【正文】 效形式是鋼接頭疲勞斷裂和碳纖維抽油桿端部連接部位失效，其次是由于碳纖維抽油桿受壓應(yīng)力引起失效。上述條件在實際中是難于保證的，而閉環(huán)調(diào)節(jié)算法對控制對象的一些軟參數(shù)要求不高，實際調(diào)節(jié)效果好因此，調(diào)平控制系統(tǒng)采用閉環(huán)調(diào)節(jié)方法。傳送鏈移動便位移即在能動托板離固定托板最遠時兩側(cè)鏈條的距離。如結(jié)構(gòu)圖所示。碳纖維桿v= (–) m/s鏈輪轉(zhuǎn)速v= () r/min4號齒輪n1=n4=() r/min3號齒輪n2=n3=() r/min其中液壓馬達與2號主動齒輪轉(zhuǎn)速相同，則n0=n2=() r/min 扭矩T入=T出 T入–輸入轉(zhuǎn)矩，即液壓馬達轉(zhuǎn)矩 T出–輸出轉(zhuǎn)矩，即2號輪轉(zhuǎn)矩。根據(jù)《機械零件手冊》表95，參考基本額定動載荷比、極限轉(zhuǎn)速比，選取角接觸球軸承7218C。當中心線與水平線的夾角大于600時常設(shè)張緊裝置。工作過程中，汽車內(nèi)燃機為動力源，為液壓馬達、液壓缸等液壓執(zhí)行件提供動力支持。起升（下放）作業(yè)車時桿柱受力狀況改善，桿柱纏繞盤負載扭矩大幅度降低，作業(yè)過程自動化程度高、速度快。圖1–8 起升及纏繞單元原理圖在碳纖維桿起升時，首先主液壓缸將右側(cè)鏈條邊的導軌推向左側(cè)導軌并將碳纖維桿夾緊在固定于鏈條上的夾持塊之間，接著小液壓缸驅(qū)動右側(cè)的張緊輪將右側(cè)傳動鏈張緊，而后主液壓馬達帶動主動小齒輪轉(zhuǎn)動，主動小齒輪同時帶動左邊的驅(qū)動大齒輪和右邊的小齒輪（過輪）轉(zhuǎn)動，而右邊的小齒輪轉(zhuǎn)動帶動右邊的驅(qū)動大齒輪轉(zhuǎn)動，左右兩個驅(qū)動大齒輪分別帶動自身同一軸上的鏈輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)兩掛傳動鏈的同步反向傳動，從而帶動碳纖維桿上提，纏繞盤在另一小液壓馬達的驅(qū)動下帶動纏繞盤實現(xiàn)碳纖維桿的小拉力纏繞，完成碳纖維桿在纏繞盤上的收放。本設(shè)計是對用于起下作業(yè)的碳纖維桿作業(yè)車上的夾持裝置進行設(shè)計。6）抽油桿起下作業(yè)速度快，減輕作業(yè)工人的勞動強度。1–轉(zhuǎn)軸；2–支撐環(huán)；3–滾筒；4–碳纖維桿圖1–1 纏繞在滾筒上的碳纖維抽油桿1–碳纖維；2–玻璃纖維布；3–芳綸纖維布或玻璃纖維布圖1–2 碳纖維桿截面碳纖維桿兩端部的連接結(jié)構(gòu)見圖1–3，其兩表面上各貼一條用碳纖維復合材料做的加強帶，并打3個螺釘孔。 碳纖維桿的國內(nèi)發(fā)展我國在20世紀90年代開始研制，引進碳纖維連續(xù)抽油桿。碳纖維連續(xù)抽油桿采用一種新型材料，在我國采油系統(tǒng)的應(yīng)用獲得了初步的成功，尤其在這一技術(shù)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，顯示出了其大面積推廣的巨大經(jīng)濟價值。碳纖維桿采油系統(tǒng)在我國油田的應(yīng)用獲得了初步的成功，尤其是產(chǎn)品性能和節(jié)能效果，均超過了國外的技術(shù)水平，顯示出其大面積推廣的巨大經(jīng)濟價值。碳纖維抽油桿的彈性模量E=105MPa，利用混合抽油桿柱設(shè)計軟件，優(yōu)化設(shè)計抽油系統(tǒng)，可實現(xiàn)超沖程，增加原油產(chǎn)量。 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車的發(fā)展及特點 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車的發(fā)展情況碳纖維桿作為一種優(yōu)良的材料，可以用于連續(xù)抽油作業(yè)，也可以用于起下作業(yè)，其在油田中的應(yīng)用與相應(yīng)的設(shè)備配套可獲得不同的用途。光桿起升單元主要承擔光桿和加重桿的起下作業(yè)工作，其構(gòu)成圖見圖1–6所示，它主要由絞車、游車天車、井架、鋼絲繩、絞車驅(qū)動液馬達、井架起降液壓缸等構(gòu)成。鏈條的外側(cè)嵌裝油管卡瓦。其工作原理如下（見上圖）：在碳素桿起升時，首先主液壓缸將右側(cè)鏈條邊的導軌推向左側(cè)導軌并將碳素桿加緊固定于鏈條上的夾持塊之間，接著小液壓缸驅(qū)動右側(cè)的張緊輪將右側(cè)傳動鏈張緊而后主液壓馬達帶動主動小齒輪轉(zhuǎn)動，主動小齒輪同時帶動左邊的驅(qū)動大齒輪和右邊的小齒輪（過輪）轉(zhuǎn)動，而右邊的小齒輪轉(zhuǎn)動帶動右邊的驅(qū)動大齒輪轉(zhuǎn)動，左右兩個驅(qū)動大齒輪分別帶動自身同一軸上的鏈輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)兩掛傳動鏈的同步反向傳動，從而帶動碳素桿上提，纏繞盤在另一小液壓馬達的驅(qū)動下帶動纏繞盤實現(xiàn)碳素桿的小拉力纏繞，完成碳素桿在纏繞盤上的收放。③ 初定中心距由《機械設(shè)計》第八版P177得知若中心距不受其他條件限制，一般取a0=30p~50p.最大值可取80P，有張緊裝置或托板時，可大于80P。 尺寸計算由于2號主動輪兩側(cè)與兩個齒輪嚙合，故2號輪扭矩加倍。各值計算如下： 按彎扭合成應(yīng)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。其與中部通過六角頭螺栓連接，螺栓規(guī)格GB/T 5783 M516。整體支架見上面的原理圖。由于四點支撐的工作平臺是一剛性結(jié)構(gòu)，其平衡處于靜不定狀態(tài)，多點調(diào)節(jié)時每個撐腿的位移、速度均不相同，4條撐腿的運動相互制約，具體控制算法難以實現(xiàn)，而且由于每個撐腿的受力不一致而容易發(fā)生伺服電動機過載。因此，碳纖維抽油桿在我國有廣闊的應(yīng)用前景。3) 夾緊液壓缸比張緊液壓缸尺寸略大，夾緊液壓缸必須提供足夠的夾緊力夾緊碳纖維桿，張緊液壓缸主要滿足在夾持塊夾緊碳纖維桿時進行張緊即可。在采用碳纖維桿裝置的各種工作設(shè)備上采用該裝置進行起下是很經(jīng)濟的，相對傳統(tǒng)的起下裝置耗能低，工作效率高。圖4–4 作業(yè)車自動調(diào)平控制系統(tǒng)流程圖計算機循環(huán)讀取傾角傳感器各數(shù)據(jù)通道測量值，由軟件判斷出最高支撐點后，保持最高點不動，按照一定的算法，可分別進行X軸和Y軸方向的調(diào)節(jié)，計算機指令經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和放大處理后控制電液比例閥的開度，進而控制相應(yīng)支撐腿的動作，控制低位點向高位點趨近，直至作業(yè)車調(diào)節(jié)水平度滿足終止條件：水平算子時（為設(shè)定精度值），調(diào)平結(jié)束。圖4–1 自動調(diào)平系統(tǒng)構(gòu)成四點支撐工作平臺的X軸、Y軸是根據(jù)水平傾角傳感器的安裝位置確定工作平臺面上互相垂直的2個軸。在安裝零部件的地方先焊接好一定規(guī)格的鋼板，再在鋼板上用螺栓連接，固定液壓缸、鏈輪等重要零部件。將鏈輪布置成上下對稱結(jié)構(gòu)，受力分析如圖3–10。 求軸上載荷軸承類型為根據(jù)《機械零件手冊》表95，參考基本額定動載荷比、極限轉(zhuǎn)速比，選取角接觸球軸承7218C。由《機械設(shè)計》 表10–1選擇3齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為260HBS， 4齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，兩者硬度差為20HBS，開式齒輪傳動主要為磨損失效，選擇z2=z3=19，取傳動比為3，則z1=z4=319=57。Q 為鏈條拉力 f1 為碳纖維桿對夾持裝置的靜摩擦，即工作載荷的一半30kN加上碳纖維桿的自重，規(guī)格35mm，f2 為托板對夾持快托架滾感動軸承的滾動摩擦，取鋼–鋼滾動摩擦因數(shù)fm2=，則f2=fm2Fn=200=1kN，取工作時一側(cè)夾持塊數(shù)目為8，則有16個滾動軸承月托板接觸，則f2=161=16kN圖3–3 夾持塊整體受力分析 鏈條設(shè)計① 選型根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，采用三排鏈結(jié)構(gòu)，兩側(cè)鏈條與鏈輪嚙合進行傳動，中間鏈去除套筒，用來固定夾持塊支架。為適應(yīng)流動作業(yè)，采用汽車內(nèi)燃機作為動力源，提供一套液壓系統(tǒng)，工作機選擇液壓馬達和液壓缸。它是碳纖維桿作業(yè)車的關(guān)鍵設(shè)備，直接影響到整個作業(yè)車的性能。通過導向器將桿對準油管。但是，碳纖維桿也存在了許多缺點：1）碳纖維抽油桿的兩端部與鋼接頭連接部位的疲勞強度較低，是薄弱環(huán)節(jié)。約為鋼抽油桿的五分之一。2003年李穎等人介紹了碳纖維桿在勝利油田勝利采油廠的試驗情況，使用表明碳纖維桿能帶來明顯的節(jié)能效果，同時油井產(chǎn)量還有明顯增加的現(xiàn)象，碳纖維桿有很好的應(yīng)用前景。我國三抽(抽油機、抽油桿和抽油泵)井的井數(shù)占生產(chǎn)油井總數(shù)的80%，其原油產(chǎn)量占全國原油總產(chǎn)量的70%。2000年開始，顧雪林和楊小平等進行了碳纖維桿的制造和作業(yè)工藝及裝備的研究，已制備出耐溫等級分別為90、120和150℃的碳纖維桿，其中耐溫等級為90℃的桿已正常生產(chǎn)并投入現(xiàn)場使用。其結(jié)構(gòu)與玻璃鋼抽油桿–鋼抽油桿的混合抽油桿柱相似，其區(qū)別僅在于混合抽油桿柱相當于由兩種密度和彈性系數(shù)不同的彈簧組成，區(qū)別僅是這兩個系統(tǒng)的總剛度和總密度不同。根據(jù)碳纖維抽油桿的特性，碳纖維連續(xù)抽油桿適合于深井、超深井、腐蝕井、超載井和高含水井。吊桿安裝在卡車上，鋼絲繩繞過滑輪延伸到絞盤上。設(shè)備對井場環(huán)境的適應(yīng)性強，易損件少，便于維修，兼顧桿的運輸和作業(yè)兩項功能，減少設(shè)備投資，持續(xù)作業(yè)時間長，為碳纖維桿在國內(nèi)油井大面積推廣應(yīng)用提供高效、可靠的作業(yè)配套設(shè)備，填補了國內(nèi)空白。如圖21所示，對齒輪依次編號。可見碳纖維桿的起下是靠摩擦力實現(xiàn)的。為了防止工作人員無疑中碰到鏈傳動裝置中的運動部件而受到傷害，應(yīng)該用防護罩將其封閉，還可以將鏈輪傳動與塵土隔離，以維持正常潤滑狀態(tài)。由d=90mm，b1=145mm，查《機械設(shè)計》表6–1選鍵2514，L=110mm，強度條件為p=T–傳遞轉(zhuǎn)矩，k–接觸高度，k==7mml–工作長度，平頭平鍵l=L=110mmd–軸直徑，90mm代入得p=＞[p]擠壓強度不夠，采用雙鍵，相隔1800布置，其工作長度l=125mmp=137MPa＜[p](合適) 鍵標記為 鍵B2514 GB/T 1096–1979，此處取軸的直徑尺寸公差為k6④圓角及倒角尺寸 參考《機械設(shè)計》P365表15–2，軸端倒角2mm，軸肩圓角半徑2mm。由于工作時托板與滾動軸承幾乎不分離，最大傳送鏈移動邊位移理解為液壓缸的行程即s=。為保證軸承外圈在支架上的安裝要求，支架上的圓孔需要較高的同軸度，可在加工時一次鏜出兩個孔。計算機通過軟件實現(xiàn)對各被監(jiān)測對象數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理分析、故障報警等操作，檢測過程中的所有信息均顯示在工作臺的屏幕上，并可將測量值的實時數(shù)據(jù)進行存儲回放，繪出相關(guān)數(shù)據(jù)曲線，實現(xiàn)計算機控制操作智能化、自動化。將水平傳感器按圖42所示方向安置于工作平臺上，傳感器輸出含有X軸和Y軸信號，它們是與水平角度成線性關(guān)系的模擬直流電壓信號。碳纖維抽油桿與常規(guī)抽油桿相比，具備許多優(yōu)良特性，但碳纖維材料本身價格很高，這就大大阻礙了其在油田中的應(yīng)用。5）夾緊缸力的傳遞路徑為：夾緊缸–能動托板–滾動軸承–夾持塊支架–夾持塊–碳纖維桿。1991年5月至1995年11月美國在33口抽油井中使用了碳纖維抽油桿，平均泵掛深度為1444m，%，井底的平均溫度為4217℃，%。根據(jù)系統(tǒng)實際情況，可以考慮2種調(diào)平算法：1開環(huán)調(diào)節(jié)，即計算出工作低邊與高邊的垂直高度差，直接控制低邊撐腿上升或高邊下降到這一高度；2閉環(huán)調(diào)節(jié)，在低邊撐腿上升過程中不斷地測量工作臺的傾角，且不斷調(diào)整，當工作臺的傾角符合調(diào)平要求時，撐腿停止運動，調(diào)平過程結(jié)束。裝置在導軌上的移動采用液壓動力源，由作業(yè)車上的液壓系統(tǒng)提供，來實現(xiàn)導軌橫向和縱向的位移。圖3–13 夾持塊支架中圖3–14 夾持塊支架底底部與中部通過開槽頭螺釘連