【正文】 [18] 張連山 . 國(guó)外抽油機(jī)發(fā)展趨勢(shì) [J]. 國(guó)外石油機(jī)械 . 1996(03)。 [11] 張建軍 , 李向齊 , 石惠寧著 . 游梁式抽油機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算石油工業(yè)出版社 [M]. 。 [3] 劉鴻文 .材料力學(xué)（上） [M].第三版，高等教育出版社， ， 378～ 399。由于此次設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容較多，并且這是本人第一次做這樣的設(shè)計(jì)，難免會(huì)出現(xiàn)一些不妥之處。 （ 5）使用方便 VB 的編程工作輕松有趣。并進(jìn)行初步預(yù)處理得 加載并求解得變形 圖 為： 應(yīng)力圖為： 抽油機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 第 43 頁(yè) (共 50 頁(yè) ) 由以上分析圖形知 ：游梁的危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)橛瘟呵氨叟c支架相接處。 壽命計(jì)算 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，軸承壽命的計(jì)算公式為： ????????? Pf CfnL FTH 6010 6 根據(jù)此軸承的工作條件，取 310?? ， ?Tf ， ?Ff ， n=，則有： 3/106 ??????? ????HL （小時(shí)） 考慮到此軸承作低速擺動(dòng)，如果折算成圓周運(yùn)動(dòng)，則其壽命可以更長(zhǎng)，故該軸承的壽命足夠。 本連桿體的尺寸為 φ7610，其所受的最大拉力為： ； 連桿體的截面積為： 22 2( 7 6 5 6 ) 2 0 7 3 .4 54A m m?????； 連桿的拉應(yīng)力為： a x ??? AF LL? MPa 由此可 見連桿的強(qiáng)度滿足使用要求 曲柄銷強(qiáng)度校核 曲柄銷在游梁式抽油機(jī)中 是一個(gè)關(guān)鍵零件，一旦損壞斷脫，抽油機(jī)就不能工作，嚴(yán)重地影響油井生產(chǎn)，甚至?xí)l(fā)生重大的設(shè)備事故，所以需要精心設(shè)計(jì) ，并進(jìn)行校核。 橫梁的校核計(jì)算 橫梁體的結(jié)構(gòu)的主要尺寸為：總 長(zhǎng)為 2600mm ，兩連桿銷孔之間的距離為2400mm ，螺栓孔的跨度為 410 ㎜ ；連桿主體材料為 H 型鋼，規(guī)格為： 450 300，相應(yīng)的抗彎剛度為： 32550cm ，即 WN= 32550000 mm 。, , , ,L X Y RW F F F F各力大小隨 ? 變化的曲線圖 .單位牛頓 至此， 型抽油機(jī)的計(jì)算全部結(jié)束。 r曲 —— 曲柄重心，等于 ； ? —— 機(jī)構(gòu)的極 位 夾角； B —— 抽油機(jī)的機(jī)構(gòu)不平衡重，等于 5KN。 程序、數(shù)據(jù)、圖形見附錄４。而上沖程后半段，加速度向下，慣性載荷就變?yōu)橄蛏希赃@時(shí)懸點(diǎn)的總載荷應(yīng)該等于靜載荷減去慣性載荷。動(dòng)載荷是由慣性載荷和振動(dòng)載荷兩部分組成的。111111321????????????????桿油桿油桿油桿 ＋＋＝? 抽油機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) (共 50 頁(yè) ) 而靜變形 ? 的大小等于：6 6 2 2 4 ＝＝＋＝＋ 管桿 ??? ? 則上沖程時(shí)有效沖程為：???? ?SS ＝效 上死點(diǎn)（從上上沖程到下沖程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)） 它和下死點(diǎn)情況恰恰相反。油管柱縮短的大小 管? 等于： 2 2 0 0 0 5 2 3 0 07 8 1 7 8 239。PPPP ?? ，載荷增加就使抽油桿伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)的大小 桿? 等于： 桿‘油桿桿＝＝ Ef LPEfPL?? NghLFP7 8 1 7 8 2 5 02 3 0 00 0 0 6 1 )(39。 懸點(diǎn)位移速度加速度曲線321012340 50 100 150 200 250 300 350 400角度位移懸點(diǎn)位移懸點(diǎn)速度懸點(diǎn)加速度扭矩因數(shù) 圖 8 懸點(diǎn)的位移，速度， 加速度，扭矩因素隨θ變化的曲線圖 (附錄 2) 5 型抽油機(jī) 的動(dòng)力分析 有桿泵采油在運(yùn)行時(shí)，抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上作用的載荷有三類： （ 1）靜載荷，包括抽油桿自重、柱塞上部液柱形成的靜液柱載荷。對(duì)于雨多的地區(qū)，還應(yīng)當(dāng)防止電動(dòng)機(jī)淹水的現(xiàn)象產(chǎn)生，為此，本次設(shè)計(jì)將電動(dòng)機(jī)座抬高 500～ 1000 ㎜，對(duì)于少雨地區(qū)，可將電動(dòng)機(jī)座放置到與主底座對(duì)齊的位置。支架與游梁、連桿、曲柄及底座一起構(gòu)成抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)，保證抽油機(jī)的正常工作。本次設(shè)計(jì)中選用的減速箱 就是這種類型。為了調(diào)整方便及安全，在兩種曲柄上都有導(dǎo)軌及擋塊，固緊螺釘即使松開，也不會(huì)是偏心重落下。下端連桿頭和曲柄用曲柄銷子連接，在連桿銷處安有滾動(dòng)軸承。 抽油機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) (共 50 頁(yè) ) 圖 3 橫梁及連桿 橫梁的結(jié)構(gòu) 橫梁及連桿可分為兩種結(jié)構(gòu)：一種是將橫梁和連桿制造在一起，其特點(diǎn)是連接件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用在小型抽油機(jī)中，它由改變后臂長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)沖程長(zhǎng)度。我國(guó)抽油機(jī)驢頭常用的結(jié)構(gòu)型式有上翻式、側(cè)轉(zhuǎn)式及重力式三種，國(guó)外抽油機(jī)的驢頭多采用懸掛式驢頭。氣動(dòng)平衡重量輕，調(diào)整方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多用于重型長(zhǎng)抽油機(jī)。 根據(jù)懸點(diǎn)的最大沖程次數(shù) maxn 的變化范圍，可將抽油機(jī)分為以下幾種： 低沖次 ……………………… .. 1max min6 ??n 中等沖次 …………………… .. 1m a x1 m in15m in6 ?? ?? n 高沖次 ……………………… .. 1max min15 ??n 減速箱曲柄最大允許扭矩 maxM 它和上述三個(gè)基本參數(shù)間存在一定的關(guān)系，特別是和懸點(diǎn)最大沖程 maxS 長(zhǎng)度成正比。同時(shí)，曲柄軸的最大允許扭矩值 maxM 也決定了減速箱的尺寸和質(zhì)量 。為了達(dá)到這兩個(gè)指標(biāo)，對(duì)游梁式抽油機(jī)的工作能力提出了 4個(gè)基本參數(shù)。 通過對(duì) 復(fù)合型常規(guī) 游梁式抽油機(jī) 進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)其進(jìn)行各項(xiàng)分析并優(yōu)化，提高抽油效率，減少能量損耗，提高整個(gè)抽油機(jī)的性能。 抽油機(jī)在油田的開采作業(yè)中具有不可替代的作用，是構(gòu)成“三抽”即：抽油機(jī) .抽油桿和抽油泵的一部分。由于我國(guó)油田的發(fā)展特點(diǎn)（處于開發(fā)初期和中期，采用注水措施），目前，無論在生產(chǎn)井?dāng)?shù)方面還是在原油總產(chǎn)量方面，自噴法都占相當(dāng)大的比重。自噴采油法的特點(diǎn)是利用地層本身的能量來舉升原油，是最經(jīng)濟(jì)的采油方法。機(jī)械采油法又分為氣舉法和抽油泵法兩種。游梁式抽油機(jī)有以下幾部分組成：電動(dòng)機(jī)、減速箱、四連桿機(jī)構(gòu)。 游梁式抽油機(jī)是目前世界各個(gè)油田應(yīng)用最為廣泛的，它分為常規(guī)型、前置型和異相型型游梁抽油機(jī)。 國(guó)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 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。目前，實(shí)際應(yīng)用的懸點(diǎn)最大沖數(shù)西歐那個(gè) 2~4 1min? 到 20 1min? 。 根據(jù)懸點(diǎn)最大沖程 maxS 的變化范圍，可將抽油機(jī)分為以下幾種： 短沖程 ……………………… . mS 1max ? 中等沖程 …………………… . mSm 31 max ?? 游梁式 抽油機(jī)的結(jié)構(gòu) 第 5 頁(yè) (共 50 頁(yè) ) 長(zhǎng)沖程 ……………………… . mSm 63 max ?? 超長(zhǎng)沖程 …………………… . mS 6max ? 懸點(diǎn)的最大 沖程次數(shù) maxn 它表明抽油機(jī)的抽汲工況 .最大沖程次數(shù) maxn 和最大沖程長(zhǎng)度 maxS 一起 ,確定了抽油機(jī)的最大產(chǎn)量 (當(dāng)泵徑一定時(shí) )。此外，抽油機(jī)按其結(jié)構(gòu)可分為：前置式和后置式。它屬于中型、長(zhǎng)沖程、中等沖次、中等扭矩 型的抽油機(jī)。國(guó)內(nèi)在常規(guī)抽油機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，游梁的結(jié)構(gòu)只有兩種，一種是箱形結(jié)構(gòu)（用于重型抽油機(jī)），另一種 H 型結(jié)構(gòu)（用于中型或輕型抽油機(jī)），對(duì)于重型抽油機(jī)，其游梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖（ a） 所示，對(duì)于輕型或中型抽油機(jī)，其游梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖（ b） 所示，本次設(shè)計(jì)采用箱形結(jié)構(gòu)。翼形橫梁連桿彎曲與橫梁成為一體，直接與游梁連接，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接零件少，多用在輕型游梁式抽油機(jī)上。從現(xiàn)場(chǎng) 使用的情況來看，輕型抽油機(jī)使用游梁平衡，中型抽油機(jī)使用曲柄平衡，重型抽油機(jī)則使用復(fù)合。 減速箱 一般使用的減速箱多數(shù)為兩極齒輪式，傳動(dòng)比 i=25～ 40 左右，在個(gè)別情況下也有使用一級(jí)齒輪減速箱或鏈輪減速箱。剎車機(jī)構(gòu)是一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將人力傳遞給剎車裝置，并進(jìn)行必要的放大，使之符合制動(dòng)力矩的要求。底座有門型和 T 型兩種，國(guó)內(nèi)常規(guī)抽油機(jī)和部分偏置抽油機(jī)采用門型底座， 部分偏置抽油機(jī)采用 T 型底座。 軸承座 每一臺(tái)抽油機(jī)有三個(gè)軸承座，即中央軸承座、尾軸承座和曲柄銷軸承座，根據(jù)抽油機(jī)的不同型號(hào)，共有 5 種同一型號(hào)、不同規(guī)格的軸承座，具體型號(hào)見 SY/T 5795— 93《游梁式抽油機(jī)安裝尺寸、易損件配合尺寸》標(biāo)準(zhǔn)。39。而當(dāng)轉(zhuǎn)到上沖程時(shí)，游動(dòng)閥關(guān)閉，整個(gè)油柱的重力都由柱塞和抽油桿柱承擔(dān)，而油管柱上就沒有這個(gè)載荷作用。 上面所進(jìn)行的分析表明：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 效S 要比 S 小，所以 效S ＝ S? mEfLPEfLPEfLP39。 現(xiàn)在把上、下沖程懸點(diǎn)靜載荷隨懸點(diǎn)的位移變化規(guī)律利用圖形來表示。 慣性載荷對(duì)懸點(diǎn)總載荷的影響 : 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 慣上P 為： cagPmPPPPPP 桿桿慣桿慣油慣油慣桿慣慣上 ）＋＝）＋＝＋＝ 1(1( 式中 m表示油柱慣性載荷與抽油桿慣性載荷比值。因此柱塞的有效沖程長(zhǎng)度效S 就變?yōu)椋? 21 eeSS ??? ?＝效 變形量 1e 和 2e 的計(jì)算公式和 ? 相類似，所不同的是 1e 和 2e 是慣性載荷產(chǎn)生的。Pr —— 抽油桿在液體重的質(zhì)量，等于 ()r r LA L g??? ， N； 39。 作表 6,其內(nèi)容為 RYXL FFFFW , 39。 圖 13 游梁前臂外力及危險(xiǎn)截面內(nèi)力示意圖 － 圖 14 游梁彎曲應(yīng)力 圖 游梁抗彎剛度為： 333333 8603049003246 mH bhBHW N ???? ?????? 主要承載構(gòu)件的校核計(jì)算 第 35 頁(yè) (共 50 頁(yè) ) 游梁所承受的最大彎矩為： 7 2 4 1 4 3 6 56 0 7 4 6 a x ???????????? 游游 lqAM Y ? 式中 ? —— 考慮到柱塞瞬時(shí)卡住時(shí)懸點(diǎn)載荷的增加倍數(shù) , ? =。同樣，對(duì)于橫梁結(jié)構(gòu)不作穩(wěn)定性計(jì)算和疲勞計(jì)算。 尾座軸承校核 抽油機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 38 頁(yè) (共 50 頁(yè) ) 尾座軸承作低速擺動(dòng)，其擺動(dòng)范圍在 0176。 將在 ProE 中建好的曲柄銷模型直接導(dǎo)入 ansys 中。程序員不必設(shè)計(jì)程序執(zhí)行的過程順序，只要設(shè)計(jì)出當(dāng)某一事件發(fā)生時(shí)要執(zhí)行的代碼即可。 (2)提高了設(shè)計(jì)速度，縮短了抽油機(jī)的設(shè)計(jì)周期 。 在對(duì)游梁及曲柄銷建模和 ansys 分析的過程中，利用了在 ProE 中建好模型，然后導(dǎo)入 ansys 中進(jìn)行分析的方法，這期間 也遇到了導(dǎo)入模型不成功，劃分網(wǎng)格失敗等問題，通過不斷嘗試和優(yōu)化，終于取得了初步成效。 [8] 兆文清 .抽油機(jī)及其節(jié)能技術(shù) [M].北京科學(xué)技術(shù)出版 。 [14] 萬邦烈 ,. 新系列游梁式抽油機(jī) — 抽油泵裝置所用電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算公式和電動(dòng)機(jī)功率的選擇圖解 [J]. 石油礦場(chǎng)機(jī)械 , 1980(02) [15] 石臨嵩 ,張慧文 ,綦耀光 .游梁式抽油機(jī)主參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原則 [J].石油機(jī)械 .(12)。 [21] 劉建，楊本靈，綦耀光，宮善鋒 .抽油機(jī)計(jì)算機(jī)輔助模塊化設(shè)計(jì)方法探討 [J].石油礦場(chǎng)機(jī)械， 2020,2:4548。施依先柯著 . 采油機(jī)械 [M]. 石油機(jī)械出版社出版 。 [6] 蔡春源 .新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版 。知識(shí)就時(shí)在不斷的應(yīng)用中得到加強(qiáng)。 抽油機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 44 頁(yè) (共 50 頁(yè) ) 軟件 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)分析模塊 根據(jù)給定的參數(shù)來求解并動(dòng)態(tài)顯示出懸點(diǎn)的位移，速度，加速度，扭矩因數(shù)隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律曲線。在 VB 中編程者將這些對(duì)象采用搭積木的方式就可以構(gòu)建出程序，這就使程序設(shè)計(jì)變得輕松有趣。 ansys 分析 曲柄銷的 ansys 分析 在導(dǎo)致抽油機(jī)故障的原 因中 ， 曲柄銷損壞所占比例較大，所造成的后果也更為嚴(yán)重 。之間變化，承受的是非穩(wěn)定的周期變化載荷，最大值受力為 ，最小受力為 ，這樣，則有： NPPF r )2(31 m i nm a x ????? kg 由于該處安裝了兩付軸承，故，每一付軸承的受力為： NFFF rrr ???? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，單列短圓柱滾子軸承（ 42244）的基本性能參數(shù)為： Cr=668kN ， Cor=618 kN，同時(shí)，由于 Fa=0，故有： kNFYFFP rar ???? KNFYFXFP rar ???? 靜強(qiáng)度校核