【文章內(nèi)容簡介】 滾筒式抽油機(jī)工作原理 滾筒式抽油機(jī)由電機(jī)滾筒，滾筒內(nèi)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(dǎo)向鋼絲繩，立柱，導(dǎo)向輪，機(jī)架平臺，平衡配重，傳動皮帶等主要機(jī)構(gòu)組成。 滾筒式抽油機(jī)的工作原理：抽油機(jī)通過電控箱控制滾筒電機(jī)的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)，滾筒上左右兩側(cè)的帶輪驅(qū)動傳動帶，傳動帶一頭經(jīng)過導(dǎo)向輪與平衡配重相連，另一頭經(jīng)由導(dǎo)向輪與光桿相連，由滾筒電機(jī)的正轉(zhuǎn)驅(qū)動傳動帶帶動光桿向上運(yùn)動，與此同時配重一頭向下運(yùn)動，相反當(dāng)滾筒電機(jī)反向運(yùn)動驅(qū)動傳動帶帶動平衡配重向上運(yùn)動 ，同時光桿一頭向下運(yùn)動。滾筒電機(jī)持續(xù)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)動，抽油光桿連續(xù)不斷做直線往復(fù)運(yùn)動。最終完成抽油動作。 通過滾筒式抽油機(jī)的設(shè)計方案和工作原理，在設(shè)計繪制滾筒式抽油機(jī)裝配圖的過程中確定了其結(jié)構(gòu)，其整體工作方案如圖 21所示： 滾筒式抽油機(jī)主要零件設(shè)計 抽油機(jī)名稱 額定懸點(diǎn)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(jī) 100 8 4 40℃ 40℃ 滾筒式抽油機(jī)設(shè)計 9 平衡配重及導(dǎo)向鋼絲繩選型 平衡配重導(dǎo)向鋼絲繩作用是引導(dǎo)平衡配重上下做直線運(yùn)動，防止平衡配重左右前后來回晃動，導(dǎo)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(dǎo)向輪； 8— 圍欄； 9— 制動器； 10— 滾筒電機(jī)； 11— 導(dǎo)向鋼絲繩； 12— 配重； 圖 21 滾筒式抽油機(jī)結(jié)構(gòu) 配重往復(fù)上下運(yùn)動不平穩(wěn)將導(dǎo)致滾筒電機(jī)的使用壽命降低。由于導(dǎo)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(jī)械設(shè)計大典》表 2812 鋼絲繩的主要用途推薦表 (摘自 GB/T 89181996)[5]，選取：皮帶運(yùn)輸機(jī)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(jī)設(shè)計 10 平衡配重及配重微調(diào)塊設(shè)計 滾筒式抽油機(jī) 平衡配重的作用是減少滾筒電機(jī)在抽油作業(yè)過程中的載荷差，因為在抽油過程中當(dāng)滾筒電機(jī)轉(zhuǎn)動提起光桿向上運(yùn)動的時負(fù)荷最大，下降過程中靠光桿自重向下運(yùn)動，滾筒電機(jī)的負(fù)荷最小，增加平衡配重后，在提起光桿向上運(yùn)動時平衡配重通過自身的重量抵消掉懸點(diǎn)載荷一部分，另一部分就靠滾筒電機(jī)來做功。當(dāng)光桿向下運(yùn)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(jī)在上下做功的過程中所承受負(fù)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(jī)能耗。 滾筒式抽油機(jī)在作業(yè)過程中，當(dāng)光桿向上運(yùn)動時，懸點(diǎn)載荷約等于抽油桿重量和抽油管內(nèi) 液面以上的油柱重量之和，光桿向下運(yùn)動時，懸點(diǎn)載荷約等于抽油桿重量，滾筒式抽油機(jī)額定懸點(diǎn)載荷為 100kN,下沖程懸點(diǎn)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(jī)上沖程懸點(diǎn)載荷， kN； Pmin為滾筒式抽油機(jī)下沖程懸點(diǎn)載荷， kN； 把設(shè) 計參數(shù)帶入公式（ 23）中，可得： P 配重 = 2 50100? =75kN 配重微調(diào)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(diào)塊來調(diào)節(jié)平衡配重的自身重量，從而達(dá)到理論設(shè)計值。如下圖（ 21）所示： 配重微調(diào)塊體積計算： V100=σm =7800100 = 103Kg/m3 由配重主體微調(diào)塊槽可得： L100=1m。 H100=。 由體積公式： V=L H B （ 23） 滾筒式抽油機(jī)設(shè)計 11 根據(jù)公式（ 23）可得 B： B= HLV 把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入公式： B= HLV = 1 =； 上式中， V100為微調(diào)塊體積， m3； B為微調(diào)塊的板厚度， m； L為微調(diào)塊寬， m； H為微調(diào)塊高， m； σ 為鐵的密度， 7800Kg/m3。 圖（ 21）配重微調(diào)塊 由上式可計算的質(zhì)量為 100Kg 的微調(diào)塊的體積和板厚，同理，通過計算可得 50Kg微調(diào)塊的體積和板厚和 30Kg 微調(diào)塊的體積和板厚 。其分別為： L50=1m。 H50=。 B50=。 L30=1m。 H30=。 B30=。 配重微調(diào)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(shè)計 根據(jù)額定懸點(diǎn)載荷，由 P 配重 = 2 50100? =75kN，可計算得配重自身質(zhì)量： 滾筒式抽油機(jī)設(shè)計 12 F=mg （ 24） m=V σ （ 25） 帶入相關(guān)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(zhì)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(jī)選型 滾筒電機(jī)是抽油機(jī)的 核心零件，是整個機(jī)器的動力置，在選型過程中必須考慮到電機(jī)的能耗問題，電機(jī)購買成本問題，工作效率問題，滾筒電機(jī)的動力參數(shù)和設(shè)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(jī)對滾筒式抽油機(jī)的設(shè)計尤為重要。 根據(jù)設(shè)計參數(shù)， L 沖程 =8。 C 沖次 =4。 P 懸點(diǎn)載荷 =100kN。 M 載荷 =F 載荷 R 電機(jī)外徑 （ 25） 帶入相關(guān)數(shù)據(jù)： M 載荷 =F 載荷 R=（ 10075） = 上式中， M 載荷 為滾 筒電機(jī)扭矩， ； 滾筒式抽油機(jī)設(shè)計 13 F 載荷 為懸點(diǎn)載荷與配重的自重差， kN； R 滾筒外徑 為滾筒電機(jī)外徑， 600mm。 P 滾筒電機(jī) = 60 2LC)( iFF ? (26) P 電機(jī) = 60 2LC)( iFF ? = 60 284)75100 kNkN ?（ = 上式中， P 滾筒電機(jī)為滾筒電機(jī)功率， kW； F 為懸點(diǎn)載荷， kN。 Fi 為平衡配重自重， kN； 計算傳動皮帶帶速及電機(jī)轉(zhuǎn)速 根據(jù)給定的設(shè)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(jī)角 速度， rad/s； n 為滾筒電機(jī)的轉(zhuǎn)速， r/s。 由以上計算可以得選取電機(jī)的型號，但由于滾筒式抽油機(jī)所用的電機(jī)為滾筒電機(jī)較為特殊。只有在專門開發(fā)生產(chǎn)電機(jī)公司才可以買到滾筒電機(jī)。所以，根據(jù)設(shè)計參數(shù)所計算得的電機(jī)參數(shù)并不能直接選取電機(jī)型號。得經(jīng)過和生產(chǎn)廠家協(xié)調(diào)，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(shè)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(jī)型號，不能滿足設(shè)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(jī)兩頭可以通過連接附帶小帶輪（滾筒電機(jī)轉(zhuǎn)速控制有限，通過附帶小帶輪可以降低傳動帶的速度，以達(dá)到設(shè)計要求），最終與淄博赫發(fā)機(jī)械有限公司協(xié)調(diào)選定額定扭矩為 。滾筒電機(jī)參數(shù)如下表（ 22）所示： 滾筒式抽油機(jī)設(shè)計 14 表（ 22）滾筒電機(jī)參數(shù) 制動系統(tǒng)選型 制動器在滾筒式抽油機(jī)中的作用是制動滾筒電機(jī)，在抽 油機(jī)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(jī)必須配備制動器，通過對滾筒電機(jī)的選型，由電機(jī)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(jī)的制動部位距離外徑 1mm。并不影響滾筒電機(jī)的正常轉(zhuǎn)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(dāng)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(qiáng)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(nèi)收縮減小，與滾筒電機(jī)的外徑產(chǎn)生強(qiáng)大的摩擦力而實現(xiàn)制動。當(dāng)需要解除制動時，斷開電流電磁鐵的強(qiáng)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(jī)設(shè)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(jī)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(jī)的使用要求。 本文中設(shè)計的滾筒式抽油機(jī)采用立柱式支架，在立柱的選取中必須滿足設(shè)計尺寸要求，因為滾筒式抽油機(jī)為“長沖程，低沖次”型抽油機(jī)。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(jī)的整體高