【正文】 ......... 46 167。 系統(tǒng)效率的影響因素 ................................................................................................................................. 55 167。 節(jié)能技術(shù) ..................................................................................................................................................... 59 附表 .................................................................................................................................................................................. 64 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 前 言 一種液壓傳動(dòng)式石油開(kāi)采抽油機(jī)，由包括液壓泵、馬達(dá)、控制閥、管路輔件在內(nèi)的液壓元件及相關(guān)機(jī)械零件裝配組連為一個(gè)整體構(gòu)成液壓傳動(dòng)部件，該部件與底座、支架及其連接構(gòu)件裝配組合構(gòu)成的機(jī)架部分一道構(gòu)成該機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，通過(guò)其中的液壓傳動(dòng)部件中的液壓馬達(dá)傳動(dòng)輪的輪面式或者齒式或者槽式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與相對(duì)應(yīng)的一端與采油油井的抽油泵連接桿相接的帶式或者鏈?zhǔn)交蛘呃K索式柔性傳動(dòng)件相配合，構(gòu)成該機(jī)的往復(fù)工作機(jī)構(gòu)，通過(guò)由機(jī)、電、液元器件裝配組連 所構(gòu)成的工作沖程和沖次調(diào)整控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)整和控制該機(jī)往復(fù)工作機(jī)構(gòu)牽引石油油井的抽油泵按設(shè)定的沖程和沖次連續(xù)往復(fù)工作，其特征是 :通過(guò)連接底座將一種滑塊式具有變排量、變流向結(jié)構(gòu)和功能的液壓泵與相匹配的動(dòng)力電動(dòng)機(jī)裝配組合，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸端與液壓泵的轉(zhuǎn)子軸端直接或者經(jīng)由連軸構(gòu)件實(shí)現(xiàn)配合連接，工作液容箱安裝于連接底座的上部，經(jīng)由液壓控制閥、工作液過(guò)濾器、管路、附件將工作液容箱和液壓泵之間組連成液壓控制和工作回路，構(gòu)成該液壓傳動(dòng)部件的液壓動(dòng)力源部分；于一種滑塊式盤(pán)傳動(dòng)低速大扭矩液壓馬達(dá)的傳動(dòng)盤(pán)的外周直接裝配輪面制備有 與繩或者帶或者鏈?zhǔn)饺嵝詡鲃?dòng)件相對(duì)應(yīng)配合的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)輪，即構(gòu)成該部件的動(dòng)力轉(zhuǎn)換和傳動(dòng)部分；將此兩個(gè)部分安裝于裝配有升降導(dǎo)向輪、配置有用于安放由數(shù)塊配重塊疊加組合構(gòu)成的組合體托架的架體之上，通過(guò)液壓管路溝通這兩部分之間的液壓回路，即構(gòu)成該傳動(dòng)部件的完整結(jié)構(gòu)；在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，所采用的液壓泵是一個(gè)由變量、換向液壓泵與組合配流閥一體化的泵、閥組合體，其組合配流閥的具體結(jié)構(gòu)是，于泵的殼體的體內(nèi)沿殼體內(nèi)腔軸心線方向平行設(shè)置有兩閥腔，兩閥腔的中部，各有一徑向通液孔與殼體內(nèi)腔溝通，與工作液進(jìn)、回液管路相接的進(jìn)、回油口沿水 平方向、平行、并列、垂直于兩閥腔軸線的方向設(shè)置于閥腔壁的外部，兩油口的底孔分別將兩閥腔垂直交匯貫通，閥腔的內(nèi)置件的構(gòu)成及由內(nèi)向外的裝配順序依次是，由內(nèi)閥體、內(nèi)閥芯、內(nèi)壓縮彈簧、內(nèi)腔依次裝配中心閥芯和外壓縮彈簧再由限位卡環(huán)限定的中間閥體和外端部設(shè)置有液壓管路接口的外閥體構(gòu)成；該組河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 合配流閥在泵的工作過(guò)程中的配流規(guī)律是，當(dāng)一閥腔的徑向通液孔溝通的是泵的吸液工作腔，則該閥腔的內(nèi)閥芯被吸外移，開(kāi)通進(jìn)液油口與該吸液工作腔的液流通道，中間閥體連同內(nèi)腔處于關(guān)閉狀態(tài)的中心閥芯一道整體被吸內(nèi)移，開(kāi)通回液油口經(jīng)由外閥體的徑向通液 孔和外端管路接口與所連接管路之間的通道；與此同步，另一閥腔的徑向通液孔溝通的必定是泵的排液工作腔，此時(shí)該閥腔的內(nèi)閥芯關(guān)閉、中間閥體封閉外閥體的徑向通液孔，即進(jìn)、回液油口與泵工作腔的通路同時(shí)關(guān)閉，中間閥體內(nèi)腔的中心閥芯被工作液推動(dòng)外移，開(kāi)通泵的排液工作腔與外閥體外端的管路接口所連接管路之間的通路；該泵的工作液排量和流向的變換是通過(guò)其體內(nèi)變位定子零件的軸心線相對(duì)于轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸線的徑向位移量的變化實(shí)現(xiàn)的，即，徑向位移量增大，則排量增大，徑向位移量減小，則排量減小，徑向位移由轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸線的一側(cè)移動(dòng)至另一側(cè)，則該泵改變 工作液流向；變位定子的徑向位移是通過(guò)徑向相對(duì)裝配于該泵的殼體上的兩只平衡液缸的活塞桿受到控制液交替往復(fù)推動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，位移量值的確定，即泵工作排量的調(diào)定是通過(guò)調(diào)整液缸蓋上的限位螺釘限定活塞復(fù)位位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，平衡液缸的液壓動(dòng)力是由液壓系統(tǒng)中的控制回路提供的；在總體上，液壓傳動(dòng)部件的整個(gè)液壓系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)式泵控馬達(dá)容積調(diào)速及換向的液壓系統(tǒng)，由液壓動(dòng)力傳動(dòng)工作回路和液壓控制回路兩部分構(gòu)成；液壓動(dòng)力傳動(dòng)工作回路的基本構(gòu)成是，工作液自工作液容箱經(jīng)由供液管路、進(jìn)液油口、組合配流閥進(jìn)入液壓泵的工作腔加壓后，再經(jīng)由組合配流閥、液壓管路進(jìn)入液壓馬達(dá)的工作腔，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)后，再經(jīng)由液壓管路、組合配流閥、工作液回液油口、工作液回液管路、回液過(guò)濾器過(guò)濾后返回工作液容箱，完成整個(gè)工作循環(huán)；液壓控制回路的基本構(gòu)成是，于泵的端蓋上裝配有工作液壓力繼電器、手動(dòng)節(jié)流閥和二位四通電磁換向閥，端蓋的體內(nèi)設(shè)置有閥腔、裝配有梭閥芯、預(yù)制有相關(guān)通液孔道、設(shè)置有兩端和中間這三個(gè)油口構(gòu)成梭閥結(jié)構(gòu)，經(jīng)由控制管路將組合配流閥的兩只外閥體外端管路接口處分別與梭閥兩端油口接通，梭閥的中間油口經(jīng)由端蓋的體內(nèi)孔道分別與壓力繼電器的控制液接口和電磁換向閥進(jìn)液口接通，該換向閥的 兩控制液油口經(jīng)由蓋體體內(nèi)孔道、控制管路分別與徑向相對(duì)裝配于泵的殼體上的兩平衡液缸的河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 油路接口接通，該換向閥的回液口經(jīng)由端蓋體內(nèi)孔道與節(jié)流閥的一端口接通，該節(jié)流閥的另一端口經(jīng)由端蓋的體內(nèi)孔道與泵的工作泄漏液容腔接通，由此構(gòu)成本系統(tǒng)的控制回路；該控制回路在工作狀態(tài)下的適時(shí)控制狀態(tài)是，分別自液壓動(dòng)力傳動(dòng)工作回路中與液壓馬達(dá)進(jìn)、排油口相通的液壓管路引入的工作液至梭閥的兩端接口，經(jīng)梭閥調(diào)控后，由梭閥中間接口輸出壓力控制液，該控制液一路至壓力繼電器，根據(jù)該控制液的實(shí)際工作壓力相對(duì)于壓力繼電器設(shè)定的工作液壓力額定值的超、欠 狀況自動(dòng)控制動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)或者停止；該控制液另一路至電磁換向閥，當(dāng)電磁換向閥受電控?fù)Q向，則與該閥相通的兩平衡液缸中的工作液壓力狀態(tài)同時(shí)轉(zhuǎn)換，即高壓變低壓、低壓變高壓，變?yōu)楦咭簤毫ζ胶庖焊椎幕钊麠U推動(dòng)泵的變位定子向變?yōu)榈鸵簤毫顟B(tài)下的平衡液缸的方向移動(dòng)，直到變?yōu)榈鸵簤浩胶庖焊椎幕钊艿较尬宦葆數(shù)南拗仆Ｖ?，移?dòng)的速度取決于節(jié)流閥對(duì)變?yōu)榈蛪旱钠胶庖焊椎墓ぷ饕夯亓魇┬泄?jié)流強(qiáng)度的大小，當(dāng)節(jié)流強(qiáng)度大，則移動(dòng)速度小，與之相應(yīng)的是液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向的過(guò)程平滑緩慢，當(dāng)節(jié)流強(qiáng)度小，則移動(dòng)速度大，與之相應(yīng)的是液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)換 旋轉(zhuǎn)方向的過(guò)程相對(duì)迅速。 20 世紀(jì) 50 年代我國(guó)的液壓工業(yè)才開(kāi)始，液壓元件初用于鍛壓和機(jī)床設(shè)備上。 工程機(jī)械主要的配套件有動(dòng)力元件、傳動(dòng)元件、液壓元件及電器元件等。 當(dāng)前，我國(guó)的液壓件也已從低壓到高壓形成系列。主機(jī)和配套件是互相影響、互相促進(jìn)的。 在科技大爆炸的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了前 所未有的影響。 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）單位功率的重量輕，即在相同功率輸出的條件下，體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)態(tài)特性好。 （ 5）操作方便，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 （ 2）液壓油對(duì)溫度敏感，因此它的性能會(huì)隨溫度的變化而改變。 3 液壓系統(tǒng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用 ： 工程機(jī)械 —— 裝載機(jī)、推土機(jī) 、抽油機(jī) 等 。 起重運(yùn)輸機(jī)械 —— 起重機(jī)、裝卸機(jī)械等 。液壓系統(tǒng)是利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能， g 經(jīng)各種控制閥、管路和液壓執(zhí)行元件將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能，來(lái)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和會(huì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。再經(jīng)開(kāi)停閥節(jié)流閥換向閥進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞而使工作臺(tái)左右移動(dòng)。故速度是由油量決定的 ， 液壓系統(tǒng)的原理圖見(jiàn)圖 2。執(zhí)行元件是將介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量輸出裝置。它們對(duì)保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定工作具有非常重要的作用。 運(yùn)動(dòng)分析、負(fù)載分析、負(fù)載計(jì)算 繪制動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)圖 ，如圖 11（ a） 所示。 表 1 液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算 工況 計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 /N 液壓缸推力 F/N 起動(dòng) FfgF? 2 000 2 222 加速 ?F Ffd＋ Fg 1 500 1 667 快進(jìn) FfdF? 1 000 1 111 工進(jìn) F= Fw + Ffd 13 000 14 444 反向起動(dòng) F = Ffg 2 000 2 222 加速 F = Ffd + Fa 1 500 1 667 快退 F = Ffd 1 000 1 111 制動(dòng) F = Ffd－ Fa 500 556 注：液壓缸的機(jī)械效率取 ?m= 167。 液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算 無(wú)桿腔面積 mmDA 221 7 0 8 0 04/ ?? 有桿腔面積 mmdA 222 3 1 3 0 04/ ?? 167。從提高系統(tǒng)的效率考慮，選用限壓式變量葉片泵或雙聯(lián)葉片泵較好。 選擇液壓回路和液壓系統(tǒng)的合成 （ 1）調(diào)速回路的選擇 由工況圖可知，該液壓系統(tǒng)功率較小，工 作負(fù)載變化不大，故可選用節(jié)流調(diào)速方式。在快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)是，系統(tǒng)流量變化較大，故選用行程閥，使其速度換接平穩(wěn)。 液壓系統(tǒng)的合成 在選定的基本回路的基礎(chǔ)上，綜合考慮多種因素得到完整的液壓系統(tǒng)，如圖 所示。 （ 3）在電液換向閥的 出口處增設(shè)一個(gè)單向閥 13，可防止機(jī)床停止時(shí)系統(tǒng)中的油液流回油箱，引起空氣進(jìn)入系統(tǒng)影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng) 平穩(wěn)性的問(wèn)題。 選擇液壓泵和電機(jī) 167。 （ 2） 液壓泵的流量 由工況圖可知，進(jìn)入液壓缸的最大流量在快進(jìn)時(shí)，其值為 ，最小流量在快退時(shí)，其值為 L/min，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù) k=，則液壓泵最大流量為 qp= L/min= L/min 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 由于溢流閥的最小穩(wěn)定流量 為 3 L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為 L/min，所以小流量泵的流量最小應(yīng)為 L/min。此時(shí)，泵的輸出壓力應(yīng)為 = 105 Pa ，流量為 =(36+6) L/min= 42L/min 。 液壓泵選定后，液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)出流量與原定值不同，需重新計(jì)算，見(jiàn)表 5。 167。選用 L－ HM32 全損耗系統(tǒng)用油，考慮最低溫度為 15℃，右路總的局部阻力系數(shù)為 ? =。 沿程壓力損失 利用公式分別算出進(jìn)、回油壓力損失，然后相加即得到總的沿程損失。 。 167。 抽油機(jī) 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 抽油機(jī)是抽油機(jī) —深井泵抽油系統(tǒng)中的主要地面設(shè)備。 隨著抽油機(jī)制造技術(shù)的 不斷發(fā)展進(jìn)步，自 20 世紀(jì) 90 年代后，陸續(xù)開(kāi)發(fā)了不同形式的以節(jié)能為目的的抽油機(jī)，節(jié)能抽油機(jī)仍然屬于普通式游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)。前置式抽油機(jī)上沖程曲柄轉(zhuǎn)角為 195186。 抽油泵 抽油泵 是抽油機(jī) —深井泵抽油系統(tǒng)中的井下設(shè)備。按照抽油泵在油管中的固定方式分為桿式泵和管式泵。 C 級(jí)抽油桿用于輕、中型負(fù)荷的抽油機(jī)井； D 級(jí)抽油桿用于中、重負(fù)荷的抽油機(jī)井； K 級(jí)抽油桿用于輕、中負(fù)荷有腐蝕性的抽油機(jī)井。 抽油泵的工作原理 167。造成泵吸入液體的條件是泵內(nèi)河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 壓力低于沉沒(méi)壓力。 泵的理論排量 泵的工作過(guò)程由三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即：柱塞在泵內(nèi)讓出容積、井內(nèi)液體進(jìn)泵內(nèi)和從泵內(nèi)排出液體。為此了解懸點(diǎn)承受哪些載荷和怎樣計(jì)算這些載荷是十分必要的。而在上沖程中，游動(dòng)凡爾關(guān)閉，抽油桿柱不受油管內(nèi)液體浮力的影響，所以上沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的載荷是抽油桿在空氣中的重力。 )( ??? ?? 式中： Wr‘ －抽油桿在空氣中的重力， N； ρ l－液體的密度， kg/m3。 其中，Δ pi 的確定比較復(fù)雜，計(jì)算公式如下： 2203222202222 )(110729 12121 snffgvffgvP pppfi ??? ????? 式中： vf液體通過(guò)固定凡爾閥孔的流速， m/s。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 （ 4）井口回壓對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響 液流在地面管線流動(dòng)阻力所產(chǎn)生的井口回壓對(duì)懸點(diǎn)產(chǎn)生附加載荷。如果忽略抽油桿和液柱的的彈性影響，則可以認(rèn)為抽油桿和液柱的各點(diǎn)與抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)完全一致，產(chǎn)生的慣性力除與抽油桿和液柱的質(zhì)量有關(guān)外，還與懸點(diǎn)加速度的大小成正比。在一般情況下的理論計(jì)算時(shí)，忽略抽油桿柱的振動(dòng)載荷。 （ 4）液柱與油管之間的摩擦力：除與液流速度 有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。 在直井中無(wú)論稠油還是稀油，抽油桿柱與油管、柱塞與襯套之間的摩擦力數(shù)值都不大，均可忽略，但在稠油井內(nèi)，液柱摩擦引起的摩擦載荷則是不可忽略的，但對(duì)于大慶油田而言，原油的性質(zhì)不屬于稠油，因而液柱摩擦引起的摩擦 載荷可以忽略。 167。 在下泵深度及沉沒(méi)度不很大、井口回壓及沖數(shù)不甚高的稀油直井內(nèi)，在計(jì)算最大和最小載荷時(shí)，通常可以忽略 Pv、 Fu、 Fd 、 Phu、 Pi i 及液柱慣性載荷?，F(xiàn)將國(guó)內(nèi)外所用的一些比較簡(jiǎn)便的公式列在下面，供計(jì)算時(shí)參考：