1、5. 靜力示功圖 （表示做功的圖）,定義：上、下沖程懸點載荷隨位移（沖程）變化規(guī)律。 上沖程載荷： 下沖程載荷： 抽油桿在油中重量 始終作用在懸點上。,（第3次課，2005.12.6）,表示靜力傳遞過程 從下死點開始進(jìn)行上沖程，靜力 由 變到 ， 懸點增加的載荷 ，是緩慢加到懸點上。 即懸點走過了 （桿、管靜變形），載荷才全部加到懸點上。,【這里可認(rèn)為懸點不動，載荷增加，由于變 形， 向下延伸。現(xiàn)在懸點在運(yùn)動，相當(dāng)于把變形部分的 ，很輕松的拉過去。】,封閉平行四邊形 上沖程載荷、位移曲線， ABBC； 位移：EB= ， BC= ； 下沖程載荷、位移曲線， CDDA； 位移：經(jīng)過 后，完成卸載，

2、完成 。 稱理想示功圖,【下沖程緩慢減載，經(jīng)過 全部減去 ?！?（三）懸點動載荷大小及變化 慣性載荷和振動載荷，高沖數(shù)必須考慮動載影響。 1. 慣性載荷 分兩部分： 和 （由加速度造成）。 認(rèn)為桿、油柱運(yùn)動規(guī)律一致，隨懸點 而變。 懸點隨曲柄轉(zhuǎn)動而擺動，懸點為非勻速，有 。,（5） 油管過流擴(kuò)大，油柱加速度下降系數(shù)。 （由圖16-17說明） 為油管內(nèi)徑面積； 為油管斷面積（壁厚斷面）。,2. 懸點加速度（求大小及變化）,曲柄半徑； 連桿長； 后臂； 前臂 角速度； 曲柄轉(zhuǎn)角； 12點為0 懸點A，繞支點O擺動，取決于B點運(yùn)動（游梁尾部）。,（1）A點與B點關(guān)系： 位移： ； （ ） 速度： ；

3、 加速度：,（2）假設(shè) B點作直線簡諧運(yùn)動 （只有游梁、連桿很長近似成立，實際是圓弧運(yùn)動。） 運(yùn)動規(guī)律成為: 曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)。 （B點相當(dāng)滑塊： 認(rèn) 為 、 ，B點弧度大近于直線）。,（3）B點運(yùn)動 【關(guān)鍵是求 B點 ， ， 】 沖程： 速度： 加速度：,（4）A點運(yùn)動（懸點處） 懸點最大沖程： 【 為一沖程】,（6）,將 代入（6）得： 發(fā)生在 ， 。 【恰好是下、上死點處】,圖1-19 加速度圖,（5） 分析 ： 【慣性載荷與 大小、方向有關(guān)】 上沖程： （懸點向上為正向運(yùn)動） 前半段： ， 為正 （與運(yùn)動方向相同） 后半段： ， 為負(fù) （與運(yùn)動方向相反） 下沖程： （懸點向下為反向運(yùn)動

4、） 前半段： ， 為負(fù) （與正向運(yùn)動方向相反） 后半段： ， 為正 （與正向運(yùn)動方向相同）,（6）實際B點，A點運(yùn)動規(guī)律 （只給出計算思路） 實際 ， 不能忽略，A，B點圓弧運(yùn)動（非直線）。應(yīng)根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)精確求B點，A點運(yùn)動規(guī)律。 方法一： 用機(jī)構(gòu)動態(tài)仿真軟件ADAMS。 思路：實體建模定義傳動副給原動件加力分析機(jī)構(gòu)各點的運(yùn)動規(guī)律及受力。 【有利于快速優(yōu)化機(jī)構(gòu)設(shè)計】 以往用分析法或圖解法。,解析法： 以原動桿為基礎(chǔ)，建立位移矢量方程。 【各桿長一定，找各角度間關(guān)系，確定位移方程。】 位移求導(dǎo)得速度、加速度。 【機(jī)械設(shè)計書上有公 式，有計算機(jī)可得 數(shù)值解，很方便?！?矢量方程： 投影方程： 【

5、兩式為運(yùn)動分析基本方程，可以求出角速度 和角加速度 ?！?圖解法： 按剛體平動。任意一點均由牽連運(yùn)動和繞B點相對轉(zhuǎn)動組合。按比例找關(guān)系，作位移、速度、加速度多邊形。 【動點相對于靜參考系的運(yùn)動稱絕對運(yùn)動。動點相對于動參考系的運(yùn)動稱相對運(yùn)動。動參考系相對靜參考系的運(yùn)動為牽連運(yùn)動?！?【前人已用精確法算出 ， ， 值： （采油機(jī)械設(shè)計算書上有計算數(shù)據(jù)表） 給出相對值：（不同r/K，r/l時，不同 的相對值。） ， ， ，作為設(shè)計參考?！?（7）結(jié)論,實際 （懸點加速度）隨 變化與理想 規(guī)律相近； ， （上沖程開始和下沖程終了附近） 二者之比稱運(yùn)動指標(biāo)： 研究證明（ 與 ， 有關(guān)）: （8） 實際抽

6、油機(jī)中： 用處：用理想式求出 乘 ， 得 ，計算簡單。,后臂,理想 對稱（順、逆旋轉(zhuǎn)均可）， 非對稱。 為減小上沖程開始加速 ，考慮轉(zhuǎn)向：“曲柄順轉(zhuǎn)”,【從 開始順時轉(zhuǎn)動增量角 下的加速度，與從 開始逆時增角 不同。故曲柄必按順時轉(zhuǎn)動（井口在左，曲柄在右，順轉(zhuǎn)，技術(shù)人員應(yīng)考慮，有理論根據(jù)。順時從 開始上沖程。）】,3. 慣性載荷對懸點載荷的影響,（1）上沖程（ 和 均起作用） （9） 此處 ：,由（5）式：,上沖程前段： （向上） ，總載：上沖程后段： （向下） ，總載：,（2）下沖程 （柱塞不帶油運(yùn)動） （10） 下沖程前段： （向下） ，總載： 下沖程后段： （向上） ，總載： （3）動力

7、示功圖（由靜、動載合成，沖程與 載荷關(guān)系圖）,扭曲四邊形， ，靜力為平行四邊形。 是 基礎(chǔ)上增加。,上沖程：靜變形段 懸點載荷： 逐漸傳到懸點上，靜變形終了時， 最大，之后開始有效行程，因慣性載荷減小，曲線下斜。 加速度變負(fù)，慣性向上。 ， ， 正向 ， 增加;,， ， 向 ， 減小。 下沖程： 前段， , 向 , 減??； 后段， , 向 , 增加 ； （參看圖1- 1920）,4. 慣性載荷對有效沖程影響 (第4次2005.12.8) 上死點 處。 負(fù)最大， ，減重桿縮短，柱塞附加沖程 （柱塞要向下走卻縮回 ）。 【以此時的減重為標(biāo)準(zhǔn)】 下死點 或 。 正值最大， ， 增重桿伸長，柱塞附加沖

8、程 （懸點走完下沖程再拉長 ）。 【以此時的增重為標(biāo)準(zhǔn)】,上死點：180 為負(fù) 向上 桿減重縮短 柱塞上縮,下死點：360 為正 向下 桿增重伸長 柱塞下伸,有效沖程,（11）,（12）,上死點、下死點最大慣性載荷,（慣性載荷沿桿均布，取長中點 ，作為載荷作用桿中心 。,5振動載荷 桿柱細(xì)長，彈性體，突然加、減重，且運(yùn)動會產(chǎn)生振動。 （1） 懸點上行始 桿、管柱在靜變形內(nèi)柱塞與泵筒無相對運(yùn)動，桿柱無振動。 靜變形終了，桿、柱塞突然運(yùn)動產(chǎn)生一次振動。 （2） 懸點下行始 靜變形結(jié)束后，桿、柱塞突然卸載，又發(fā)生一次振動。 （3）衰減振動（阻尼振動） （4）防止共振，合理選沖數(shù) 懸點運(yùn)動頻率與桿、柱

9、塞自動振動頻率相同或整數(shù)倍，易共振。應(yīng)合理選懸點沖數(shù)。,（5）振動載荷示功圖 （參見圖1-20）,（四）懸點最大和最小載荷 1. （從動力示功圖上看） 最大載荷發(fā)生在上沖程靜變形結(jié)束后的瞬間。 （B”點： ） 2. 最小載荷發(fā)生在下沖程 靜變形結(jié)束后的瞬間。 （D”點： ） 是設(shè)計或選電機(jī)的依據(jù)。,4. , 計算 （1）API公式 根據(jù)機(jī)、電模型，實測后給出公式（經(jīng)驗式） （13） （14） （ 無因次系數(shù)查曲線；S沖程； 彈性系數(shù)） N/m （ ） 【按 加重長計算桿伸彈性系數(shù), 桿在油中重?！?桿截面 （使用較多，與實測值較接近。）,（2）前蘇聯(lián)公式 理論形式： （15） （16） 加修正

10、： （17） 變形分配系數(shù)（ ） 桿徑； D泵徑；n沖次 。 （理論經(jīng)驗式， 不分上、下，慣、振。） 所有公式計算 較準(zhǔn)確， 有偏差。,（五）摩擦力對懸點載荷的影響 ， 計算均未考慮 。 【 實驗證明： 不隨 而變， 隨 而變， 與運(yùn)動方向相反。 ：柱塞與泵間，桿箍與油管間； ：桿與油柱間、油柱與油管間?！?（18） （19） 增加了 （上行 ）； 減小了 （下行 ） （液摩擦力與粘度有關(guān)）,抽汲速度,四、沖程長度與沖數(shù)選擇 1. 沖程 沖程長度對懸點載荷影響不大?！局皇浅橛蜋C(jī)高度增加，不可能實現(xiàn)長沖程6m。】 曲柄扭矩隨S正比增加。 （經(jīng)驗式） 2.沖數(shù)n 沖次高，產(chǎn)生沖擊載荷，會使 減小。

11、 最高n限制條件：不使油桿發(fā)生共振。 許用沖次：,五、曲柄扭矩計算 1. 扭矩大小及變化 曲柄銷處受力： 切線力 ； 連桿力 ； 曲柄折合平衡力 ； 曲柄平衡重離心力:,力矩平衡方程：曲柄銷處,切向力 曲柄平衡重 連桿力,（1） 求 （連桿力）,由游梁支點力矩方程求得。 游梁擺動慣性力矩：,轉(zhuǎn)動慣量（ ， 游平衡重半徑）； 梁角加速度。( ， 前臂),力矩方程：,(P方向永不變 游梁平衡重),（2）求出 可知 ， (復(fù)合平衡力矩) =0，求 (曲柄平衡力矩) =0，求 （游梁平衡力矩） 平衡良好標(biāo)準(zhǔn)：電機(jī)上下沖做正功。,2最大扭矩計算式 （1）前蘇 (經(jīng)驗式) 由公式【（15）、（16）、（1

12、7）】計算 （2）API式 為桿彈性常數(shù) （3）簡化式： （ 有效平衡重量）,無因次數(shù)，查曲線。,六、平衡問題 1. 基本原理 （1）機(jī)械平衡：下沖程抬高平衡重，儲存位能。 上沖程釋放位能，“幫舉” 。 【三種平衡：游梁，曲柄，復(fù)合三種平衡方式?！?（2）氣平衡： 下沖程壓縮氣體，上沖程放出能量?！皫团e” （3）下沖程儲能： （能為做功） 電機(jī)功，下落功 （4）上沖程放能： （ 上沖程懸點載荷需要的功） （5）原理要求： （使電機(jī)做恒功） （6）需要的儲能：,儲能,（7）按實際示功圖計算 （ ） 上沖程： 為OABCF面積（用測面儀） 下沖程： 為OADCF面積 由上兩面積可求 ，要有坐標(biāo)比例。 （8）無實際示功圖（用計算式），按靜力示功圖求,2平衡重計算 游梁平衡重； 臂長 曲柄平衡重； 平衡半徑 游梁部件重； 重心到支點 曲柄部件重； 重心回轉(zhuǎn)距離 r曲柄半徑（ ）,(第5次課2005.12.10),距離,（1）下沖程儲能： 游梁平衡重抬高： 儲能（功）： 游件抬高： ， 儲能： ； 曲柄平衡重抬高：2R， 儲能： ； 曲柄自重抬高： ， 儲能： 。 總儲能：,游平重儲能 曲平重儲能 游件平重儲能 曲件平重儲能,設(shè) ； 將靜力示功求 代入上兩式可求：復(fù)合平衡 及R。 二者單獨平衡： （ =0）； （ =0）。,R為曲柄平衡半徑,