【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)方案及基本原理 圖 11 液壓抽油機(jī)原理圖 該液壓抽油機(jī)采用常規(guī) 的游梁式，由液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓缸繼而經(jīng)游梁帶動(dòng)驢頭上下移動(dòng)，從而完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 液壓抽油機(jī)主要由液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)組成。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要用于驅(qū)動(dòng)抽油桿，帶動(dòng)抽油油泵作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；平衡系統(tǒng)主要用于控制和調(diào)節(jié)工作行程換向和抽油桿住運(yùn)動(dòng)的平衡，是電機(jī)的負(fù)載均勻，達(dá)到節(jié)省能源的目的。平衡方式有啟動(dòng)平衡、機(jī)械平衡、兩井互相平衡和用油管柱平衡等 4種 8 2 液壓抽油機(jī)總體尺寸的確定 設(shè)計(jì)的該液壓抽油機(jī)選擇第二種硬接方式，其特點(diǎn)是油缸與游梁連接點(diǎn)的上下倆極限位置 A,B與油缸上下支點(diǎn) 2O 在一條直線上。顯然，此時(shí) ACB弧的弦長(zhǎng) AB即是油缸的行程 S,當(dāng)油缸的最大旋轉(zhuǎn)角度 m? 固定時(shí)（一般為一個(gè)弧度）， S只與旋轉(zhuǎn)半徑 r有關(guān)，與其他參數(shù)無(wú)關(guān)。此時(shí)的 S既是第一種硬連接方式的油缸行程的極限值。 公式推導(dǎo) 幾何關(guān)系公式 圖 21 第二種硬連接方式的幾何關(guān)系圖 2 mmb 2 r s in 0 . 1 2 2 4 r ( 5 7 . 2 9 5 8 )4?? ? ? ? 1r r b 77 r? ? ? 101tg a / r??? 9 221S a r?? 10? ?? ?? 22 1l r S 2 rS c o s? ? ? ? 2 2 213 S r lc o s 2Sl? ???? 2 3 1? ?? ?? 行程計(jì)算公式 mS * 2 r si n( / 2) 885 r? ? ? 力矩計(jì)算公式 L 0 2F / F 1 / si n? ? ? ? i i 1( ) / 2?? ? ? ?? 單位功計(jì)算公式 nL Lii1PP???? Li i iPS? ?? ? * i i 1 mS (l l )r?? ? ? ? 油缸最大擺角公式 1m btg a??? ? 方案計(jì)算 此方案的計(jì)算參照?qǐng)D 2其計(jì)算步驟如下： 10 分別計(jì)算 10b,r,? 和 S。 由集合關(guān)系公式得 b ( m m )? ? ? 1r 814 .5 99. 71 714 .79 ( m m )? ? ? 1o0 tg 47 80 / 71 4. 79 81 .4 95?? ? ? 22S 4 7 8 0 7 1 4 .7 9 4 8 3 3 .4 8 ( m m )? ? ? 分別計(jì)算 13,l,??和 2? 2 2 2 2 1l 8 1 4 .5 4 8 3 3 .4 8 2 8 1 4 .5 4 8 3 3 .4 8 c o s? ? ? ? ? ? c os? ? ? o1 ? ? ?? 2 3 1? ?? ?? 計(jì)算 i? 及 i? 。 由力矩計(jì)算公式計(jì)算 計(jì)算單位功 計(jì)算 *S? * i i 1S ( L L ) / 8 1 4 .5?? ?? 計(jì)算 LiP? ； 20Lii1P P 0 . 0 2 8 8 0 . 0 5 4 2 0 . 0 5 2 2 0 . 0 2 8 7 1 . 0 0 0 4?? ? ? ? ? ? ? ? ?? 可見(jiàn)功率未受損。 11 計(jì)算油缸行程 計(jì)算 *S *S ( m m )? ? ? ? 計(jì)算油缸最大擺角 m?? 由式得出油缸最大擺角 11m tg b / a tg 9 9 .7 1 / 4 5 8 0 1 .3 2 6 9??? ? ? ? ? 將 l f( )??和 i? 二曲線一并畫(huà)入圖 22中。 圖 22 第二種硬連接方式的特性曲線 3 運(yùn)動(dòng)分析 原理闡述 由該液壓抽油機(jī)的原理圖可知：驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決與液壓缸中活塞的12 運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因?yàn)閺慕Y(jié)構(gòu)上看，倆者之間的關(guān)系是正比例關(guān)系，因此，研究驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與研究活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是一致的。 圖 31 液壓抽油機(jī)的原理圖 液壓缸中活塞運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 在設(shè)計(jì)中，活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律除在上下沖程開(kāi)始和結(jié)束時(shí)是勻加速運(yùn)動(dòng)，在上下沖程交替時(shí)，有一短暫的靜止時(shí)間，其他時(shí)間內(nèi)均為勻速運(yùn)動(dòng)。 其正半周期的函數(shù)表示為： 2m2 2 2 11t m 2 1 2 1m2 2 1 2120 0 t tv( t t ) t t t ttv v t t t T / 2 t tv( t T / 2 _ t ) T / 2 t t T / 2 tt0 T / 2 t t T / 2????? ? ? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ???? ? ?? 式中： mv 為最大速度， 1t 為加速時(shí)間， 2t 為半停止時(shí)間， T為沖程周期。 13 由于抽油機(jī)沖次為 6次 /min；故活塞運(yùn)動(dòng)的周期為： T 60/6? =10s 設(shè)計(jì)活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速時(shí)間為： t ? 上下死點(diǎn)位置停頓時(shí)間各為： 22t 1s? 故半周期內(nèi)活塞勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間為： 3 2 1t T / 2 2 t 2 t? ? ? =511 =3s 則： *21 m 3S at v t??? m1v at? ? 而活塞的沖程長(zhǎng)度為： S S / 4? ?? ? .7809m? 所以可得活塞的加速度為： 21 1 3Sa t t t??? 3? ?? ? 活塞的最大速度為： m1v at? ? ?? ? 14 所以可得液壓缸活塞桿速度的特性曲線圖如下： 圖 32 工作液壓缸活塞桿的速度特性曲線 驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性分析 驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于液壓缸中活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從結(jié)構(gòu)上看，兩者之間的關(guān)系是正比例關(guān)系。因此，研究驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與研究活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是一致的。 所以驢頭懸點(diǎn)速度規(guī)律其半周期函數(shù)表達(dá)式為： 2m2 2 1 11t m 1 1 2 1m2 2 1 2120 0 t tv( t t ) t t t ttv v t t t T / 2 t tv( t T / 2 t ) T / 2 t t t T / 2 tt0 T / 2 t t T / 2????? ? ? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? 式中： mv 為最大速度， 1t 為加速時(shí)間 ， 2t 為半停止時(shí)間， T為沖程周期。 將上式積分一次，得到驢頭懸點(diǎn)位移 時(shí)間函數(shù)為： 15 ? ?? ?m22m 2 2 1 2t m 1 1 2 12m 2 2 1 2m2S 0 t tS t t 1 t t t t2TS S t t t t t T / 2 t t4S t T / 2 t 1 T / 2 t t t T / 2 t2S T / 2 t t T / 2? ? ???????? ? ? ? ???? ???? ??? ? ? ? ? ? ?? ?????? ???? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?????? ? ? ?? 式中： mS 為最大位移，積分常數(shù)由初始位置確定。 將速度半周期函數(shù)微分一次，的驢頭懸點(diǎn)加速度 時(shí)間函數(shù)為： 2m 2 1 2t 1 1 2 1m 2 1 220 0 t ta t t t tS 0 t t t T / 2 t ta T / 2 t t t T / 2 t0 T / 2 t t T / 2???? ? ? ???? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? 式中： m m 1a v / t? ， 為最大加速度。 YCYJ 836 型液壓抽油機(jī)基本參數(shù)為懸點(diǎn)最大載荷為 80KN，沖程長(zhǎng)度3m，沖刺 6 1min? 。 由于驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)關(guān)系是正比例關(guān)系，因此： 驢頭懸點(diǎn)最大位移為： m SSS r??? 3 ?? = 懸點(diǎn)最大加速度為： 2ma / s? 懸點(diǎn)最大速度為： mv / s? 16 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度分析 圖 33 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)位移曲線 17 圖 34 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的位移特性圖 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)加速度曲 線 圖 35 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度特性 18 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和液壓元件的選擇 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 圖 41 液壓系統(tǒng)原理圖 該液壓原理圖為全狀態(tài)調(diào)控式液壓抽油機(jī)的液壓系統(tǒng)。它是包括一套油泵組合，既有電機(jī) 29手動(dòng)變量軸向柱塞泵 粗油濾 31 和單向閥 26 等 4 部分組成。高壓油依次經(jīng)過(guò)精油濾 3電液換向閥 1兩個(gè)液控單向閥 17 和 17A，分別與油缸 12 的中間兩腔管路 12， 15 相通。油缸 12 上腔 13A 由管路 13 分別經(jīng)過(guò)高壓截止閥 40， 41， 42 和 43與蓄能器 油源 B 點(diǎn)和油箱相通， 其中 40， 41 兩閥通徑為 40mm，而 42 和 43的通徑為 16mm。電接點(diǎn)壓力 45 的兩個(gè)電接點(diǎn) Kg 和 Kd分別感受油路負(fù)載壓力。它可將點(diǎn)信號(hào)送至電路控制中心加以判斷和處理后，才能發(fā)出停機(jī)與否命令。電磁溢流閥 23 做安全閥適用，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 25起調(diào)節(jié)作用。此外，二位三通電磁換向閥 1蓄能器 22 和單向閥 27組成液控單向閥 17 與 17A 的控制回路。顯然，液控單向閥 17 與 17A的啟閉只與換向閥 19的電路通斷有關(guān)，與泵源有無(wú)壓力無(wú)關(guān)。因?yàn)樾钅芷?22 經(jīng)常保持有足夠的壓力與流量，顯然，此時(shí)液控單向閥變成了電控單向閥。此外，由蓄能 器 2溢流閥 24 與單向閥 28組成系統(tǒng)的補(bǔ)油回路 45， 46， 47，分別表示油源壓力、蓄能器 20 的瞬時(shí)壓力與補(bǔ)油回路 48的充放壓力。 19 全狀態(tài)調(diào)控式液壓抽油機(jī)包括九個(gè)回路， 分別為： ； ； ； ； ； 0r 0r ； ； ； 。 液壓元件的設(shè)計(jì)和選擇 液壓缸的設(shè)計(jì) 油缸的主要參數(shù)為行程 S*，活塞桿半徑 R和中間腔桿半徑 0r 等四個(gè)參數(shù)，其中 S*由抽油機(jī)最大行程 S 和前后驢頭力臂來(lái)決定。其中力臂比為 4： 1，故 S* S/4? ；活塞桿半徑 r 取決于懸點(diǎn)最大載荷 MF ,在 4 MF 拉力作用下，根據(jù)拉伸強(qiáng)度可算出 r；缸半徑 R 與中間桿徑 0r 分別與蓄能器平均壓力 CPp 和負(fù)載壓力平均值 L0p 有關(guān)。 一般 CPp 選取范圍為 1420MPa 為宜，過(guò)高蓄能器壽命降低，過(guò)低會(huì)增大油缸尺寸和蓄能器容量 。 L0p 選取范圍也應(yīng)在 1420MPa