【文章內容簡介】 滾筒式抽油機工作原理 滾筒式抽油機由電機滾筒，滾筒內部行星減速器 ， JZ 系列節(jié)能電磁鐵鼓式制動器 （河南省焦作市焦作制動器公司生產(chǎn)） ，導向鋼絲繩，立柱，導向輪，機架平臺，平衡配重，傳動皮帶等主要機構組成。 滾筒式抽油機的工作原理：抽油機通過電控箱控制滾筒電機的轉速和正反轉，滾筒上左右兩側的帶輪驅動傳動帶，傳動帶一頭經(jīng)過導向輪與平衡配重相連，另一頭經(jīng)由導向輪與光桿相連，由滾筒電機的正轉驅動傳動帶帶動光桿向上運動，與此同時配重一頭向下運動，相反當滾筒電機反向運動驅動傳動帶帶動平衡配重向上運動 ，同時光桿一頭向下運動。滾筒電機持續(xù)進行正反轉動，抽油光桿連續(xù)不斷做直線往復運動。最終完成抽油動作。 通過滾筒式抽油機的設計方案和工作原理，在設計繪制滾筒式抽油機裝配圖的過程中確定了其結構，其整體工作方案如圖 21所示： 滾筒式抽油機主要零件設計 抽油機名稱 額定懸點載荷 kN 最大沖程 m 沖次 min1 工作環(huán)境溫度范圍 ℃ 滾筒式抽油機 100 8 4 40℃ 40℃ 滾筒式抽油機設計 9 平衡配重及導向鋼絲繩選型 平衡配重導向鋼絲繩作用是引導平衡配重上下做直線運動，防止平衡配重左右前后來回晃動，導致傳動不平穩(wěn)，增加傳動帶的磨損，減少其使用壽命。同時， 1— 基座； 2— 控制柜； 3— 立柱； 4— 扶梯； 5— 懸繩器； 6— 傳動帶； 7— 導向輪； 8— 圍欄； 9— 制動器； 10— 滾筒電機； 11— 導向鋼絲繩； 12— 配重； 圖 21 滾筒式抽油機結構 配重往復上下運動不平穩(wěn)將導致滾筒電機的使用壽命降低。由于導向鋼絲繩主要承受平衡配重的左右前后來回晃動的慣性載荷，一般情況下其載荷較小，所以直接選型。查閱《中國機械設計大典》表 2812 鋼絲繩的主要用途推薦表 (摘自 GB/T 89181996)[5]，選?。浩н\輸機及索道牽引纜車線接觸鋼絲繩： 6 19S；直徑為 16mm 的鋼絲繩。 滾筒式抽油機設計 10 平衡配重及配重微調塊設計 滾筒式抽油機 平衡配重的作用是減少滾筒電機在抽油作業(yè)過程中的載荷差，因為在抽油過程中當滾筒電機轉動提起光桿向上運動的時負荷最大，下降過程中靠光桿自重向下運動，滾筒電機的負荷最小，增加平衡配重后，在提起光桿向上運動時平衡配重通過自身的重量抵消掉懸點載荷一部分，另一部分就靠滾筒電機來做功。當光桿向下運動時配重同樣利用自身重量抵消掉一部分載荷，這樣滾筒電機在上下做功的過程中所承受負荷平穩(wěn)，增加在抽油作業(yè)中的使用壽命。并且使用配重還降低滾筒電機能耗。 滾筒式抽油機在作業(yè)過程中，當光桿向上運動時，懸點載荷約等于抽油桿重量和抽油管內 液面以上的油柱重量之和，光桿向下運動時，懸點載荷約等于抽油桿重量，滾筒式抽油機額定懸點載荷為 100kN,下沖程懸點載荷約為上沖程的一半，為 50kN，則平衡配重重量可按公式（ 23）計算 [20]： P 配重 = 2 PP minmax ? （ 23） 上式中， Pmax為滾筒式抽油機上沖程懸點載荷， kN； Pmin為滾筒式抽油機下沖程懸點載荷， kN； 把設 計參數(shù)帶入公式（ 23）中，可得： P 配重 = 2 50100? =75kN 配重微調塊配合配重主體使用，根據(jù)計算配重理論自身重量值。通過加減配重微調塊來調節(jié)平衡配重的自身重量，從而達到理論設計值。如下圖（ 21）所示： 配重微調塊體積計算： V100=σm =7800100 = 103Kg/m3 由配重主體微調塊槽可得： L100=1m。 H100=。 由體積公式： V=L H B （ 23） 滾筒式抽油機設計 11 根據(jù)公式（ 23）可得 B： B= HLV 把相關數(shù)據(jù)帶入公式： B= HLV = 1 =； 上式中， V100為微調塊體積， m3； B為微調塊的板厚度， m； L為微調塊寬， m； H為微調塊高， m； σ 為鐵的密度， 7800Kg/m3。 圖（ 21）配重微調塊 由上式可計算的質量為 100Kg 的微調塊的體積和板厚，同理，通過計算可得 50Kg微調塊的體積和板厚和 30Kg 微調塊的體積和板厚 。其分別為： L50=1m。 H50=。 B50=。 L30=1m。 H30=。 B30=。 配重微調塊對表面的粗糙度要求不高，所以可以通過鑄造的方法加工。 平衡配重主體設計 根據(jù)額定懸點載荷，由 P 配重 = 2 50100? =75kN，可計算得配重自身質量： 滾筒式抽油機設計 12 F=mg （ 24） m=V σ （ 25） 帶入相關數(shù)據(jù)可得： m=7500Kg。 V=。 上式中， g 為重力加速度， 10kN/m； m為配重的整體質量， Kg； σ 為鐵的密度， 7800Kg/m3。 平衡配重主體如下圖（ 22）所示： 圖（ 22）配重主體 滾筒電機選型 滾筒電機是抽油機的 核心零件，是整個機器的動力置，在選型過程中必須考慮到電機的能耗問題，電機購買成本問題，工作效率問題，滾筒電機的動力參數(shù)和設計要求參數(shù)的匹配問題及使用壽命等等。所以，選擇合適的滾筒電機對滾筒式抽油機的設計尤為重要。 根據(jù)設計參數(shù)， L 沖程 =8。 C 沖次 =4。 P 懸點載荷 =100kN。 M 載荷 =F 載荷 R 電機外徑 （ 25） 帶入相關數(shù)據(jù)： M 載荷 =F 載荷 R=（ 10075） = 上式中， M 載荷 為滾 筒電機扭矩， ； 滾筒式抽油機設計 13 F 載荷 為懸點載荷與配重的自重差， kN； R 滾筒外徑 為滾筒電機外徑， 600mm。 P 滾筒電機 = 60 2LC)( iFF ? (26) P 電機 = 60 2LC)( iFF ? = 60 284)75100 kNkN ?（ = 上式中， P 滾筒電機為滾筒電機功率， kW； F 為懸點載荷， kN。 Fi 為平衡配重自重， kN； 計算傳動皮帶帶速及電機轉速 根據(jù)給定的設計參數(shù)，可得： V 帶 = 60 2LC = 60284 = W=rv = = n= π2w = 2 = 上式中， V 為傳動帶帶速， m/s； W 為滾筒電機角 速度， rad/s； n 為滾筒電機的轉速， r/s。 由以上計算可以得選取電機的型號，但由于滾筒式抽油機所用的電機為滾筒電機較為特殊。只有在專門開發(fā)生產(chǎn)電機公司才可以買到滾筒電機。所以，根據(jù)設計參數(shù)所計算得的電機參數(shù)并不能直接選取電機型號。得經(jīng)過和生產(chǎn)廠家協(xié)調，盡可能選取生產(chǎn)廠家現(xiàn)有的型號或定做（成本較高一般不采取該辦法）。在設計的過程中通過多家公司對比選型，根據(jù)現(xiàn)有的滾筒電機型號，不能滿足設計要求，所以，最終和廠家協(xié)商選型，可生產(chǎn)制造外徑為 600mm。額定功率為 30kW，電機兩頭可以通過連接附帶小帶輪（滾筒電機轉速控制有限，通過附帶小帶輪可以降低傳動帶的速度，以達到設計要求），最終與淄博赫發(fā)機械有限公司協(xié)調選定額定扭矩為 。滾筒電機參數(shù)如下表（ 22）所示： 滾筒式抽油機設計 14 表（ 22）滾筒電機參數(shù) 制動系統(tǒng)選型 制動器在滾筒式抽油機中的作用是制動滾筒電機，在抽 油機工作的過程中，不可避免會有要求及停的情況，所以滾筒式抽油機必須配備制動器，通過對滾筒電機的選型，由電機的參數(shù)選取制動器型號（焦作制動器有限公司生產(chǎn)制造），如下表（ 23）中所示： 表（ 23） JZ系列節(jié)能電磁鐵鼓式制動器 性能參數(shù) 型號 型號 參數(shù) 制動輪徑 mm 退距 mm 重量 Kg 啟動電流 A 維持電流 A 制動力矩 JZ600 600 345 8 5000 JZ 系列節(jié)能電磁鐵鼓式制動器 其工作原理是：在制動器沒有工作之前，制動 器的制動片與滾筒電機的制動部位距離外徑 1mm。并不影響滾筒電機的正常轉動，制動器的拉力桿與電磁鐵之間有一定的距離。中間有回位彈簧，當需要緊急停車時， 節(jié)能電磁鐵鼓式制動器通入電流，電磁鐵產(chǎn)生強力的磁性。把制動拉力桿吸附到電磁鐵上，使兩個制動片之間的距離向內收縮減小，與滾筒電機的外徑產(chǎn)生強大的摩擦力而實現(xiàn)制動。當需要解除制動時，斷開電流電磁鐵的強磁性消失，由回位彈簧的推力把制動桿推回原位，從而解除制動。 JZ 系列節(jié)能電磁鐵鼓式制動器如下圖（ 23）所示： 額定電壓 額定功率 額定扭矩 外徑線速度范圍 環(huán)境溫度 380V 30kW ~ 40℃ ~40℃ 滾筒式抽油機設計 15 圖（ 23） JZ 系列節(jié)能電磁鐵鼓式制動 器 鋼筒立柱支架 現(xiàn)在市場上無桿抽油機的支架大多為桁架式和立柱式，但不論是桁架還是立柱式都必須滿足抽油機的使用要求。 本文中設計的滾筒式抽油機采用立柱式支架，在立柱的選取中必須滿足設計尺寸要求，因為滾筒式抽油機為“長沖程，低沖次”型抽油機。所以立柱有較大的空間尺寸要求，同時要求立柱有很好的剛度和穩(wěn)定性，這樣才能承受各種不確定的載荷，才能滿足抽油系統(tǒng)的定位要求。立柱確定采用螺旋鋼管（江蘇豐厚鋼 圖（ 24）立柱法蘭連接 管有限公司生產(chǎn)制造）。滾筒式抽油機的整體高