抽油桿規(guī)范，以便和鋼抽油桿、抽油光桿相連接；另一端開(kāi)一個(gè)槽，有3個(gè)內(nèi)螺紋孔。鋼抽油桿和加重桿的作用是使碳纖維抽油桿在工作過(guò)程中始終處于受拉應(yīng)力狀態(tài)，并調(diào)整混合抽油桿柱的自振頻率，使其接近抽油機(jī)的沖數(shù)而使混合抽油桿柱發(fā)生共振，達(dá)到增加泵沖程的目的。可使抽油機(jī)的型號(hào)降低1～2個(gè)規(guī)格，減少設(shè)備投資。4）降低了抽油桿的失效頻率和活塞效應(yīng)?；旌铣橛蜅U柱的起下作業(yè)速度約比鋼抽油桿柱快60%。與其他抽油桿相比，使用碳纖維抽油桿的投資最少。3）不能承受壓應(yīng)力，耐磨性能較差。碳纖維桿作業(yè)車(chē)是裝備了碳纖維桿及相關(guān)裝備的一種油井作業(yè)設(shè)備，該作業(yè)車(chē)可用于起下泵、修井、采油的各個(gè)作業(yè)階段。 碳纖維桿作業(yè)車(chē)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用碳纖維桿的常規(guī)油井作業(yè)設(shè)備如圖1–4所示。此鋼絲繩是用來(lái)吊裝抽油泵加重桿和光桿的。考慮到纏繞盤(pán)扭矩過(guò)大等因素，將起下裝置由纏繞式驅(qū)動(dòng)改為夾緊摩擦式驅(qū)動(dòng)，作業(yè)車(chē)示意圖[5]如下：1–作業(yè)車(chē)單元；2–纏繞盤(pán)單元；3–光桿起升單元；4–碳纖維桿起升單元；5–液壓控制單元；6–測(cè)控單元圖1–5 作業(yè)車(chē)構(gòu)成示意圖作業(yè)車(chē)單元1主要給車(chē)上的作業(yè)設(shè)備提供原動(dòng)力并承擔(dān)全套作業(yè)設(shè)備的運(yùn)輸工作；纏繞盤(pán)單元2主要承擔(dān)碳纖維桿的纏繞工作；碳纖維桿起升單元4主要承擔(dān)碳纖維桿的起下作業(yè)工作；液壓控制單元5主要為碳纖維桿起升單元、光桿起升單元、纏