【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(shí)際中是難于保證的，而閉環(huán)調(diào)節(jié)算法對(duì)控制對(duì)象的一些軟參數(shù)要求不高，實(shí)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(dòng)便位移即在能動(dòng)托板離固定托板最遠(yuǎn)時(shí)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(hào)齒輪n1=n4=() r/min3號(hào)齒輪n2=n3=() r/min其中液壓馬達(dá)與2號(hào)主動(dòng)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(dá)轉(zhuǎn)矩 T出–輸出轉(zhuǎn)矩，即2號(hào)輪轉(zhuǎn)矩。根據(jù)《機(jī)械零件手冊(cè)》表95，參考基本額定動(dòng)載荷比、極限轉(zhuǎn)速比，選取角接觸球軸承7218C。當(dāng)中心線與水平線的夾角大于600時(shí)常設(shè)張緊裝置。工作過(guò)程中，汽車內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力源，為液壓馬達(dá)、液壓缸等液壓執(zhí)行件提供動(dòng)力支持。起升（下放）作業(yè)車時(shí)桿柱受力狀況改善，桿柱纏繞盤負(fù)載扭矩大幅度降低，作業(yè)過(guò)程自動(dòng)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(shí)，首先主液壓缸將右側(cè)鏈條邊的導(dǎo)軌推向左側(cè)導(dǎo)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(dòng)右側(cè)的張緊輪將右側(cè)傳動(dòng)鏈張緊，而后主液壓馬達(dá)帶動(dòng)主動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)小齒輪同時(shí)帶動(dòng)左邊的驅(qū)動(dòng)大齒輪和右邊的小齒輪（過(guò)輪）轉(zhuǎn)動(dòng)，而右邊的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)右邊的驅(qū)動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)大齒輪分別帶動(dòng)自身同一軸上的鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩掛傳動(dòng)鏈的同步反向傳動(dòng)，從而帶動(dòng)碳纖維桿上提，纏繞盤在另一小液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)纏繞盤實(shí)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(jì)是對(duì)用于起下作業(yè)的碳纖維桿作業(yè)車上的夾持裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。6）抽油桿起下作業(yè)速度快，減輕作業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(fù)合材料做的加強(qiáng)帶，并打3個(gè)螺釘孔。 碳纖維桿的國(guó)內(nèi)發(fā)展我國(guó)在20世紀(jì)90年代開始研制，引進(jìn)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(guó)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(guó)外的專用作業(yè)車比較有一定的優(yōu)勢(shì)，顯示出了其大面積推廣的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。碳纖維桿采油系統(tǒng)在我國(guó)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(guò)了國(guó)外的技術(shù)水平，顯示出其大面積推廣的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)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(jì)軟件，優(yōu)化設(shè)計(jì)抽油系統(tǒng)，可實(shí)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(diǎn) 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(dān)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(dòng)液馬達(dá)、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(shí)，首先主液壓缸將右側(cè)鏈條邊的導(dǎo)軌推向左側(cè)導(dǎo)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(dòng)右側(cè)的張緊輪將右側(cè)傳動(dòng)鏈張緊而后主液壓馬達(dá)帶動(dòng)主動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)小齒輪同時(shí)帶動(dòng)左邊的驅(qū)動(dòng)大齒輪和右邊的小齒輪（過(guò)輪）轉(zhuǎn)動(dòng)，而右邊的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)右邊的驅(qū)動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)大齒輪分別帶動(dòng)自身同一軸上的鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩掛傳動(dòng)鏈的同步反向傳動(dòng)，從而帶動(dòng)碳素桿上提，纏繞盤在另一小液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)纏繞盤實(shí)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(jī)械設(shè)計(jì)》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(shí)，可大于80P。 尺寸計(jì)算由于2號(hào)主動(dòng)輪兩側(cè)與兩個(gè)齒輪嚙合，故2號(hào)輪扭矩加倍。各值計(jì)算如下： 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。其與中部通過(guò)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(diǎn)支撐的工作平臺(tái)是一剛性結(jié)構(gòu)，其平衡處于靜不定狀態(tài)，多點(diǎn)調(diào)節(jié)時(shí)每個(gè)撐腿的位移、速度均不相同，4條撐腿的運(yùn)動(dòng)相互制約，具體控制算法難以實(shí)現(xiàn)，而且由于每個(gè)撐腿的受力不一致而容易發(fā)生伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)載。因此，碳纖維抽油桿在我國(guó)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(shí)進(jìn)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(jìn)行起下是很經(jīng)濟(jì)的，相對(duì)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(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)流程圖計(jì)算機(jī)循環(huán)讀取傾角傳感器各數(shù)據(jù)通道測(cè)量值，由軟件判斷出最高支撐點(diǎn)后，保持最高點(diǎn)不動(dòng)，按照一定的算法，可分別進(jìn)行X軸和Y軸方向的調(diào)節(jié)，計(jì)算機(jī)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(jìn)而控制相應(yīng)支撐腿的動(dòng)作，控制低位點(diǎn)向高位點(diǎn)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(shí)（為設(shè)定精度值），調(diào)平結(jié)束。圖4–1 自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)構(gòu)成四點(diǎn)支撐工作平臺(tái)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(tái)面上互相垂直的2個(gè)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(duì)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(jī)械零件手冊(cè)》表95，參考基本額定動(dòng)載荷比、極限轉(zhuǎn)速比，選取角接觸球軸承7218C。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 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(dòng)主要為磨損失效，選擇z2=z3=19，取傳動(dòng)比為3，則z1=z4=319=57。Q 為鏈條拉力 f1 為碳纖維桿對(duì)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(duì)夾持快托架滾感動(dòng)軸承的滾動(dòng)摩擦，取鋼–鋼滾動(dòng)摩擦因數(shù)fm2=，則f2=fm2Fn=200=1kN，取工作時(shí)一側(cè)夾持塊數(shù)目為8，則有16個(gè)滾動(dòng)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(jì)① 選型根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用三排鏈結(jié)構(gòu)，兩側(cè)鏈條與鏈輪嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，中間鏈去除套筒，用來(lái)固定夾持塊支架。為適應(yīng)流動(dòng)作業(yè)，采用汽車內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，提供一套液壓系統(tǒng)，工作機(jī)選擇液壓馬達(dá)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(gè)作業(yè)車的性能。通過(guò)導(dǎo)向器將桿對(duì)準(zhǔn)油管。但是，碳纖維桿也存在了許多缺點(diǎn)：1）碳纖維抽油桿的兩端部與鋼接頭連接部位的疲勞強(qiáng)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(yàn)情況，使用表明碳纖維桿能帶來(lái)明顯的節(jié)能效果，同時(shí)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(guó)三抽(抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵)井的井?dāng)?shù)占生產(chǎn)油井總數(shù)的80%，其原油產(chǎn)量占全國(guó)原油總產(chǎn)量的70%。2000年開始，顧雪林和楊小平等進(jìn)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(jí)分別為90、120和150℃的碳纖維桿，其中耐溫等級(jí)為90℃的桿已正常生產(chǎn)并投入現(xiàn)場(chǎng)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(dāng)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(gè)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(guò)滑輪延伸到絞盤上。設(shè)備對(duì)井場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，易損件少，便于維修，兼顧桿的運(yùn)輸和作業(yè)兩項(xiàng)功能，減少設(shè)備投資，持續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，為碳纖維桿在國(guó)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(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。如圖21所示，對(duì)齒輪依次編號(hào)。可見碳纖維桿的起下是靠摩擦力實(shí)現(xiàn)的。為了防止工作人員無(wú)疑中碰到鏈傳動(dòng)裝置中的運(yùn)動(dòng)部件而受到傷害，應(yīng)該用防護(hù)罩將其封閉，還可以將鏈輪傳動(dòng)與塵土隔離，以維持正常潤(rùn)滑狀態(tài)。由d=90mm，b1=145mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6–1選鍵2514，L=110mm，強(qiáng)度條件為p=T–傳遞轉(zhuǎn)矩，k–接觸高度，k==7mml–工作長(zhǎng)度，平頭平鍵l=L=110mmd–軸直徑，90mm代入得p=＞[p]擠壓強(qiáng)度不夠，采用雙鍵，相隔1800布置，其工作長(zhǎng)度l=125mmp=137MPa＜[p](合適) 鍵標(biāo)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(jī)械設(shè)計(jì)》P365表15–2，軸端倒角2mm，軸肩圓角半徑2mm。由于工作時(shí)托板與滾動(dòng)軸承幾乎不分離，最大傳送鏈移動(dòng)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(shí)一次鏜出兩個(gè)孔。計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)各被監(jiān)測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理分析、故障報(bào)警等操作，檢測(cè)過(guò)程中的所有信息均顯示在工作臺(tái)的屏幕上，并可將測(cè)量值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)回放，繪出相關(guān)數(shù)據(jù)曲線，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制操作智能化、自動(dòng)化。將水平傳感器按圖42所示方向安置于工作平臺(tái)上，傳感器輸出含有X軸和Y軸信號(hào)，它們是與水平角度成線性關(guān)系的模擬直流電壓信號(hào)。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(jià)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(dòng)托板–滾動(dòng)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(guó)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(shí)際情況，可以考慮2種調(diào)平算法：1開環(huán)調(diào)節(jié)，即計(jì)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(guò)程中不斷地測(cè)量工作臺(tái)的傾角，且不斷調(diào)整，當(dāng)工作臺(tái)的傾角符合調(diào)平要求時(shí)，撐腿停止運(yùn)動(dòng)，調(diào)平過(guò)程結(jié)束。裝置在導(dǎo)軌上的移動(dòng)采用液壓動(dòng)力源，由作業(yè)車上的液壓系統(tǒng)提供，來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)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(guò)開槽頭螺釘連