【文章內(nèi)容簡介】 步開發(fā)，各種新型節(jié)能抽油機將會得到廣泛地推廣和應(yīng)用。 石油抽油機適應(yīng)各種類型油井抽汲的需要。為了適應(yīng)垂直井 ,斜井 ,定向井 ,叢式井 ,水平井抽汲的需要 ,研制了斜井抽油機 ,叢式井抽油機 ,雙驢頭抽油機 ,雙井平衡抽油機 ,緊湊型石油抽油機等 .結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、操作簡便、容易安裝等優(yōu)點，深受用戶歡迎，目前在用的抽油機中擁有最大的市場占有率。 因此低能耗，低消耗，低成本，效率高的抽油機是抽油機發(fā)展方向的最終結(jié)果，也是廣大設(shè)計者的畢生追求。 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 6 第 2章 常規(guī)游梁式抽油機傳動方案設(shè)計 常見抽油機即 游梁式抽油機 是油田廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)抽油設(shè)備，通常由普通交流異步電動機直接拖動。其曲柄帶以配重平衡塊帶動抽油桿，驅(qū)動井下抽油泵做固定周期的上下往復(fù)運動，把井下的油送到地面。在一個 沖次 內(nèi)，隨著抽油桿的上升 /下降，而使電機工作在電動 /發(fā)電狀態(tài)。上升過程電機從 電網(wǎng)吸收能量電動運行；下降過程電機的負(fù)載性質(zhì)為位勢負(fù)載，加之井下負(fù)壓等使電動機處于發(fā)電狀態(tài)，把機械能量轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)。 繪制系統(tǒng)的機構(gòu)（運動）簡圖 圖 21 機構(gòu)簡圖 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 7 第 3章 曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)計 設(shè)計參數(shù)分析與確定 表 31 設(shè)計參數(shù) 上沖程的時間 下沖程的時間 沖程 S(m) 沖次 n(次 /min) 懸點載荷 P（ kN） 8T/15 7T/15 8 P1=20， P2=5 抽油桿上沖程時間為 8T/15，下沖程時間為 7T/15。 （ 1） 極位夾角：利用公式 21180180 ttK ?????? ?? 則可推得極位夾角 ??12? （ 2） 假設(shè)橫梁的前后臂長相等 S=L3ψ （ 3） 最小傳動角要求： ?07min ?? 按 K 設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu) 設(shè)計原理 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 8 需要假設(shè)橫梁半段 3l ，擺角 ? 和行程速度變化系數(shù) K 設(shè)計的實質(zhì)是確定鉸鏈中心 A 點的位置定出其他三桿的尺寸 1l 、 2l 和 4l 。 設(shè)計步驟如下： 1) 由已知的行程速度變化系數(shù) K ，計算出極位夾角 ? 。 2) 任意選擇固定鉸鏈中心 D 的位置，由搖桿長度 3l 和擺角 ? ，做出搖桿的兩個極限位置 DC1 和 DC2 。 3) 連接 1C 和 2C ，并作 MC1 垂直于 21CC 。 4) 作 ???? 021 90NCC ， NC2 與 MC1 相較于 P 點，由圖可見 ??? 21PCC ， 5) 作 21CPC? 的外接圓，在此圓周上任取一點 A 作為曲柄的固定鉸鏈中心，連接1AC 和 2AC ，因為同一圓弧的圓周角相等，故 ????? 2121 PCCACC 6) 因極限位置處曲柄與連桿共線，故 122121 , llACllAC ???? 從而的曲柄長度? ? 2/122 ACACl ?? ，連桿長度由圖得 4lAD? 圖 31 四桿機構(gòu)設(shè)計示意圖 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 9 桿的選取 ： 在 ?? ???? 5745 ， 內(nèi)取ψ、 3l ，計算 1l 、 2l 、 4l ，得曲柄搖桿機構(gòu)各構(gòu)件尺寸（ mm） 表 32 曲柄搖桿機構(gòu)各構(gòu)件尺寸 曲柄搖桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析 滿足有曲柄條件 最短桿與最長桿長度之和小于其余兩桿長度之和，機構(gòu)中存在整轉(zhuǎn)副。 所選取的五組均滿足 滿足傳動角條件 傳動角在下死點位置大于 70 度。 在 CAD 中繪圖，測得了各組下死點位置傳動角分別為 75176。、 81176。、 77176。、 79176。、81176。，均滿足 L1 L2 L3 L4 γ ? 1 904 2950 2021 3852 75176。 57176。 2 2021 4859 81176。 3 935 2590 2387 3771 77176。 48176。 4 950 2850 2600 4200 79176。 46176。 5 850 3250 2600 4600 81176。 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 10 滿足 a 最小條件 利用 Matlab 軟件進(jìn)行編程計算和畫圖 ,求各組的加速度 ： 圖 32 第 1組運行結(jié)果 圖 33 第 2組運行結(jié)果 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 11 圖 34 第 3組運行結(jié)果 圖 35 第 4組運行結(jié)果 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 12 圖 36 第 5組運行結(jié)果 根據(jù)數(shù)據(jù)分析圖可以進(jìn)行選擇利用四桿機構(gòu)加速度最小原理，即波峰波谷差絕對值最小，所選四桿機構(gòu)的尺寸為 l1=850。l2=3l3=2600。l4=4600. 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 13 第 4章 傳動系統(tǒng)運動和動力參數(shù)分析計算 傳動比分配和電動機選擇 圖 41 扭矩 T計算圖 計算位置：曲柄在下死點位置順時針偏轉(zhuǎn) 10 度左右處 ? ? ，0?FMD ? 0s ins in 2313 ?? ?? FlPl ? ? ，0?FMA ? 0sin 31 ?? ?FlT ? T=?m 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 14 為了計算電動機的所需功率 dP ，需要確定從電動機到工作機之間的總效率，根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計》 表 22 可查得 V帶效率 1? 為 ,滾動軸承效率 2? 為，閉式齒輪傳動效率 3? 為 ，則傳動裝置的總效率為 0 . 8 4 10 . 9 70 . 9 80 . 9 5 2323321 ??????? ???? 電動機所需有效功率為 9550nTPw ?? 。 其中 n=8. 所以 ?wP 。 電動機所需功率為 ?? ?wd PP，取額定功率為 3kw。 表 41根據(jù)計算結(jié)果可初選額定功率為 3kw的電動機 電機型號 額定功率 kw 同步轉(zhuǎn)速 r/min 滿載轉(zhuǎn)速 r/min 總傳動比 Y100L2 3 3000 2880 360 Y100L24 3 1500 1430 Y132S6 3 1000 960 120 Y132M8 3 750 710 根據(jù)轉(zhuǎn)速以及功率暫時選擇 Y132S6，同步轉(zhuǎn)速 1000r/min,總傳動比 120 根據(jù)總傳動比進(jìn)行傳動比的分配 取帶傳動的傳動比為 3i =4，則減速器的傳動比為 304120 ??i 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 15 減速器高速級的傳動比為 ???? ii 低速級傳動比為 ??? iii 各軸轉(zhuǎn)速計算 m i n/240496030Ⅰ rinn ??? m i n/ⅠⅡ rinn ??? m i n/2ⅡⅢ rinn ??? ? ? ???????? ??dPP ? ? Ⅰ ????????? ??PP ? ? Ⅱ ???????? ?PP ? ? ⅠⅠⅠ ???? nPT Nm ? ? ⅡⅡⅡ ???? nPT Nm ? ? ⅢⅢ ??????? nPTNm 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 16 第 5章 齒輪減速器設(shè)計計算 高速級齒輪傳動設(shè)計計算 運動和動力參數(shù)的確定： 高速級傳動：兩級直齒圓柱齒輪減速器用電動機驅(qū)動，單向運轉(zhuǎn)，載荷有中等沖擊，高速級傳動比 i=，高速軸轉(zhuǎn)速1n=240r/min，傳動功率 P=，采用軟齒面。 選擇材料及確定許用應(yīng)力 小齒輪用 40MnB 調(diào)質(zhì)，齒面硬度 241～ 286HBS 730lim1 ?H? MPa 。 6001?FE? MPa 大齒輪用 ZG35SiMn 調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 241～ 269HBS ； 6202lim ?H? MPa。 5102 ?FE? MPa 取HS= F= [1]=HimHS 11? = MPa=584MPa [2H]= MPa=496MPa [1F]=FFES1? = MPa=375MPa [2F] ? MPa= 按齒面接觸強度設(shè)計 設(shè)齒輪按 8 級精度制造，取截面載荷系數(shù) K= 齒寬系數(shù)d?= 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 17 小齒輪上的轉(zhuǎn)矩： T1=1066101nP =610 Nm=510Nm 標(biāo)準(zhǔn)齒數(shù) HZ= 取 188?EZ 中心距： 496 251 ??????? ???????d 齒數(shù)取 123 2 6 .1 4 3 2 2 0 0ZZ? ? ? ? 故實際傳動比 i= 32200 = 模數(shù) m=11Zd = mm= 齒寬 b= 1dd?? =? = 取 2b =60mm 1b =65mm 取 m=2mm 實際的 1d =Z1m=32? 2=64mm 2d =200? 2=400mm 中心 距 a= 2 21 dd ? = 240064? =232mm 驗算齒輪彎曲強度 齒形系數(shù) 1FaY = 1SaY = ? ? M P a375M P 12 5121111 ????? ??????? FSaFaF zbm YYKT ??? ? M P P 21F a 12a2a12 ???????? FSaSFFF YYY ??? 所以安全 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 18 齒輪的圓周速度 V =100060 11?nd?=60000 ??=所以選用 8 級精度適合 優(yōu)化設(shè)計 令 m =2 1F?= 所以1F?=333MPa 可求的 b= 取2b=30mm 1b=35mm 驗算齒輪彎曲強度 32230 2 51 ?? ??????F =≤ [1F?]=375MPa ????F =≤[2F?]= 所以取 b1=35mm b2=30mm 合宜 低速級齒輪傳動設(shè)計計算 運動和動力參數(shù)的確定： 常規(guī)游梁式抽油機傳動系統(tǒng)設(shè)計 19 低速級傳動：兩級直齒圓柱齒輪減速器用電動機驅(qū)動，單向運轉(zhuǎn)，載荷有中等沖擊，低速級傳動比 i=，低速軸轉(zhuǎn)速 min/ rn ? ，傳動功率 P=，采用軟齒面。 選擇材料及確定許用應(yīng)力 小齒輪用 40MnB 調(diào) 質(zhì) ， 齒 面 硬 度 241 ～ 286HBS 1limH?=730MPa 1FE? =600MPa 大齒輪用 ZG35SiMn 調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 241～ 269HBS ；2limH=620MPa 2FE=510MPa 取HS= FS= [1H?]=HimHS 11? = MPa=584MPa [2H]= MPa=496MPa [1F?]=FFES1? = MPa=375MPa [2F] ? MPa=