PAGEPAGEII異相型游梁式抽油機設(shè)計摘要抽油設(shè)備中，以游梁式抽油機最為普遍，數(shù)量也最多。游梁式抽油機具有機構(gòu)簡單、可靠性高等優(yōu)點，因而在油田得到了廣泛應(yīng)用。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，目前，為了增加抽油機的適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟性和先進性，提高抽油效率，減少動力消耗，改善抽油機的運動特性、動力特性與平衡特性。因此國內(nèi)外抽油機的總的發(fā)展趨勢是向著超大載荷，長沖程，低沖次，精確平衡，自動化，智能化，節(jié)能化，高適應(yīng)性方向發(fā)展。異相型游梁式抽油機是油田應(yīng)用最為廣泛的一種節(jié)能型抽油機。它的設(shè)計原理與方法對抽油設(shè)備具有通用性。本文介紹了異相型游梁式抽油機工作原理與節(jié)能原理，進行了運動學和動力學分析計算、平衡計算。為此，將曲柄回轉(zhuǎn)運動分成24等分，逐點計算懸點的光桿因數(shù)、扭矩因數(shù)、加速度、載荷值；曲柄扭矩計算、平衡率計算及交變載荷系數(shù)計算等。由于計算工作量大，在手算基礎(chǔ)上采用了計算機的Excel軟件優(yōu)選了抽油機的幾何尺寸。對主要部件進行了選擇計算，合理選擇電動機和雙圓弧齒輪減速器，設(shè)計了窄V帶傳動裝置。最后對各結(jié)構(gòu)進行了應(yīng)力和強度校核。設(shè)計顯示：如果異相型游梁式抽油機的幾何尺寸得到優(yōu)化，節(jié)能效果是顯著的。關(guān)鍵字：異相型抽油機，扭矩因數(shù)，懸點載荷，凈扭矩AbstractPumpingequipment,withthemostcommonbeampumpingunit,alsomost.beampumpingunithastheadvantagesofsimplestructure,highreliability,andhasbeenwidelyappliedinthefield.Alongwiththedevelopmentofthepetroleumindustry,now,inordertoincreasetheadaptabilityofthepumpingunit,reliability,economyandadvanced,improvetheefficiencyofoil,reducepowerconsumption,improvethemotioncharacteristicsandpumpingdynamiccharacteristicsandbalance.Sothegeneraldevelopmenttrendandpumpingunitislargeload,andlongstroketoflushtimes,lowprecisionbalance,automation,energysaving,intelligent,andhighadaptability.Out-of-phasetypebeampumpingunitisthemostwidelyusedoilpumpingunitisanenergy-saving.It'sdesignprincipleandmethodofpumpingequipment.Thepaperintroducesthebeampumpingunittypeout-of-phaseworkingprincipleandtheenergysavingprinciple,kinematicsanddynamicsanalysisandcalculation,theequilibriumcalculation.Therefore,willturnintotwenty-fourequalcrankmovementpoint,thecalculationofstrengthfactor,hangingpointtorquefactor,acceleration,loadvalue,Cranktorquecalculation,balanceratioandalternatingloadcoefficientcalculation,etc.Duetothebigworkloadiscalculatedbasedonthehand,usingcomputersExceltheoptimumgeometricdimensionofthepumpingunit.Thechoiceofmaincomponents,reasonablechoiceofdoublecircular-arcgearreducermotorsandnarrow,designtheVbelttransmissiondevice.Finallythestressonthestructureandintensity.Designshowsthat:ifout-of-phasetypebeampumpingunit,theoptimizedgeometrysizeenergy-savingeffectisremarkable.Keywords:Out-of-phasetypeunit,torquefactor,hangingpointload,nettorquePAGE46目錄前言 11概述 31.1國內(nèi)外抽油機技術(shù)發(fā)展概況 31.2抽油機的類型與結(jié)構(gòu)及主要參數(shù) 31.2.1抽油機的類型 31.2.2抽油機的結(jié)構(gòu) 41.2.3游梁式抽油機主要參數(shù) 71.3近幾年抽油機的研究重點及研究中應(yīng)重視的問題 71.3.1抽油機的研究重點 71.3.2抽油機研究中應(yīng)該重視的問題 101.4異相型游梁式抽油機特、點工作原理與節(jié)能原理 111.4.1異相型游梁式抽油機特點 111.4.2工作原理 111.4.3節(jié)能原理 112設(shè)計數(shù)據(jù) 132.1設(shè)計數(shù)據(jù) 132.2抽油機幾何結(jié)構(gòu)尺寸 132.3抽油機模型示功圖: 133設(shè)計與計算 173.1異相型游梁式抽油機幾何尺寸參數(shù)計算 173.1.1幾何關(guān)系計算式 173.1.2符號含義 173.1.3各個點參數(shù)計算 183.1.4扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)計算 213.2抽油機運動學計算 233.2.1光桿（懸點）加速度計算式 233.2.2加速度計算 233.2.3加速度曲線 243.3抽油機動力學計算 243.3.1懸點載荷計算式 243.3.2減速器扭矩計算 263.3.3曲柄軸凈扭矩曲線 273.3.4平衡率、交變載荷系數(shù)CLF的計算 273.4傳動系統(tǒng)設(shè)計 273.4.1電動機的計算與選擇 273.4.2計算傳動比及減速器的選擇 293.4.3傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算及窄V帶選擇 314抽油機的各部件的強度計算與校核 364.1連桿的應(yīng)力分析與強度校核 364.2游梁的應(yīng)力分析及強度校核 384.3滾動軸承的選擇和壽命計算 404.3.1選取軸承并計算軸承支反力 404.3.2計算當量載荷 414.3.3計算軸承壽命 425結(jié)論 436謝辭 447參考文獻 46異相型游梁式抽油機設(shè)計前言本設(shè)計通過對異相型游梁式抽油機的優(yōu)化設(shè)計，改進了以往常規(guī)型抽油機的高能耗、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。使抽油機在采油過程中增加抽油機的適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟性和先進性，降低抽油機的載荷變化范圍，提高抽油效率，減少動力消耗，提高抽油機的平衡效果，從而增加采油量，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟價值。異相型游梁式抽油機在油田中廣泛應(yīng)用，在創(chuàng)造價值的同時也存在著問題，在尺寸設(shè)計方面可能一開始不能很好把握尺寸大小的選擇，在選擇電動機和減速器時需要在精確計算的前提下認真選擇，對各部件及零件的選擇也需要達到應(yīng)力和強度上的要求，盡量保證了選材的合理性，畢竟時代在進步，在節(jié)能、設(shè)計構(gòu)造和生產(chǎn)率方面還需改進。但是設(shè)計顯示了如果異相型游梁式抽油機的幾何尺寸得到優(yōu)化，節(jié)能效果是顯著的。因此要想是異相型游梁式抽油機達到更好的抽油和節(jié)能效果需要更進一步的優(yōu)化設(shè)計。本課題的指導思想是：1.作為一項對大學所學知識的檢驗，主要目標是通過本課題的設(shè)計，了解設(shè)計一個課題所要掌握的有關(guān)機械方面的基礎(chǔ)知識、基本理論和基本方法。2.本課題的另一個重要目標是通過課題的設(shè)計，加深對課程設(shè)計等時間環(huán)節(jié)的訓練，加深對材料力學和理論力學知識的掌握程度，正確運用學科基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)分析和解決抽油機設(shè)計實際工程問題的基本能力，這是本設(shè)計的著力點。3.考慮到當今國內(nèi)外抽油機技術(shù)的迅速發(fā)展，本設(shè)計介紹了異相型游梁式抽油機的工作原理及節(jié)能原理，通過設(shè)計對石油機械制造技術(shù)的發(fā)展有一個全面的了解和正確的認識。4.通過對設(shè)計參數(shù)的大量計算，并且編制程序，計算機求解，最終得到比較優(yōu)化的設(shè)計參數(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)計的主要內(nèi)容包括：綜述了國內(nèi)外的抽油機技術(shù)發(fā)展概況；簡介了抽油機的類型和結(jié)構(gòu)；介紹了異相型游梁式抽油機的工作原理及節(jié)能原理；對抽油機幾何參數(shù)計算；運動學（光桿位移、速度、加速度）計算；動力學（曲柄扭矩）計算；傳動參數(shù)（電動機、帶傳動、減速機）選擇計算；游梁及支承、連桿等零件的強度計算；繪制總裝配圖與主支承、橫梁與連桿連接部件圖；編寫設(shè)計說明書。本設(shè)計由遼寧石油化工大學，機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)0901班宗鑫完成，由機械工程學院李萍老師指導。1概述1.1國內(nèi)外抽油機技術(shù)發(fā)展概況我國抽油機發(fā)展已有50多年的歷史。20世紀50年代以進口為主，修配為輔，主要是進口前蘇聯(lián)CKH常規(guī)型游梁式抽油機。60-70年代，在仿蘇的基礎(chǔ)上制造常規(guī)型游梁式抽油機。1975年以后制定并完善了國產(chǎn)抽油機技術(shù)標準。80年代起抽油機實現(xiàn)了全部國產(chǎn)化，不僅滿足自給，而且有部分出口。在此期間，我國抽油機技術(shù)有了飛躍發(fā)展，瞄準世界先進水準。隨著科技的進步，抽油機亦有很大的發(fā)展，出現(xiàn)很多新型品種，如繩索滑輪式、旋轉(zhuǎn)驢頭式、大輪式等游梁式長沖程抽油機。從設(shè)計方法學功能分析的角度講，抽油機的基本功能相對簡單，必然吸引著各行各業(yè)的專家對抽油機進行研究，形成了石油系統(tǒng)內(nèi)外部抽油機專業(yè)廠、非專業(yè)廠一起生產(chǎn)、試制新型抽油機和對抽油機進行研究的百花齊放的局面。在世界范圍內(nèi)，研究開發(fā)與應(yīng)用抽油機已有100多年的歷史。在這百余年采油實踐中，抽油機發(fā)生了很大變化，特別是近20年來，世界抽油機技術(shù)發(fā)展較快，先后研究開發(fā)了各種新型抽油機，為更經(jīng)濟有效地開采石油作出了卓越貢獻。起特點是：增強了抽油機的適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟性、和先進性；改善了稠油此乃功能，降低了抽油機載荷與載荷變化范圍，提高了抽有效率，減少了動力消耗；提高了抽油機平衡效果，改善了抽油機的運動特性、動力特性與平衡特性；增大了抽油機的適用范圍，減小了抽油機體積和質(zhì)量，強化了抽油機自動化與智能化程度。1.2抽油機的類型與結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)1.2.1抽油機的類型抽油機的主要類型有:游梁式抽油機、寬帶式抽油機、鏈條式抽油機、數(shù)控抽油機、液壓抽油機、長沖程抽油機、節(jié)能抽油機、計算機控制的抽油機、以及采用柔性構(gòu)件作傳動的抽油機等。其中游梁式抽油機應(yīng)用最為普遍，其特點是:游梁式抽油機結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維修方便。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，皮實耐用。而其它類型的抽油機一般僅局限在特定的服役條件下才能發(fā)揮它們的優(yōu)點。1.2.2抽油機的結(jié)構(gòu)抽油機主要由底座,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,電機裝置和剎車裝置等部件組成。圖1.1抽油機結(jié)構(gòu)簡圖1—底座；2—支架；3—懸繩器；4—驢頭；5—游梁；6—橫梁軸承座；7—橫梁；8—連桿；9—曲柄銷裝置；10—曲柄裝置；11—減速器；12—剎車保險裝置；13—電動機；14—剎車裝置圖1.2抽油機幾何關(guān)系簡圖a.底座:有底盤,機座兩部分組成.底盤由工字鋼,槽鋼組焊而成.機座由鋼板焊成箱形結(jié)構(gòu)，機座上安裝減速器，底盤前端安裝支架，后端安裝電機裝置，底座和機座兩端各打有中心線標記，以安裝找正時使用。b.懸繩器：是驢頭與光桿相互聯(lián)接的部件。是由光桿卡瓦、支架、鋼絲繩組成。鋼絲繩穿入錐套，并用鋅澆結(jié)成一體，錐套承受全部載荷。c.支架：由型鋼組焊而成。支架下端與底座連接。支架配有梯子，供安裝和檢修使用。支架可根據(jù)用戶要求提供塔式構(gòu)架。三角支架或三點式支架。d.驢頭：由鋼板組焊而成，撤掉左（或右）側(cè)兩個銷軸時可使驢頭向右（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。e.游梁：由鋼板組焊而成，前端與驢頭連接，后端與橫梁連接；中部有四個長孔，固定在游梁支承上，靠四個調(diào)整螺栓對游梁進行微調(diào)，使驢頭懸點對準井口中心。f.橫梁：由鋼板組焊而成箱型截面梁，其上裝有支座，由芯軸，軸承座和一個雙列向心球面滾子軸承組成。g.連桿裝置：由無縫鋼管和上、下接頭組焊而成的連桿，連桿銷，曲柄銷及曲柄銷軸承座組成。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。h.曲柄裝置：兩個曲柄裝置對稱的固裝在減速器的從動軸上，曲柄上有若干個直徑相同的曲柄銷孔，將曲柄銷緊固在不同的曲柄銷孔里，既可得到不同沖程長度。曲柄裝配有齒條，用來調(diào)節(jié)平衡塊在曲柄上的位置。i.減速器：減速器為分流式兩極圓弧齒輪傳動機構(gòu)，其技術(shù)規(guī)范如前所述。減速器由電機通過七根窄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。主動軸一端安裝有大袋輪，另一端安裝剎車裝置，主動軸和中間軸為齒輪軸。齒輪采用鍵和過盈配合與軸相聯(lián)接。從動軸每端開有兩個互為90°的鍵槽，抽油機工作相當時期后，將曲柄轉(zhuǎn)過90°與新的鍵槽配合，使最大負載移到磨損較小的齒上，從而延長使用壽命。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)。箱體部分涂有密封膠。j.游梁支承：是由軸、軸承座和兩個單列向心、短圓柱滾子軸承組成，軸承座與游梁相連結(jié)。k.電機裝置：電機裝在導軌上，導軌緊固在電機底座上。電機相對底座可前后移動。前后左右四個方向調(diào)整距離，電機的軸端靠錐套或鍵可安裝不同直徑的小帶輪，使抽油機獲得不同的沖次。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。這兩種形式都可平移可靠地剎住轉(zhuǎn)軸。1.2.3游梁式抽油機主要參數(shù)a.懸點載荷：抽油機驢頭懸點的實際載荷。b.額定懸點載荷：抽油機正常工作允許的最大的懸點載荷。c.光桿的最大沖程：調(diào)節(jié)抽油機的沖程調(diào)節(jié)機構(gòu)使光桿獲得的最大位移。d.最高沖次：調(diào)節(jié)帶傳動的傳動比最小時的沖次數(shù)。e.減速器的扭矩：減速器輸出軸允許的最大扭矩。1.3近幾年抽油機的研究重點及研究中應(yīng)重視的問題1.3.1抽油機的研究重點近幾年，在抽油機工作狀況和載荷特性研究、抽油機性能有略的評價方法、游梁式抽油機優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型的研究、驅(qū)動抽油機的電動機特性研究、抽油機分類方式的研究、抽油機的模塊化設(shè)計研究、新設(shè)計理論在抽油機設(shè)計中的應(yīng)用、抽油機平衡最佳條件的研究、對二次平衡技術(shù)的認識、新機型的研制、現(xiàn)有抽油機的增強改造以及抽油機主要零部件的研究等科研成果中取得較大進展。（1）抽油機工作狀況和載荷特性研究抽油機所承受的載荷，是設(shè)計、評價抽油機的依據(jù)，是進行抽油機研究、設(shè)計、分析必須首先解決的問題。抽油機的工作狀況為，24h野外連續(xù)運轉(zhuǎn)，無人看守，工作環(huán)境惡劣。改變了過去認為抽油機工作環(huán)境較優(yōu)、容易滿足的認識，這對減少新型抽油機設(shè)計的失誤，提高新型抽油機的刨新成功率，有著重要的意義。在研究普通抽油機載荷和工作特性的基礎(chǔ)上，對某些專用抽油機工作特性的研究也取得了長足的進展。已經(jīng)逐漸認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。如對稠油等特殊油藏，抽油機的懸點承載能力要大，減速器的扭矩要大，但平衡重可相對減小，這時以配備大減速器的常規(guī)游梁式抽油機為佳。設(shè)計或分析抽油機的性能，對抽油機的優(yōu)劣進行評價時，需要給定抽油機懸點所承受的載荷，即給定抽油機的懸點示功圖，因此提出了“模型示功圖”的概念。（2）游梁式抽油機優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型的研究游梁式抽油機是油田應(yīng)用最多的抽油機機型，也是油田的耗能、費用支出大項。因此以設(shè)計性能優(yōu)良、滿足油田要求、制造成本低、運動動力性能優(yōu)、節(jié)能效果好的抽油機占領(lǐng)市場一直是抽油機生產(chǎn)廠家和研究單位追求的目標，許多學者進行抽油機結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計研究就是為達到這一目標而展開的。從1984年開始經(jīng)過近20年的研究，特別是近l0年的研究，人們對抽油機優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型已經(jīng)有了較清楚的認識，這對促進抽油機設(shè)計水平的提高具有重要意義。首先，在進行抽油機優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)該取抽油機的主參數(shù)作為優(yōu)化設(shè)計變量，即設(shè)計變量除包含抽油機的桿長等結(jié)構(gòu)參數(shù)外，還應(yīng)包平衡參數(shù)等。在選取尋優(yōu)目標函數(shù)時，除考慮運動參數(shù)的優(yōu)選外，還必須進行動力參數(shù)的優(yōu)化。一般應(yīng)按照“能耗要小、質(zhì)量要輕、練臺性能指標要合理的多目標函數(shù)尋優(yōu)準則進行。同時，人們的設(shè)計實踐表明：選擇不同的抽油機“模型示功圖”作為設(shè)計抽油機的標準，所設(shè)計出的抽油機結(jié)構(gòu)尺寸和平衡參數(shù)，抽油機的運動、動力性能是有區(qū)別的，因此在進行抽油機的優(yōu)化設(shè)計前，有必要先對所設(shè)計抽油機的應(yīng)用場合進行調(diào)研，按照其主要應(yīng)用油田的示功圖特性，選擇合理的設(shè)計模型示功圖，再進行抽油機參數(shù)的優(yōu)選。對于抽油機優(yōu)化設(shè)計算法的選取，普遍認為：選用在非劣解中尋優(yōu)解的算法較為臺適。這主要是因為抽油機優(yōu)化設(shè)計是一多目標優(yōu)化設(shè)計問題，在按照某一個或少數(shù)幾個目標確定的最優(yōu)解，有可能使其他性能指標嚴重變形，這樣首先確定若干非劣解，就為設(shè)計人員進行分析和優(yōu)選創(chuàng)造了更為廣泛的選擇空問。利用上述方法和理論建立的優(yōu)化算法所設(shè)計的抽油機，一般比采用常規(guī)技術(shù)設(shè)計的抽油機總質(zhì)量可減輕5％，能耗下降10％左右，有著顯著的社會、經(jīng)濟效益。因此，抽油機優(yōu)化設(shè)計技術(shù)應(yīng)該在抽油機生產(chǎn)廠家廣泛推廣。（3）驅(qū)動抽油機的電動機特性研究選擇合適的驅(qū)動電動機是抽油機設(shè)計、研究和使用工作者關(guān)注的重點問題。抽油機的扭矩特點是渡動較大，且存在負扭矩，這就要求驅(qū)動抽油機的電動機，不僅電動機本身在較寬的載荷率下工作效率較高，而且更重要的是符合抽油機的載荷狀態(tài)，使抽油機懸點加速度變化趨于均勻，抽油機主要構(gòu)件如連桿、支架的受力，特別是減速器承受的扭矩有所改善，平衡效果變優(yōu)。即不僅要求驅(qū)動抽油機的電動機節(jié)能，而且要求電動機的特性使抽油機的工作狀態(tài)和有桿采抽系統(tǒng)最優(yōu)。這點，已經(jīng)得到大多數(shù)研究人員和油田工程師的認可。研究什么樣的電動機驅(qū)動抽油機更為合理，必須建立考慮抽油泵工作狀態(tài)、抽油桿系統(tǒng)振動和抽油機構(gòu)件慣性的機器系統(tǒng)動力學方程，并解決抽油機動力學方程與抽油機波動方程的耦合問題。驅(qū)動抽油機的電動機，應(yīng)該具有以下特點：①在低負載率時效率要比較高；②電動機的機械特性應(yīng)該與抽油機的工作要求相匹配，一般認為特性較軟對“三抽”系統(tǒng)有利；③要有一定承受過載的能力；④啟動力矩要大；⑤適合于野外工作；⑥能防止從電動機上竊電；⑦有利于抽油機的平衡。特別是電動機的機械特性應(yīng)滿足“三抽”系統(tǒng)的要求，是國外抽油機研究人員的普遍共識，這點國內(nèi)在近幾年也得到了普遍承認。近幾年，各種專為抽油機設(shè)計的電動機或多或少地解決了上述問題。研究表明，對于驅(qū)動抽油機的電動機，片面強調(diào)其節(jié)能是不可取的。1.3.2抽油機研究中應(yīng)該重視的問題目前抽油機的研究中，下面幾個問題值得引起我們重視：(1)抽油機機型的選擇原則和優(yōu)劣評價問題什么樣的抽油機能夠滿足油田的需要，評價的標準是什么，這些標準的可操作性等問題，應(yīng)該引起設(shè)計、研究人員的重視。(2)小型游梁式抽油機的設(shè)計。目前，不同的油田使用不同的抽油機，已經(jīng)成為油田工程師的共識，這樣，設(shè)計小型的長沖程抽油機，滿足油田的需要，研究小型長沖程抽油機的設(shè)計規(guī)律，應(yīng)該成為設(shè)計人員重視的問題。(3)抽油機的合理選擇問題。油田特別是新建油田按照什么原則選擇抽油機機型，應(yīng)該是抽油機工作者和油田開發(fā)工程師共同關(guān)心的問題。(4)現(xiàn)代設(shè)計方法在抽油機設(shè)計中的應(yīng)用問題。(5)拖動抽油機電動機的最佳性能研究問題。(6)抽油機主要部件和專用部件，如減速器性能、可靠性、設(shè)計方法、加工制造等問題的研究。1.4異相型游梁式抽油機特點工作原理與節(jié)能原理1.4.1異相型游梁式抽油機特點a.曲柄中心線和平衡重中心線偏離一個相位角。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I-C≈R。結(jié)構(gòu)上看，加大了力臂減小了連桿拉力，增大抽油機最大承載能力，扭矩因數(shù)下降。這種結(jié)構(gòu)特點使游梁在上下死點時，連桿兩個位置之間存在一個相位夾角，這種機構(gòu)具有急回特性。c.曲柄順時針方向選轉(zhuǎn)，保證上沖程時間長.下沖程時間短。1.4.2工作原理抽油機的電動機通過V帶和減速器帶動曲柄做旋轉(zhuǎn)運動。曲柄—連桿—游梁—支承架四桿機構(gòu)將這一運動轉(zhuǎn)化為驢頭的變速上下往復運動，通過鋼絲繩和抽油桿帶動抽油泵柱塞做變速的上下往復運動，實現(xiàn)油井開采。1.4.3節(jié)能原理a.抽油機的負載狀況影響抽油機的能耗。常規(guī)型抽油機加在曲柄的凈扭矩成周期變化，有時對電機做功，這樣的負載不利于普通電動機的正常工作，是電機高能耗原因。b.普通異步電動機油機的負載狀況影響抽油機的能耗。常規(guī)型抽油機加在曲柄的凈扭矩成周期變化，有時對電機做功，這樣的負載不利于普通電動機的正常工作，是電機高能耗原因。具有硬特性，適宜拖動均勻負載。常規(guī)型抽油機的負載狀況不理想，就形成了它能耗高特性，而異相型抽油機在這方面得到改進。c.抽油機工作時曲柄凈扭矩的波動由懸點載荷與加速度變化引起。通過改變抽油機桿件尺寸的配比，使運動規(guī)律改變，減小工作扭矩曲線的峰值。在保證沖次不變的情況下，加長上沖程時間，減少上沖程前半段的加速度變化幅度，使扭矩峰值減小；同理可以使工作下峰值加大。同時可以改變工作扭矩的形狀。異相型抽油機通過在曲柄上的偏置角的引入，有利于減少電動機的額定功率，達到二者更好的匹配，也可以改善桿件受力情況。2設(shè)計數(shù)據(jù)2.1設(shè)計數(shù)據(jù)懸點最大載荷：沖程：沖次：2.2抽油機幾何結(jié)構(gòu)尺寸：（單位：mm）2.3抽油機模型示功圖:在設(shè)計抽油機之前，首先要確立抽油系統(tǒng)的地面示功圖，它是抽油機動力分析的起始條件。所謂的模擬示功圖是指在抽油機正常的工作條件下，能包容該機型各種工況，使抽油機的各項動力性能指標受到最惡劣工況考驗的示功圖。以現(xiàn)場實際示功圖為基礎(chǔ)，運用多元統(tǒng)計分析理論，結(jié)合理論研究成果和現(xiàn)場試驗，給出了一種能預測在正常稀油工況下油井地面示功圖參數(shù)的方法。圖2.1模擬示功圖計算公式：當，當，當，當，計算過程與結(jié)果如下：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）（15）（16）（17）（18）（19）（20）（21）（22）（23）（24）3設(shè)計與計算3.1異相型游梁式抽油機幾何尺寸參數(shù)計算3.1.1幾何關(guān)系計算式（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）3.1.2符號含義A：游梁前臂長度，等于驢頭弧面半徑與鋼絲繩半徑之和，m；C：游梁后臂長度，等于游梁支承中心到橫梁軸承中心的距離，m；P：連桿長度，等于橫梁軸承中心的曲柄銷軸承中心的距離，m；R：曲柄半徑，等于減速器輸出軸中心到曲柄銷軸承中心的距離，m；K：極距，等于減速器輸出軸中心到游梁支承中心的距離，m；H：游梁支承中心到底座底部的高度，m；I：游梁支承中心到減速器輸出軸中心的水平距離，m；J：曲柄銷軸承中心到游梁支承中心的距離，m；h：減速器輸出軸到底座底部的高度，m；：K與曲柄中心線（減使器輸出軸中心與曲柄銷軸承中心的連線）的夾角，常規(guī)型和異相型游梁式抽油機等于K與曲柄中心線在12點鐘位置時的夾角，前置型和氣平衡游梁式抽油機等于K與曲柄中心線在6點鐘位置時的夾角，（°）；：曲柄角，觀察時，井口在右側(cè)，常規(guī)型和異相型游梁式抽油機為曲柄中心線從12點鐘位置開始，按順時針方向的旋轉(zhuǎn)角；氣平衡游梁抽油機為曲柄中心線從6點鐘位置開始，按順時針方向的旋轉(zhuǎn)角；前置型游梁式抽油機為曲柄中心線從6點鐘位置開始，按逆時針方向的旋轉(zhuǎn)角，（°）；：C和P之間的夾角，（°）；：P和R之間的夾角，（°）；：異相型游梁式抽油機的曲柄平衡重臂中心線與曲柄中心線的偏移角，（°）；：C和K之間的夾角，（°）；：光桿在最高位置時，C和K之間的夾角，（°）；：光桿在最低位置時，C和K之間的夾角，（°）；：游梁處于上、下死點兩極限位置，游梁前后位置變化的夾角，（°）；：C和J之間的夾角，（°）；：K和J之間的夾角。C、J在K的兩側(cè)為正值，在K的同側(cè)為負值，（°）。3.1.3各個點參數(shù)計算當時，當=時，當=時，其余詳見表3.1.表3.1015.566977253.94550088877.6845263469.391373271514.062035913.74993812172.3028873973.80418513013.152648763.62665807168.9743068476.627343654512.900789023.59176683968.0396954277.434392936013.323620533.65015349469.6054155276.086042037514.3923283.79372218373.4960776472.810441519016.034080814.00425783579.3303762568.0751681410518.13699624.25875524186.6508902562.3831641612020.557763984.53406704695.0175366256.1495063813523.131412834.809512743104.037324249.6826597215025.682552845.067795658113.346500643.2212200316528.037328035.295028615122.560800136.9896358918030.035264385.480443813131.192728131.2663488219531.540205845.616066759138.528460226.4705998121032.449593125.696454434143.522104323.2348661822532.701452995.718518426145.011171422.2738853724032.278621635.681427781142.540475723.869301325531.209914285.586583417136.834503727.5732284627029.568161585.437661407129.082991132.6564262228527.465246275.240729555120.246385438.541747930025.044478545.004445877110.967548644.854837131522.47082974.740340674101.69757551.3384611433019.919689674.46314795592.809134157.7704394534517.564914424.19105170884.6698515263.899227310-10.61591180.00728428200.781033615-7.67749297281.48167807181.873788430-3.8096470880.43699073162.5005205450.56593957376.86845336142.9973717604.86398230471.22205973123.9166982758.52566212264.28477939105.870089011.1892787456.885889489.3054886110512.7331843349.6499798374.3900930412013.2129492242.9365571661.0433167413512.7739564336.9087032949.0352504515011.5881085831.6331114638.068835051659.82125937927.1683765127.818399611807.62144814923.6449006717.926851691955.11786177821.352738037.9704211692102.42435590620.81051027-2.578162432225-0.35545915222.62934452-14.2702611240-3.12276148926.99206278-27.37823851255-5.77803049433.35125895-41.72501438270-8.21555907240.87198529-56.95580067285-10.3180368448.85978474-72.80460693300-11.9516984156.80653552-8912.963579364.30204044-105.9111616330-13.1845437170.95498316-123.1466598345-12.4452621976.3444895-140.8964363.1.4扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)計算公式：（10）（11）當時，當時，當時，其余數(shù)據(jù)詳見表3.2表3.2扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)及加速度計算數(shù)據(jù)00.024471499-0.6979776820.608517956150.000200728-0.0659666590.704996381300.0173978750.6191597630.709879927450.0761414441.2472470310.583755621600.1690896971.7016264030.358057388750.2832879141.9281683710.122360692900.4050849311.955656303-0.0516325731050.524199041.85426276-0.1492195621200.6347122191.688180227-0.1919357751350.7339398891.495990344-0.2083872111500.8207841791.290795425-0.2228333511650.8942805271.064205623-0.256889311800.9522823140.786170683-0.3350612121950.9900148080.402426588-0.4805393892100.998940704-0.145422049-0.6638634122250.968999918-0.826208823-0.7246719272400.89718292-1.45321979-0.5585451482550.79250085-1.869865539-0.3168164322700.668698221-2.075541836-0.1247215172850.537206857-2.1254162870.0135401013000.406391216-2.05804520.1252494333150.283003771-1.8875528930.2324480653300.173486185-1.6111647440.3485859833450.084766689-1.2175076810.4777246533.2抽油機運動學計算3.2.1光桿（懸點）加速度計算式（12）式中：——曲柄角速度，。3.2.2加速度計算當時，當時，當時，其余數(shù)據(jù)祥見表3.23.2.3加速度曲線：圖3.1加速度曲線3.3抽油機動力學計算3.3.1懸點載荷計算式（13）式中：——懸點載荷，KN；——吊重，KN；——結(jié)構(gòu)不平衡重，KN；——重力加速度，；a——最大運動加速度，。當當當其余詳見表3.3表3.3凈扭矩計算結(jié)果06565.31876064-43.14811526-31.1867531-11.961362161573.7575.30367304-4.73664847.850393303-12.58704173082.584.7225014550.2897047846.352548393.937156394591.2592.97699549111.59991781.6958540229.9040629660100100.0257692164.2507974111.471722452.779075017598.7596.43927101179.2025628133.650977445.551585479097.593.50474879176.0183543146.722139429.2962149210596.2591.33774343162.8742565149.794430413.07982611209589.70794659145.5345508142.65847892.876071913593.7588.3309239126.906243125.80058821.10565481215092.586.97630937107.7508382100.36959557.38124268616591.2585.4497921587.211429668.0985810519.112848551809083.5425719662.927123531.1867609631.7403625319581.2573.937557428.34594591-7.85038527536.1963311821072.564.32585965-8.845421162-46.3525407537.5071195922563.7555.79474657-43.20638101-81.6958472738.489466262405548.56478826-65.48904213-111.47171745.9826748825556.2551.04468706-88.90217191-133.650973744.748801827057.553.31275899-103.3884653-146.722137743.3336724628558.7555.32633577-110.1525382-149.794430939.641892693006057.22210133-110.5625128-142.658481432.0959686631561.2559.11978324-104.9852828-125.800592620.815309833062.561.0986299-92.80088177-100.36960157.56871973834563.7563.18703167-72.66941953-68.09858821-4.5708313243.3.2減速器扭矩計算（1）減速器凈扭矩計算式（14）式中：——減速器凈扭矩，——扭矩因數(shù)：給定曲柄轉(zhuǎn)角時，由四桿機構(gòu)尺寸決定的純光桿扭矩與純光桿載荷之比；——懸點載荷，；——結(jié)構(gòu)不平衡重，；本設(shè)計——曲柄平衡重產(chǎn)生的最大力矩（最大平衡扭矩），；本設(shè)計——平衡偏置角（）；本設(shè)計，注意：值計算結(jié)果為負時，僅表示扭矩方向與規(guī)定的旋向相反。（2）扭矩計算當當當其余計算數(shù)據(jù)詳見表3.3（3）曲柄軸均方根扭矩和平均扭矩：3.3.3曲柄軸凈扭矩曲線圖3.2曲柄凈扭矩曲線3.3.4平衡率、交變載荷系數(shù)CLF的計算平衡率應(yīng)在70%以上，平衡計算式如下：式中：——平衡率；——上沖程時，減速器最大凈扭矩，；——下沖程時，減速器最大凈扭矩，；計算公式：計算結(jié)果：，3.4傳動系統(tǒng)設(shè)計3.4.1電動機的計算與選擇電動機選擇參數(shù)：，利用均方根扭矩選擇電動機的額定功率：（=30.16901735KNm）因為：所以：根據(jù)查《新編機械設(shè)計手冊》1120頁表27-3選用Y系列電動機，額定功率：,。根據(jù)《新編機械設(shè)計手冊》1120，1122和1123頁續(xù)表查出電機的各項參數(shù)如下表：表3.4電動機各項參數(shù)型號額定功率/KW滿載時堵轉(zhuǎn)電流—額定電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩—額定轉(zhuǎn)矩飛輪矩/質(zhì)量/kg轉(zhuǎn)速/(r/min)額定電流/A效率(%)功率系數(shù)Y225S-818.573041.389.50.766.01.74.91266機座號安裝尺寸DEFGHAA/2BCK225S60m6140185335617828614919外形尺寸ABACADHDL435450345530820電動機中心高，外伸軸段3.4.2計算傳動比及減速器的選擇（1）抽油機的總傳動比（2）選減速器暫取則根據(jù)傳動比及計算高速軸許用功率，查《機械設(shè)計手冊第3卷》18—108表18.1-110，得中心距，公稱傳動比，根據(jù)18—105表18.1-107選減速器型號為：ZLSH650—31.5—Ⅱ。根據(jù)《機械設(shè)計手冊第3卷》18—105表18.1-107和18—109表18.1-110查出減速器的各項參數(shù)如下表：表3.5減速器的外形尺寸單位（）：(摘自JB1586-1975、JB1130-70)規(guī)格型號中心矩中心高輪廓尺寸B1aa1a2H0HLBZLSH6506502504009161300500500B2L1L2L3H1地腳螺釘d數(shù)量B31101025820538M308420地腳螺釘高速軸SL4L5L6L7lDbt5539532520085501653.5395S1低速軸TT1D2最大重量/kgl1D1b1t140614011032116.547029075980（3）帶的傳動比3.4.3傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算及窄V帶的選擇0軸（即電動機的輸出軸）：,Ⅰ軸（減速器的高速軸）：Ⅱ軸（減速器的低速軸）： Ⅲ軸（曲柄轉(zhuǎn)軸）：（1）計算功率：由資料《新編機械手冊》345頁表10-1查得，由347頁表10-4V帶傳動的設(shè)計方法和步驟得：—工況系數(shù)（2）選擇帶型：根據(jù)，，由《新編機械手冊》348頁圖10-1選用SPA型窄V帶。（3）確定小帶輪基準直徑和大帶輪基準直徑：根據(jù)資料348頁圖10-1和資料353頁表10-7選取小帶輪基準直徑為：，且。大帶輪基準直徑為：按資料354頁表10-7選取標準值，則實際傳動比i、從動輪的實際轉(zhuǎn)速分別為：從動輪的轉(zhuǎn)速誤差率為：在以內(nèi)，為允許值。（4）驗算帶速：帶速在～范圍內(nèi)（窄V帶）（5）初定中心矩：由資料[1]122頁式(8.14)得,取確定帶的計算基準長度：按資料346頁表10-2選取標準值實際中心距為：中心距的變動范圍為：（6）校驗小帶輪包角：（7）確定V帶根數(shù)：根據(jù)、.查資料351頁圖10-4得，功率增量為：由資料353頁表10-6查得帶長系數(shù)，由資料352頁圖10-5查得包角系數(shù)，得V帶根數(shù)：圓整得.（8）求單根V帶的初拉力及帶輪軸上的壓力：由《新編機械設(shè)計手冊》345頁表10-1查得SPA型窄V帶的每米長質(zhì)量，根據(jù)資料347頁式得單根V帶的初拉力為：作用在軸上的壓力為：（9）帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸：由Y225S—8電動機軸外伸尺寸，可得小帶輪的孔，輪轂長，且結(jié)構(gòu)為輻板式。按《新編機械設(shè)計手冊》358頁表10-8得到輪緣和輪槽的尺寸，并查表10-9，得小帶輪結(jié)構(gòu)為實心輪，小帶輪的詳細尺寸及結(jié)構(gòu)見圖10-7。大帶輪尺寸及結(jié)構(gòu)省略。4抽油機的各部件的強度計算與校核4.1連桿的應(yīng)力分析與強度校核抽油機的連桿連接曲柄裝置與橫梁。通常連桿為無縫鋼管，連桿在抽油機工作時，承受拉力或壓力。連桿在不同位置時，所受的力大小不同。圖4.1抽油機結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)示功圖選擇懸點載荷最大位置，即,時，游梁上作用力有懸點載荷,連桿作用力，由于加入不平衡重所以有力矩平衡式：，其中式中關(guān)于的計算：當時，根據(jù)上述Excel計算結(jié)果可知，，，,。連桿的橫截面積：取外徑，壁厚的無縫鋼管，連桿截面圖如下：圖4.2連桿截面圖許用應(yīng)力：式中：——安全系數(shù)取2故：取連桿材料Q235即可滿足強度要求。4.2游梁的應(yīng)力分析及強度校核游梁是異相型抽油機的重要承載構(gòu)件。異相型抽油機游梁的工作應(yīng)力最大點發(fā)生在懸點載荷最大時。游梁處于此位置時，在游梁上作用力有懸點載荷，連桿作用力,以及驢頭和游梁總重。此時抽油機的受力分析簡圖如下：其中：；4.3總體受力簡圖當，時，4.4游梁截面圖最大彎矩發(fā)生在支架支撐處O點截