【正文】 24） 模數(shù) m2= 22dz = （ 325） 齒高 h=== （ 326） bh = 載荷系數(shù) K= A V F FK K K K?? （ 327） AK – 使用系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10–2 取 ； VK – 動(dòng)載系數(shù)， v=， 8級(jí)精度，查 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 圖 10–8 取 ； FK? – 齒間載荷分配系數(shù)，直齒取 1； FK? – 齒向載荷分配系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10–13 取 ； 代入得 K=1= 齒形系數(shù) 表 32 齒形系數(shù) z( vz ) 19（ z1） 57(z2) FaY SaY 比較選擇系數(shù) 1 號(hào)大齒輪： ? ?111Fa saFYY? = ? = （ 328） 2 號(hào)主動(dòng)小齒輪： ? ?222Fa saFYY? = ? = (329) ＞ ，故選擇大齒輪值。 mNT /74 822 331 ????? ? 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10–7 選取齒寬系數(shù) d? =1。 齒輪組為開(kāi)式傳動(dòng)，按理應(yīng)該根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，但對(duì)齒面抗磨損能力的計(jì)算方法 迄今尚不夠完善，故對(duì)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)目前僅以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 齒輪組設(shè)計(jì) 如圖所示傳動(dòng)方案， 2 為主動(dòng)輪， 1 為能動(dòng)側(cè)齒輪。 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。 ③ 鏈條長(zhǎng) 由國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)高度以及作業(yè)車(chē)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(dòng)的張緊與潤(rùn)滑 鏈傳動(dòng)張緊的目的主要是為了避免在鏈條的松邊垂度過(guò)大時(shí)產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的震動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)為了增加鏈條與鏈輪的嚙合包角。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(cè)》表 836，初取鏈輪齒數(shù) z=17。 圖 33 夾持塊整體受力分析 Q：鏈條拉力 f1：碳纖維桿對(duì)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(duì)夾持快托架滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)摩擦，取鋼 – 鋼滾動(dòng)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(gè)滾動(dòng)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(dòng)，中間鏈去除套筒，用來(lái)固定夾持塊支架。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(lái)提供壓力完全可以滿足工作要求。夾持塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，碳纖維桿也保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)起下作業(yè)的功能。 鏈傳動(dòng)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(xiāo)軸上，鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)夾持塊的運(yùn)動(dòng)。然后液壓馬達(dá)通過(guò)齒輪組和鏈輪帶動(dòng)兩側(cè)鏈條，鏈條牽引夾持塊轉(zhuǎn)動(dòng)，在夾緊部分表現(xiàn)為起下運(yùn)動(dòng)，由齒輪組分配液壓馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)，使兩側(cè)鏈條同步運(yùn)動(dòng)，則夾緊碳纖維桿的夾持塊同步起下，完成作業(yè)。 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(dòng)軸承、夾持塊支架、夾持塊 – 碳纖維桿。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(duì)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(dòng)端，右側(cè)為固定端。通過(guò)此方案實(shí)現(xiàn)兩主動(dòng)鏈輪的同步平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。采用一臺(tái)液壓馬達(dá)通過(guò)中間裝置實(shí)現(xiàn)夾持裝置中兩個(gè)主動(dòng)鏈輪同時(shí)向相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過(guò)程。 本設(shè)計(jì)采用單邊夾緊方式，其中左側(cè)為能動(dòng)端，右側(cè)為固定端。 4）抽油桿的起下速度為： ～ 12m/min。在下面的設(shè)計(jì)計(jì)算中，取極限情況（即長(zhǎng)度為 600m、直徑為Φ 25mm）進(jìn)行計(jì)算。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(zhǎng)度為 2800m。更主要的是每一付夾緊壓塊少用一個(gè)油缸，整個(gè)注入器將減少 4 個(gè)油缸 (包括張緊機(jī)構(gòu) )，可降注入器制造成本。 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(wèn)題，加工簡(jiǎn)單，安裝 方便。 2） 夾緊機(jī)構(gòu)在夾緊油管時(shí)需較大的力，松開(kāi)時(shí)力很小。 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(gè)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(shì)必增加機(jī)械加工和裝配的難度。 夾緊方案對(duì)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。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(dòng)所帶來(lái)的系統(tǒng)的復(fù)雜性和高成本，同時(shí)也會(huì)大大減小裝置的結(jié)構(gòu)尺寸。 此種方案采用一臺(tái)液壓馬達(dá)通過(guò)中間裝置實(shí)現(xiàn)夾持裝置中兩個(gè)主動(dòng)鏈輪同時(shí)向相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過(guò)程。此外，此種方案采用兩臺(tái)液壓馬達(dá)無(wú)疑會(huì)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(huì)隨之增大 。 動(dòng)力方案對(duì)比 方案一如圖 21 所示，采用兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向相反的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng) 此種方案需要兩臺(tái)液壓馬達(dá)，工作時(shí)，兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向相反的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)主鏈輪同時(shí)向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)起下碳纖維連續(xù)抽油桿的作業(yè)過(guò)程。為適應(yīng)流動(dòng)作業(yè)，采用汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)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。 9 2 碳纖維桿作業(yè)車(chē) 夾持裝置方案對(duì)比分析 碳纖維連續(xù)抽油桿作業(yè)車(chē)起下夾持裝置是整個(gè)作業(yè)車(chē)系統(tǒng)的一部分，下面對(duì)齒輪組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案、動(dòng)力方案和夾緊方案進(jìn)行對(duì)比分析，從中選擇最佳方案。 碳纖維連續(xù)抽油桿采油系統(tǒng)在我國(guó)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(guò)了國(guó)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。 7. 截面積小 僅為鋼制抽油桿的 1/5, 從而大大減小了抽油桿服役過(guò)程中的上下沖程阻力。 抽油桿的連續(xù)特性 , 有利于實(shí) 現(xiàn)機(jī)械化作業(yè) , 節(jié)省作業(yè)時(shí)間 , 降低勞動(dòng)強(qiáng)度。而碳纖維復(fù)合連續(xù)抽油桿是柔性的，在偏斜的油井中，與油管呈線性接觸，增大了接觸面積，延長(zhǎng)了油管的使用壽命；另外在偏磨井段安裝了碳纖維扶正器，其耐磨、耐溫、耐腐方面均超過(guò)尼龍扶正器，保證了碳纖維扶正器及抽油桿有較長(zhǎng)的使用壽命。加之碳纖維熱膨脹系數(shù)低 (接近于零 )，尺寸穩(wěn)定性好，在高溫油井中會(huì)大大減 少?zèng)_程損失。經(jīng)過(guò) 710 次載荷循環(huán)后碳纖維抽油桿的剩余強(qiáng)度為原來(lái)強(qiáng)度的 60% ，而鋼抽油桿和玻璃鋼抽油桿的剩余強(qiáng)度分別為原來(lái)各自強(qiáng)度的 40%和 20%。碳纖維抽油桿為高分子復(fù)合材料，在 90℃的酸堿溶液和原油中浸泡 3 個(gè)月，無(wú)任何變化，具有很強(qiáng)的耐腐蝕作用。同等條件下可降低抽油機(jī)規(guī)格，減少設(shè)備投資。極大地減少了中間接頭 (鋼桿平均 8 米一個(gè)接頭，而碳纖維連續(xù)桿只有兩個(gè)接頭 )減少了接頭斷脫事故的幾率，延長(zhǎng)了桿的使用壽命和修井周期。 圖 19 CFRPC 抽油桿的端部連接結(jié)構(gòu) 7 1CFRPC 抽油桿； 2加強(qiáng)帶； 3螺釘； 4鋼接頭 碳纖維抽油桿的技術(shù)特點(diǎn)碳纖維連續(xù)抽油桿是一 種帶狀矩形截面的抽油桿，其主要增強(qiáng)相是碳纖維，樹(shù)脂是基體 ,經(jīng)過(guò)拉擠成型，具有強(qiáng)度高、重量輕、抗疲勞性能好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，與普通抽油桿相比，碳纖維連續(xù)桿具有優(yōu)越的技術(shù)優(yōu)勢(shì) ??4 。鋼接頭的一端符合 API 抽油桿規(guī)范，以便和鋼抽油桿、抽油光桿相連接；另一端開(kāi)一個(gè)槽，有 3 個(gè)內(nèi)螺紋孔?；w為乙烯樹(shù)脂，采用拉擠工藝生產(chǎn)。 碳纖維連續(xù)抽 油桿的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用前景 碳纖維抽油桿的結(jié)構(gòu)碳纖維復(fù)合材料或稱碳纖維增強(qiáng)塑料連續(xù)抽油桿 (簡(jiǎn)稱 :CFRPC 抽油桿 )，呈帶狀，可纏繞到滾筒上 (見(jiàn)圖 7)，它的橫截面為矩形 (見(jiàn)圖 8)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：碳纖維連續(xù)抽油桿是一種很有發(fā)展前途的特種抽油桿。試驗(yàn)結(jié)果表明 :應(yīng)用碳纖維抽油桿可以達(dá)到節(jié)電和增產(chǎn)的效果，非常適用于深井的原油開(kāi)采。 我國(guó)從 1999 年開(kāi)始研制碳纖維抽油桿，現(xiàn)有四個(gè)制造廠：勝利石油管理局工程機(jī)械總廠、龍口博德復(fù)合材料有 限公司、山東東辰集團(tuán)碳纖維科技開(kāi)發(fā)公司和嘉興中寶碳纖維有限責(zé)任公司。 碳纖維連續(xù)抽油桿的特點(diǎn)及 應(yīng)用前景 碳纖維連續(xù)抽油桿的發(fā)展歷史