【正文】 .......................................................436 謝 辭 ..............................................................447 參考文獻(xiàn) ..........................................................46異相型游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)前 言本設(shè)計(jì)通過對異相型游梁式抽油機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)了以往常規(guī)型抽油機(jī)的高能耗、曲柄凈扭矩波動變化大、扭矩峰值高、加速度變化幅度大等特性。異相型游梁式抽油機(jī)在油田中廣泛應(yīng)用，在創(chuàng)造價(jià)值的同時(shí)也存在著問題，在尺寸設(shè)計(jì)方面可能一開始不能很好把握尺寸大小的選擇，在選擇電動機(jī)和減速器時(shí)需要在精確計(jì)算的前提下認(rèn)真選擇，對各部件及零件的選擇也需要達(dá)到應(yīng)力和強(qiáng)度上的要求，盡量保證了選材的合理性，畢竟時(shí)代在進(jìn)步，在節(jié)能、設(shè)計(jì)構(gòu)造和生產(chǎn)率方面還需改進(jìn)。因此要想是異相型游梁式抽油機(jī)達(dá)到更好的抽油和節(jié)能效果需要更進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。，加深對課程設(shè)計(jì)等時(shí)間環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，加深對材料力學(xué)和理論力學(xué)知識的掌握程度，正確運(yùn)用學(xué)科基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)分析和解決抽油機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)際工程問題的基本能力，這是本設(shè)計(jì)的著力點(diǎn)。，并且編制程序，計(jì)算機(jī)求解，最終得到比較優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù)及方案，制作表格和曲線圖，結(jié)果打印并附說明書。本設(shè)計(jì)由遼寧石油化工大學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè) 0504 班 于大偉完成，由機(jī)械工程學(xué)院王玉良教授指導(dǎo)。20 世紀(jì) 50 年代以進(jìn)口為主，修配為輔，主要是進(jìn)口前蘇聯(lián) CKH 常規(guī)型游梁式抽油機(jī)。1975 年以后制定并完善了國產(chǎn)抽油機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在此期間，我國抽油機(jī)技術(shù)有了飛躍發(fā)展，瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水準(zhǔn)。從設(shè)計(jì)方法學(xué)功能分析的角度講，抽油機(jī)的基本功能相對簡單，必然吸引著各行各業(yè)的專家對抽油機(jī)進(jìn)行研究，形成了石油系統(tǒng)內(nèi)外部抽油機(jī)專業(yè)廠、非專業(yè)廠一起生產(chǎn)、試制新型抽油機(jī)和對抽油機(jī)進(jìn)行研究的百花齊放的局面。在這百余年采油實(shí)踐中，抽油機(jī)發(fā)生了很大變化，特別是近 20 年來，世界抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，先后研究開發(fā)了各種新型抽油機(jī)，為更經(jīng)濟(jì)有效地開采石油作出了卓越貢獻(xiàn)。 抽油機(jī)的類型與結(jié)構(gòu)及主要參數(shù) 抽油機(jī)的類型抽油機(jī)的主要類型有: 游梁式抽油機(jī)、寬帶式抽油機(jī)、鏈條式抽油機(jī)、數(shù)控抽油機(jī)、液壓抽油機(jī)、長沖程抽油機(jī)、節(jié)能抽油機(jī)、計(jì)算機(jī)控制的抽油機(jī)、以及采用柔性構(gòu)件作傳動的抽油機(jī)等。特別是它可以常年累月全天候在野外工作，使用可靠，故障率低，皮實(shí)耐用。 抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)抽油機(jī)主要由底座,懸繩器,支架總成,驢頭,游梁,橫梁,連桿裝置,曲柄裝置,減速器,游梁支承,電機(jī)裝置和剎車裝置等部件組成。b. 懸繩器：是驢頭與光桿相互聯(lián)接的部件。鋼絲繩穿入錐套，并用鋅澆結(jié)成一體，錐套承受全部載荷。支架下端與底座連接。支架可根據(jù)用戶要求提供塔式構(gòu)架。d. 驢頭：由鋼板組焊而成，撤掉左（或右）側(cè)兩個(gè)銷軸時(shí)可使驢頭向右（或左）側(cè)轉(zhuǎn) 180 度，是修井作業(yè)非常方便，也可以根據(jù)用戶要求提供上翻懸掛，自讓位等其它形式的驢頭。f. 橫梁：由鋼板組焊而成箱型截面梁，其上裝有支座，由芯軸，軸承座和一個(gè)雙列向心球面滾子軸承組成。上端靠連桿銷與橫梁連結(jié)，下錐面配合有螺栓與軸承座相連，曲柄銷用左右旋緊螺母緊固在曲柄上，曲柄銷螺母可根據(jù)需要配備三棱梅花螺母。曲柄裝配有齒條， 用來調(diào)節(jié)平衡塊在曲柄上的位置。減速器由電機(jī)通過七根窄 V 帶帶動，從動軸兩端裝有曲柄，通過連桿、橫梁牽動游梁上下擺動。齒輪采用鍵和過盈配合與軸相聯(lián)接。的鍵槽，抽油機(jī)工作相當(dāng)時(shí)期后，將曲柄轉(zhuǎn)過 90176。由 O 型密封嵌入的軸承蓋、擋塵圈、回油槽和孔等組成了減速器軸端密封結(jié)構(gòu)。j. 游梁支承：是由軸、軸承座和兩個(gè)單列向心、短圓柱滾子軸承組成，軸承座與游梁相連結(jié)。電機(jī)相對底座可前后移動。l. 剎車裝置：剎車是外抱形式，也可根據(jù)用戶要求提供內(nèi)漲式。 游梁式抽油機(jī)主要參數(shù)a. 懸點(diǎn)載荷：抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)的實(shí)際載荷。c. 光桿的最大沖程：調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使光桿獲得的最大位移。e. 減速器的扭矩：減速器輸出軸允許的最大扭矩。（1） 抽油機(jī)工作狀況和載荷特性研究　　抽油機(jī)所承受的載荷，是設(shè)計(jì)、評價(jià)抽油機(jī)的依據(jù)，是進(jìn)行抽油機(jī)研究、設(shè)計(jì)、分析必須首先解決的問題。改變了過去認(rèn)為抽油機(jī)工作環(huán)境較優(yōu)、容易滿足的認(rèn)識，這對減少新型抽油機(jī)設(shè)計(jì)的失誤，提高新型抽油機(jī)的刨新成功率，有著重要的意義。已經(jīng)逐漸認(rèn)識到不同的油藏和開采條件，應(yīng)該采用具有不同特性的抽油機(jī)。設(shè)計(jì)或分析抽油機(jī)的性能，對抽油機(jī)的優(yōu)劣進(jìn)行評價(jià)時(shí)，需要給定抽油機(jī)懸點(diǎn)所承受的載荷，即給定抽油機(jī)的懸點(diǎn)示功圖，因此提出了“模型示功圖” 的概念。因此以設(shè)計(jì)性能優(yōu)良、滿足油田要求、制造成本低、運(yùn)動動力性能優(yōu)、節(jié)能效果好的抽油機(jī)占領(lǐng)市場一直是抽油機(jī)生產(chǎn)廠家和研究單位追求的目標(biāo)，許多學(xué)者進(jìn)行抽油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究就是為達(dá)到這一目標(biāo)而展開的。首先，在進(jìn)行抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該取抽油機(jī)的主參數(shù)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，即設(shè)計(jì)變量除包含抽油機(jī)的桿長等結(jié)構(gòu)參數(shù)外，還應(yīng)包平衡參數(shù)等。一般應(yīng)按照“ 能耗要小、質(zhì)量要輕、練臺性能指標(biāo)要合理的多目標(biāo)函數(shù)尋優(yōu)準(zhǔn)則進(jìn)行。　　對于抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)算法的選取，普遍認(rèn)為：選用在非劣解中尋優(yōu)解的算法較為臺適。利用上述方法和理論建立的優(yōu)化算法所設(shè)計(jì)的抽油機(jī)，一般比采用常規(guī)技術(shù)設(shè)計(jì)的抽油機(jī)總質(zhì)量可減輕5％ ，能耗下降10％左右，有著顯著的社會、經(jīng)濟(jì)效益?！　。?） 驅(qū)動抽油機(jī)的電動機(jī)特性研究　　選擇合適的驅(qū)動電動機(jī)是抽油機(jī)設(shè)計(jì)、研究和使用工作者關(guān)注的重點(diǎn)問題。即不僅要求驅(qū)動抽油機(jī)的電動機(jī)節(jié)能，而且要求電動機(jī)的特性使抽油機(jī)的工作狀態(tài)和有桿采抽系統(tǒng)最優(yōu)。研究什么樣的電動機(jī)驅(qū)動抽油機(jī)更為合理，必須建立考慮抽油泵工作狀態(tài)、抽油桿系統(tǒng)振動和抽油機(jī)構(gòu)件慣性的機(jī)器系統(tǒng)動力學(xué)方程，并解決抽油機(jī)動力學(xué)方程與抽油機(jī)波動方程的耦合問題?！　√貏e是電動機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足“三抽” 系統(tǒng)的要求，是國外抽油機(jī)研究人員的普遍共識，這點(diǎn)國內(nèi)在近幾年也得到了普遍承認(rèn)。研究表明，對于驅(qū)動抽油機(jī)的電動機(jī)，片面強(qiáng)調(diào)其節(jié)能是不可取的?！　?2) 小型游梁式抽油機(jī)的設(shè)計(jì)。　　(3) 抽油機(jī)的合理選擇問題。　　(4) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在抽油機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問題?！　?6) 抽油機(jī)主要部件和專用部件，如減速器性能、可靠性、設(shè)計(jì)方法、加工制造等問題的研究。?b. 曲柄軸中心線至中央軸承座中心水平距離 I 大于游梁后臂長度 C，兩者差接近于曲柄半徑 R，即 IC≈R。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使游梁在上下死點(diǎn)時(shí)，連桿兩個(gè)位置之間存在一個(gè)相位夾角，這種機(jī)構(gòu)具有急回特性。 工作原理抽油機(jī)的電動機(jī)通過 V 帶和減速器帶動曲柄做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 節(jié)能原理a. 抽油機(jī)的負(fù)載狀況影響抽油機(jī)的能耗。b. 普通異步電動機(jī)油機(jī)的負(fù)載狀況影響抽油機(jī)的能耗。具有硬特性，適宜拖動均勻負(fù)載。c. 抽油機(jī)工作時(shí)曲柄凈扭矩的波動由懸點(diǎn)載荷與加速度變化引起。在保證沖次不變的情況下，加長上沖程時(shí)間，減少上沖程前半段的加速度變化幅度，使扭矩峰值減??；同理可以使工作下峰值加大。異相型抽油機(jī)通過在曲柄上的偏置角的引入，有利于減少電動機(jī)的額定功率，達(dá)到二者更好的匹配，也可以改善桿件受力情況。所謂的模擬示功圖是指在抽油機(jī)正常的工作條件下，能包容該機(jī)型各種工況，使抽油機(jī)的各項(xiàng)動力性能指標(biāo)受到最惡劣工況考驗(yàn)的示功圖。 圖 模擬示功圖計(jì)算公式：當(dāng) ， 時(shí)??60~?? ?6035??W當(dāng) ， 時(shí)??18 )18(29??當(dāng) ， 時(shí)??24?當(dāng) ， 時(shí)??360~?? )40(15????計(jì)算過程與結(jié)果如下：（1） 時(shí) ，當(dāng) ? KNW6031?（2） 時(shí) ，當(dāng) ?5?? ????????（3） 時(shí) ，當(dāng) ?0 82063 ???（4） 時(shí) ，當(dāng) ? .945064 ???（5） 時(shí) ，當(dāng) ?6?? KNW135 ????????（6） 時(shí) ，當(dāng) )180(29)180(296 ???????（7） 時(shí) ，當(dāng) ??? KN.)()(7 ?????（8） 時(shí) ，當(dāng) ?105 )108(1290)8(298 ????? ????（9） 時(shí) ，當(dāng) ?? KNW)()1(09 ??????（10） 時(shí) ，當(dāng) ?35? )180(129)8(210 ????????（11） 時(shí) ，當(dāng) ??)108(1209)180(291 ???????? ????（12） 時(shí) ，當(dāng) ?65? .)6()(12 ???（13） 時(shí) ，當(dāng) ?80? KN90)180(129)1(913 ???????????（14） 時(shí) ，當(dāng) ?5?W25.)5(630)8(6014????（15） 時(shí) ，當(dāng) ?2 )1802(9)1(35915 ?????????（16） 時(shí) ，當(dāng) ?? )5(603)8(6016 ???（17） 時(shí) ，當(dāng) ?24? KNW)18024(9)1(35917 ?????????（18） ,時(shí)當(dāng) ? )240(18 ??）（ ????（19） ,7時(shí)當(dāng) ?? )(519 ????）（ ???（20） ,28時(shí)當(dāng) ??)4(00 ??? ）（ ???（21） ,3時(shí)當(dāng) ? KN602431)2(1521 ????）（ ????（22） ,時(shí)當(dāng) ?? )4(02 ??）（ ???（23） ,30時(shí)當(dāng) ??? )24(152 ??????）（ ???（24） ,時(shí)當(dāng) ? )0(24? ）（ ????3設(shè)計(jì)與計(jì)算 異相型游梁式抽油機(jī)幾何尺寸參數(shù)計(jì)算 幾何關(guān)系計(jì)算式 ????????hHIarctg?（1） ?????cos22KRJ（2） ????????CPJ2arcos2?（3） ???????Jrs2?（4） ??????????R???inarcs（5） ????（6） ????（7） ??????????CKRPb2arcos2（8） ?????