【文章內(nèi)容簡介】 a 。 F桿為桿柱重量 ,N。ρ 桿為抽油桿的密度 ,kg/ m3 。根據(jù)壓桿理論 ,桿柱發(fā)生彎曲的臨界載荷為 : 22 lEIP ?? 64dl 4?? 式中 , l 為 3/ 4 i n 抽油桿單根長度 ,8 m。 實例計算表明 , P n F ,即來自柱塞與凡爾的壓力遠大于抽油桿柱發(fā)生彎曲失穩(wěn)的臨界載荷 ,所以下沖程時抽油桿中性點以下始終是嚴重彎曲的 ,變形長度在中性點以下 L 長 .中性點以上特別是井口處 ,即使是下放過程失穩(wěn)現(xiàn)象也不可能發(fā)生 .經(jīng)驗證實井口的 扶正力在 314公斤 , 液壓 扶正機構(gòu) 和彈簧 扶正機構(gòu)都能夠勝任扶正工作 ,考慮 現(xiàn)場工作客觀因素，尤其是安裝空間。這點上可以看出對于采用液壓系統(tǒng)的設計方案是不太易于實現(xiàn)的。因為不壓井修井過程中有許多設備是共同工作的，空間要求緊湊。液壓系統(tǒng)的輔助部分對于扶正工作來說顯得有些多余。第大慶石油 學院本科生畢業(yè)設計（論文） 7 三 就是成本上的對比，顯然采用彈簧設計要經(jīng)濟實惠。所以，在確定了扶正力大小，證明圓柱螺旋彈簧可行的情況下，還是應該采用彈簧機構(gòu)方案來設計扶正裝置 [8]。 扶正器的結(jié)構(gòu)方案 扶正器是整個扶正機構(gòu)最直接，最重要的部分。扶正器的設計成功與否直接關系到扶正裝置的設計能否成功。在設計中主要考慮了三種連接方案，多一種考慮就多一分把握。 軸承連接 軸承連接是方案是在活塞頭部，即扶正方向安裝銷軸，之后在銷軸兩端安裝同樣的一對軸承，用軸承來連接扶正輪。方案優(yōu)點在于扶正輪的徑向轉(zhuǎn)動比較穩(wěn)定，當接箍等直徑比管柱大的元件通過時不必產(chǎn)生 較大的摩擦力。比例的方面在于管道中空間條件較差，不易安裝。同樣密封也是必須考慮的問題。 首先考慮的是在滾動軸承。由前所述，扶正輪與油桿柱（工件）之間是切向力接觸所以就要求軸承既要承受軸向載荷，也要能夠承受徑向載荷。當然是以徑向載荷為主，軸向載荷是作為扶正力的分力存在的，且對于整個扶正系統(tǒng)，軸向的分離將平衡而不影響扶正系統(tǒng)的工作。但對于單獨的一個扶正輪和銷軸連結(jié)來說，如果采用軸承連接，那么軸承就必須能夠承受單向或雙向的軸向載荷。 向心推力轱承軸向預緊原理向心推力軸承分為角接觸球軸承和圓錐滾子軸承兩類，前者滾動 元件與滾道間為初始點接觸，后者為初始線接觸．角接觸球軸承承受軸向載荷 。 因此在滾動軸承選擇向心推力球軸承 [9]。如圖 。 雙列向心推力球軸承是將 2個單列向心推力球軸承的外圈背面相吻合，內(nèi)圈、外圈均各為一體的結(jié)構(gòu)。因此，這種結(jié)構(gòu)的軸承，具有二個方向的推力負荷能力 。 滾動軸承在本次設計中使用的可能性不大，由于滑動軸承本身具有一些獨特的優(yōu)點，使得他在不能和不便或使用滾動軸承沒有優(yōu)勢的場合。因此，滑動軸承在軋鋼機，汽輪機，內(nèi)燃機，鐵路機車和車輛，金屬切削機床，航空發(fā)動機附件，圖 向心推力球軸承 大慶石油 學院本科生畢業(yè)設計（論文） 8 雷達，衛(wèi)星地面通信站等方 面應用較廣 [10]。 因為此次的設計中存在空間限制，安裝滾動軸承很難。因此，在軸承方案的設計上主要考慮向心推力球軸承。 考慮軸承的實際上還要有密封上的準備，由于個扶正機構(gòu)是在油中的，機構(gòu)的正常運轉(zhuǎn)必須考慮安裝密封蓋。 銷聯(lián)接 銷 聯(lián)接 用途是固定兩零件的相互位置，作為組合加工和裝配時的重要輔助零件 。 銷已標準化 ， 類型很多 。 常用的有 ： 圓柱銷 、 圓錐銷 、 槽銷和開口銷等 。 圓柱銷利用微量過盈固定在鉸光的銷孔中，如多次裝拆則有損聯(lián)接緊固和精確定位。圓錐銷帶有 1： 50 的錐度，能自鎖，靠錐擠作用固定 在鉸光的銷孔中，可多次裝拆。槽銷開有縱槽，藉材料彈性擠緊在未經(jīng)鉸光的銷孔中，可多次裝拆，多用於傳遞載荷。彈性圓柱銷是縱向開縫的圓管，比實心銷輕，靠彈性擠緊在未經(jīng)鉸光的銷孔中，可多次裝拆。開口銷常與帶槽螺母配用，是螺紋防鬆的一種措施。 這種連接結(jié)構(gòu)上比軸承連接要簡單，但穩(wěn)定性不是很高，由于扶正輪會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，所以在大多數(shù)工作時間里，銷的軸向受力不平衡。長時間工作容易損壞。 銷聯(lián)接的最大優(yōu)點在于安裝簡單，無論是軸承還是焊接，安裝上都有條件，軸承安裝需要非常高的精度，而焊接對安裝方式和環(huán)境有比較特使的要求。而銷聯(lián)接 只要在定位上控制得當?shù)脑?，銷聯(lián)接的價格優(yōu)勢和安裝優(yōu)勢將顯示出來。 焊接 焊接結(jié)構(gòu)是將兩個扶正輪焊接在一根安裝在活塞上的銷軸上。該方案結(jié)構(gòu)最簡單，成本最低，需要兩個扶正輪和一個銷軸。 圖 銷連接 大慶石油 學院本科生畢業(yè)設計（論文） 9 在轉(zhuǎn)動方面比較受限制，自由度不高。但考慮到本身浸在油液中，不用考慮潤滑問題。 手工電弧焊操作， 45 鋼與 40Cr、 ZG270500三種母材在一起焊接， 45 鋼含碳較高，所以盡可能選擇堿性低氫型焊條，作為填充焊接材料。經(jīng)試驗， 選擇代號為 E5015fr507， 規(guī)格為 04mm~05mm 的 焊條 [11]。 當然也考慮了其他的焊接工藝。比如， 熱浸鍍鋁鋼管的普通焊接工藝 。 采用低氫型碳鋼焊條和奧氏體不銹鋼焊條 ， 根部焊道采用電弧焊接法和 TIG焊接法 ， 中間層和最終層焊道 ， 如是薄板用 TIG焊接 ， 如是厚板 （ 4mm） 以上則用電孤焊 。 兩種焊接法通過對焊道檢驗和性能測試表明 ， 熔合線處防腐性能較差 ， 適合于一般場合的防腐施工 。 與使用手工電弧焊相比 優(yōu)點在于： 1） 可提高 r作效率 3～ 4倍 2)焊接質(zhì)量好。如果蒙皮與骨架貼實焊點強度均能達到要求。使用手工電弧焊則容易焊漏或燒芽 。 3)外觀變形小，外形美觀大方符合高擋車的要求 ，采用手工電弧焊則焊接變形較大，焊后不美觀 。 4)勞動強度明顯降低 [12]。 由于扶正輪的厚度為 15mm。結(jié)構(gòu)如圖 。 綜合考慮應采用電戶焊接。 綜合考慮應采用電戶焊接。 圖 焊接結(jié)構(gòu) 大慶石油 學院本科生畢業(yè)設計（論文） 10 扶正器方案的確定 綜合考慮以上方案，結(jié)合實際工作情況，確定用焊接結(jié)構(gòu)。因為在起降管柱的速度并不高，在扶正的部分上，由管柱線速度轉(zhuǎn)換出的扶正輪轉(zhuǎn)速也不很高，因此不需選用軸承連接。 扶正器長期工作在扶正狀態(tài)。在被動受力，承受扶正力的過程中，需要有穩(wěn)定的受力狀態(tài)合理平衡性，顯然焊接相對于銷聯(lián)接是有優(yōu)勢的。 在成本上同樣焊接最低。所以選擇焊接作為扶正器的安裝方式。 圖 扶正輪的結(jié)構(gòu) 大慶石油 學院本科生畢業(yè)設計（論文） 11 第 3章 扶正裝置的設計 設計方面的一些重要指標 本章我們要對不壓井修井機的帶壓作業(yè)系統(tǒng)管柱扶正裝置進行設計。設計時，我們應當考慮諸多的因素，深入細節(jié)的調(diào)研，還要有嚴謹?shù)姆治龊捅匾挠嬎?，以確保設計的合理化和最優(yōu)化，滿足下列要求。 （ 1）工作安全可靠 （ 2）性能穩(wěn)定，噪音小，壽命長 （ 3）扶正性能要準確、可靠，沒有沖擊，保證接箍探測的準確性。 （ 4）調(diào)整、使用和維修要方便，操縱方面要簡單、省力 （ 5）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，重量輕，成本低 圓柱螺旋壓 縮彈簧的設計 根據(jù)最大、最小扶正力的要求、工作行程確定螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸，已知條件如下： 彈 簧 的 最 大 工 作 載 荷 （ 扶 正 輪 的 最 大 扶 正 力 時 彈 簧 載 荷 ）： Pn=300（公斤）； 彈簧的最小工作載荷（扶正輪的最小扶正力時彈簧載荷）： P1=（公斤）； 最大工作行程： 35?L mm。 根據(jù)公式： ? ? LPPK n 1?? 計算彈簧的彈性系數(shù)為 ? ? ??K = 下表為根據(jù) Pn 查表得出的彈簧設計數(shù)據(jù) [13]。 表 彈簧設計數(shù)據(jù) 項目 數(shù)據(jù) d 10 D2 65 t 大慶石油 學院本科生畢業(yè)設計（論文） 12 Pn fn Pd’ l Q 彈簧自由高度為 260 毫米 彈簧的計算部分如下： 彈簧有效圈數(shù)的計算公式為 KdPn 39。? 代入表 中數(shù)據(jù)計算得 ?n ， 取 n＝ 。 彈簧實際剛度的計算 公式為 ndPK 39。? 代入表 中數(shù)據(jù) 計算得 ?K ，與 接近，符合設計要求。 彈簧實際圈數(shù) 為 ??? nn 。 彈簧實際節(jié)距 的計算公式為 ? ?ndHt ?? 代入表 中數(shù)據(jù)計算得 ?t ，與實際要求接近。 工作極限負荷下的彈簧變形 的計算公式為 KPF jj ? 代入表 中數(shù)據(jù)計算得 ?jF mm。 最大工作負荷下的彈簧變形 的計算公式為 KPF nn ? 代入表 中數(shù)據(jù)計算得 ?nF mm。 最大工作負荷下的彈簧高度 的計算公式為 nn FHH ?? 0 代入表 中數(shù)據(jù)計算得 ?nH mm。