【文章內(nèi)容簡介】 減小了抽油桿服役過程中的上下沖程阻力。 8. 廢桿可回收再利用 , 無環(huán)境污染。 碳纖維連續(xù)抽油桿采油系統(tǒng)在我國油田的應(yīng)用獲得了初步的成功，尤其是產(chǎn)品性能和節(jié)能效果，均超過了國外的技術(shù)水平，顯示出其大面積推廣的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但是，該采油系統(tǒng)的相關(guān)配套技術(shù)研究尚未深入開展，應(yīng)用中尚未充分發(fā)揮出該產(chǎn)品的潛力。 9 2 碳纖維桿作業(yè)車 夾持裝置方案對比分析 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車起下夾持裝置是整個作業(yè)車系統(tǒng)的一部分，下面對齒輪組傳動機(jī)構(gòu)方案、動力方案和夾緊方案進(jìn)行對比分析，從中選擇最佳方案。 動力方案對比 動力源選擇 常用的動力為電動機(jī)，該起下夾持裝置安裝在作業(yè)車上，作業(yè)車常在野外作業(yè)，為其提供電源不方便，若用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電則成本較高，且效率不高。為適應(yīng)流動作業(yè)，采用汽車內(nèi)燃機(jī)作為動力源，提供一套液壓系統(tǒng)，工作機(jī)選擇液壓馬達(dá)和液壓缸。這樣，用液壓系統(tǒng)為其提供動力，不僅解決了動力問題，而且，液壓系統(tǒng)具有更好的工作性能， 保證了夾持裝置較高的工作要求。 動力方案對比 方案一如圖 21 所示，采用兩臺旋轉(zhuǎn)方向相反的液壓馬達(dá)驅(qū)動 此種方案需要兩臺液壓馬達(dá)，工作時(shí)，兩臺旋轉(zhuǎn)方向相反的液壓馬達(dá)驅(qū)動兩個主鏈輪同時(shí)向相反的方向轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過程。此方案不易保證兩臺液壓馬達(dá)在每一瞬時(shí)都具有相同的轉(zhuǎn)速，當(dāng)兩臺液壓馬達(dá)的工況存在差異時(shí)就會使夾持裝置兩邊驅(qū)動鏈條的牽引力發(fā)生波動，從而增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和不安全性。此外，此種方案采用兩臺液壓馬達(dá)無疑會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性及成本，同時(shí)夾持裝置的結(jié)構(gòu)尺寸也會隨之增大 。 方案二如圖 22 所示，采用一臺液壓馬達(dá)驅(qū)動鏈條牽引裝置。 此種方案采用一臺液壓馬達(dá)通過中間裝置實(shí)現(xiàn)夾持裝置中兩個主動鏈輪同時(shí)向相反方向的轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過程。此方案保證了兩個主動鏈輪同步的向相反的兩個方向旋轉(zhuǎn)，消除了采用兩臺液壓馬達(dá)驅(qū)動所帶來的波動和不安全性。同時(shí)采用此種方案也可以消除采用雙液壓馬達(dá)驅(qū)動所帶來的系統(tǒng)的復(fù)雜性和高成本，同時(shí)也會大大減小裝置的結(jié)構(gòu)尺寸。 通過以上兩動力方案比較采用方案二的動力方案。 夾緊方案對比分析 常用的典型方案 起桿纏繞器夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ：由起桿纏繞器的工作原理可知，夾緊機(jī)構(gòu)的功能是提供足夠的夾緊力以保證抽油桿夾持塊可以可靠的夾緊抽油桿。典型的夾緊機(jī)構(gòu)為雙油缸驅(qū)動方式和單油缸驅(qū)動方式。 10 雙油缸夾緊 雙缸機(jī)構(gòu)有其不足之處，如圖 23 1） 由于液壓系統(tǒng)本身的特性，兩個夾緊油缸不容易用液壓方式實(shí)現(xiàn)完全同步，通常在注入器前后側(cè)板上加定位滑塊，用機(jī)械方式保證雙缸同步，這樣勢必增加機(jī)械加工和裝配的難度。另外，定位滑塊磨損、作業(yè)現(xiàn)場的惡劣條件都可能使定位滑塊卡住，影響夾緊機(jī)構(gòu)的可靠性。 2） 夾緊機(jī)構(gòu)在夾緊油管時(shí)需較大的力，松開時(shí)力很小。雙缸機(jī)構(gòu)利用 活塞桿收 回夾緊油管，這時(shí)液壓力作用在活塞與活塞桿間的環(huán)形空間，由于活塞截面積大于活塞與活塞桿環(huán)空截面積，在液壓力相同的條件下，活塞桿伸出的力大于收回的力，顯然雙缸機(jī)構(gòu)沒有充分利用油缸的能力，油缸使用不夠合理。 圖 21 雙缸夾緊機(jī)構(gòu)示意圖 圖中： 單缸夾緊 不用考慮雙缸同步的問題，加工簡單，安裝 方便。油缸伸出時(shí)夾緊油管，在提供相同夾緊力的情況下，可降低液壓系統(tǒng)壓力或減小油缸直徑。更主要的是每一付夾緊壓塊少用一個油缸，整個注入器將減少 4 個油缸 (包括張緊機(jī)構(gòu) )，可降注入器制造成本。同樣，張緊機(jī)構(gòu)也可采用單缸杠桿方式 ??25 。如圖 24 圖 22 單缸杠桿夾緊機(jī)構(gòu)示意圖 圖中： 11 本設(shè)計(jì)所采用的方案 本設(shè)計(jì)的工程背景： 1）本起桿纏繞器機(jī)構(gòu)所使用的碳纖維連續(xù)抽油桿的截面尺寸為： 32mm ，長度為 2800m。 2）在碳纖維連續(xù)抽油桿的下端接有長度為 300m～ 600m 的鋼桿，并且鋼桿直徑為Φ22mm～Φ 25mm。在下面的設(shè)計(jì)計(jì)算中，取極限情況（即長度為 600m、直徑為Φ 25mm）進(jìn)行計(jì)算。 3）在抽油桿外部套有 Φ 56mm 的油管。 4）抽油桿的起下速度為： ～ 12m/min。 本設(shè)計(jì)擬定的初步方案 本設(shè)計(jì)采用汽車內(nèi)燃機(jī)作為動力源，提供一套液壓系統(tǒng)，工作機(jī)選擇液壓馬達(dá) 和液壓缸。 本設(shè)計(jì)采用單邊夾緊方式，其中左側(cè)為能動端，右側(cè)為固定端。張緊輪分別由兩個液壓缸驅(qū)動，兩鏈輪中心距采用固定不可調(diào)方式。采用一臺液壓馬達(dá)通過中間裝置實(shí)現(xiàn)夾持裝置中兩個主動鏈輪同時(shí)向相反方向的轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過程。 對齒輪依次編號，其中 1 號輪與主動鏈輪軸連接， 2 號輪與液壓馬達(dá)連接， 3 號輪與固定端鏈輪軸連接。通過此方案實(shí)現(xiàn)兩主動鏈輪的同步平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。 12 3 碳纖維桿作業(yè)車夾持裝置設(shè)計(jì)分析 碳纖維連續(xù)抽油桿夾持裝置主要用于碳桿纖維桿的起下作業(yè)，減小纏繞盤的扭矩，保證平穩(wěn)工作。夾持裝置 結(jié)構(gòu)圖 31 所示： 圖 31 夾持裝置結(jié)構(gòu)圖 夾持裝置的工作原理 托板1 1碳纖維桿 1f – 碳纖維桿對夾持塊的摩擦力； nF – 張緊缸壓力 13 圖 32 整體載荷分析 整體載荷分析如圖 32，其中左側(cè)為能動端，右側(cè)為固定端。 工作時(shí)分為兩個獨(dú)立單元，一為夾緊單元，一為起下單元。 起下單元功率傳遞路線：液壓馬達(dá) – 齒輪組 – 鏈輪、鏈條 – 夾持塊 – 碳纖維桿；夾緊單 元功率傳遞路線：液壓缸 – 托板 – 滾動軸承、夾持塊支架、夾持塊 – 碳纖維桿。 起下作業(yè)時(shí)首先夾緊液壓缸柱塞桿伸長，推動托板，使夾持塊前移，頂住碳纖維桿，直至達(dá)到一定壓力 Fn，保持定位不變。然后液壓馬達(dá)通過齒輪組和鏈輪帶動兩側(cè)鏈條，鏈條牽引夾持塊轉(zhuǎn)動，在夾緊部分表現(xiàn)為起下運(yùn)動，由齒輪組分配液壓馬達(dá)的運(yùn)動，使兩側(cè)鏈條同步運(yùn)動，則夾緊碳纖維桿的夾持塊同步起下，完成作業(yè)。 工作過程中，汽車內(nèi)燃機(jī)為動力源，為液壓馬達(dá)、液壓缸等液壓執(zhí)行件提供動力支持。 鏈傳動設(shè)計(jì) 夾持塊整體結(jié)構(gòu)受力分析 夾持塊固定在 支架上，支架固定在三排鏈中間鏈的銷軸上，鏈的轉(zhuǎn)動帶動夾持塊的運(yùn)動。夾持塊頂在碳纖維桿上，工作時(shí)靠靜摩擦力保持相對靜止。夾持塊運(yùn)動時(shí)，碳纖維桿也保持相對運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)起下作業(yè)的功能?？梢娞祭w維桿的起下是靠摩擦力實(shí)現(xiàn)的。為了保證足夠大的摩擦力，必須提供足夠大的正壓力，用液壓缸來提供壓力完全可以滿足工作要求。 夾持塊受力分析如圖 33。 圖 33 夾持塊整體受力分析 Q：鏈條拉力 f1：碳纖維桿對夾持裝置的靜摩擦，即工作載荷的一半 40kN 加上碳纖維桿的自重， 密度為 ，規(guī)格 32mm 纏繞容量為 2800m，總質(zhì)量為，重為 ，則總載荷 f2：托板對夾持快托架滾動軸承的滾動摩擦，取鋼 – 鋼滾動摩擦因數(shù) fm2=， 14 則 f2=fm2F n=200=1kN，取工作時(shí)一側(cè)夾持塊數(shù)目為 9，則有 18 個滾動軸承與托板接觸，則 f2=181=18kN 鏈條設(shè)計(jì) ① 選型 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用三排鏈結(jié)構(gòu)，兩側(cè)鏈條與鏈輪嚙合進(jìn)行傳動，中間鏈去除套筒，用來固定夾持塊支架。鏈條受力分析如下 Q 1 Q 2Q 3 圖 34 鏈條受力分析 1Q 、 2Q — 鏈條兩側(cè)拉力，由鏈輪提供 3Q — 載荷對夾持塊的反作用力 所以 ??? Q ，鏈條滿足靜強(qiáng)度準(zhǔn)則 Q3≤QminS (31) Q3— 鏈條最大拉力； minQ — 極限抗拉載荷； S– 安全系數(shù)，取 S≥ 4～ 8 代入計(jì)算得 5 in ????? S 查表選擇 28A 型 3 排鏈，其基本參數(shù)如下： 表 31 28A 型鏈參數(shù) 型號 節(jié)距 p 滾子直徑d1 銷軸直徑 d2 內(nèi)節(jié)內(nèi)寬 b1 內(nèi)鏈板高度 h2 排拒pt 單排極限載荷minQ 三排極限載荷minQ ISO24B mm mm mm mm mm mm 169kN 425kN ② 鏈輪齒數(shù) 鏈節(jié)數(shù)常取偶數(shù)，為使鏈條和鏈輪磨損均勻，常取鏈輪齒數(shù)為奇數(shù)，并盡可能與鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)。優(yōu)先選用的鏈輪齒數(shù)系列為 17， 19， 21， 23， 25， 38， 57， 76， 95，114，鏈速為 ～ ， 綜合考慮結(jié)合《機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算手冊》表 836，初取鏈輪齒數(shù) z=17。 設(shè)計(jì)中取鏈輪的傳動比為 1，則各鏈輪參數(shù)相同。 ③ 鏈條長 由國家安全標(biāo)準(zhǔn)高度以及作業(yè)車的高度確定兩鏈輪的距離為 15 1200mm 由圖所示 221 1 2 9 6 5 0 0 1 3 8 9L ? ? ? (32) 2 189L? 223 2 6 0 2 9 6 3 9 4L ? ? ? (33) 4 370L ? 5L = 1389+189+394+370=2342 (34) L=2 5L =4684 (35) 圓整后去 L=4700 鏈輪轉(zhuǎn)速為 n=pz V1100060?= 60 1000 ( )17 ? ? ?? =()r/min （ 36） 鏈輪設(shè)計(jì) 基本參數(shù)如下： 節(jié)距 p= 排距 pt= 滾子直徑 d1= 內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 b1= 鏈輪齒數(shù) z=17 ① 主要尺寸 分度圓直徑 d=180sinpz= 180sin17= （ 37） 齒根圓直徑 df=d–d1=–= 齒頂圓直徑 da=d+ d1=272 （ 38） 齒高 ha=（ pd1） = （ 39） 齒側(cè)凸緣直徑 dg≤pcot180z ––= （ 310） 取 dg=190mm ② 軸向齒闊尺寸 齒寬 bf1= 1b == （ 311） 倒角寬 ba=== （ 312） 倒角半徑 xr ≥ p= 取 xr =45mm （ 313） 16 鏈輪齒總寬 bf3=(3–1)pt+bf1=2+= （ 314） ③ 齒槽形狀 齒側(cè)圓弧半徑 remin=(z2+180)= （ 315） remax=(z+2)= 取 re=70mm 滾子定位圓弧半徑 rimin== （ 316） rimax=+ d = 取 ri=13mm 滾子定位角 ? min=120–90z =? （ 317） ? max=140–90z =? （ 318） 取 ? =130? 鏈傳動的張緊與潤滑 鏈傳動張緊的目的主要是為了避免在鏈條的松邊垂度過大時(shí)產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的震動現(xiàn)象，同時(shí)為了增加鏈條與鏈輪的嚙合包角。當(dāng)中心線與水平線的夾角大于600時(shí)常設(shè)張緊裝置。 張緊的方法很多，結(jié)合本裝置的特點(diǎn)采用張緊輪裝置進(jìn)行張緊。 鏈條速度 n=(～ )m /s，型號 28A 型，查《機(jī) 械設(shè)計(jì)》圖 9–14，選擇定期人工潤滑。 齒輪組設(shè)計(jì) 如圖所示傳動方案， 2 為主動輪， 1 為能動側(cè)齒輪。由于采用開式結(jié)構(gòu)，選用直齒圓柱齒輪， 8 級精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10–1 選擇 3 齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì) )，硬度為 280HBS，