1、1 緒論1.1 研究意義游梁式抽油機(jī)是國內(nèi)外石油工業(yè)的傳統(tǒng)采油方式之一，在我國石油開采中有桿抽油系統(tǒng)一直占主導(dǎo)地位。在我國各油田中，大約80%以上的油井采用有桿抽油系統(tǒng)。游梁式抽油機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、可靠性高、耐久性好、維修方便、適應(yīng)現(xiàn)場工況等優(yōu)點(diǎn)，在采油機(jī)械中占有舉足輕重的地位。但游梁式抽油機(jī)也存在很多缺點(diǎn)，如系統(tǒng)的效率低、能耗大、抽油時(shí)間以及平衡性能差等。其中，游梁式抽油機(jī)的主要問題是能耗大，效率低。我國油田在用的常規(guī)型游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)效率較低，其平均系統(tǒng)效率僅有16%23%。因此，有桿抽油系統(tǒng)的節(jié)能問題已成為國內(nèi)外研究者關(guān)注的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，油田推廣應(yīng)用各種節(jié)能型抽油機(jī)、電機(jī)及電控箱，

2、雖然這些節(jié)能產(chǎn)品的使用提高了抽油機(jī)井系統(tǒng)效率，但也隨之產(chǎn)生一些問題，如它們能否組合使用,組合使用后的節(jié)能效果是否是單個(gè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果的算術(shù)疊加等。因此，研究游梁式抽油機(jī)連桿機(jī)構(gòu)尺度優(yōu)化及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題具有非常重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。游梁式抽油機(jī)是一種變形的四桿機(jī)構(gòu)，它是以游梁支點(diǎn)和曲軸中心連線做固定桿，以曲柄、連桿和游梁后臂為3個(gè)活動件的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，該連桿機(jī)構(gòu)各桿件尺寸的不同組合將會直接影響抽油機(jī)的動力性能，我們將就此連桿機(jī)構(gòu)的尺度綜合問題展開談?wù)?，在其他設(shè)計(jì)參數(shù)一定的情況下，通過優(yōu)選桿長組合來討論抽油機(jī)的重要質(zhì)量指標(biāo)懸點(diǎn)加速度的變化情況，從而進(jìn)一步判斷抽油機(jī)的性能優(yōu)劣。1.2 國內(nèi)外抽油

3、機(jī)現(xiàn)狀、發(fā)展方向及節(jié)能技術(shù)1.2.1 抽油機(jī)主要存在的問題 游梁式抽油機(jī)有桿抽油泵系統(tǒng)的總效率在國內(nèi)一般地區(qū)評價(jià)只有12%到23%。先進(jìn)地區(qū)至今不到30%。美國的常規(guī)抽油機(jī)系統(tǒng)效率較高，但也僅有46%。系統(tǒng)效率低下，能耗大，耗電就多，以此，節(jié)能成為有桿抽油系統(tǒng)的一個(gè)急需解決的問題。此外，隨著老油田油井的注水開發(fā)，油田已經(jīng)開始進(jìn)入高含水采油期。不斷提高產(chǎn)液量，以液保油，這是注水開采油田保證原油穩(wěn)產(chǎn)的必要趨勢。這種開采特點(diǎn)要求抽油機(jī)的沖程越長越好，使得在役的常規(guī)型游梁式抽油機(jī)型偏小，在一定程度上已經(jīng)不能滿足長沖程、低沖次生產(chǎn)的要求。系統(tǒng)效率低的原因究其原因，有桿抽油系統(tǒng)由電機(jī)地面?zhèn)鲃釉O(shè)備及井下抽油

4、設(shè)備組成，系統(tǒng)效率是各部分效率的連乘積，任何一環(huán)的效率低，都會失蹤效率變低，因此要提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率的總效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題。能耗大的主要原因由于在同一工況、井況和同一時(shí)刻下，井下的能耗因地面游梁機(jī)型不同而會發(fā)生充滿度、光桿功率的變化。致使抽油機(jī)能耗大的主要原因有：（1）抽油機(jī)的負(fù)荷特性與異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性不匹配，甚至出現(xiàn)“發(fā)動機(jī)”工況，出現(xiàn)二次能量轉(zhuǎn)化。一般電動機(jī)的負(fù)載率過低，約為30%。致使電動機(jī)以較低的效率運(yùn)行。電動機(jī)在一個(gè)沖程中的某個(gè)時(shí)段下落的抽油桿返鄉(xiāng)拖動，運(yùn)行于再生發(fā)電狀態(tài)，抽油桿下落鎖釋放的機(jī)械能有部分轉(zhuǎn)變成了電能回饋電網(wǎng)，但鎖回饋的電能不能全部被電網(wǎng)吸收，引起

5、附加能量損失，同時(shí)負(fù)扭矩的存在使減速器的齒輪經(jīng)常收反向載荷，產(chǎn)生背向沖擊，降低了抽油機(jī)的使用壽命。（2）常規(guī)抽油機(jī)的扭矩因數(shù)大，載荷波動系數(shù)CLF也大，故均方根扭矩大，能耗增加。（3）常規(guī)抽油機(jī)運(yùn)行的懸點(diǎn)加速度，速度最大值過大，影響懸點(diǎn)載荷，動載荷增大。采用對稱循環(huán)工作制使充滿度下降，影響產(chǎn)量，泵效率降低，能耗也增大。1.2.2 抽油機(jī)的發(fā)展方向抽油機(jī)的發(fā)展趨勢主要朝著以下幾個(gè)方向：（1）朝著大型化方向發(fā)展隨著世界油氣資源的不斷開發(fā)，開采油層深度逐年增加，石油含水量也不斷增加，采用大泵提液采油工藝和開采稠油等，采用大型抽油機(jī)。所以，近年來國外出現(xiàn)了許多大載荷抽油機(jī)。例如前置式氣平衡抽油機(jī)最大載

6、荷213kN、氣囊平衡抽油機(jī)最大載荷227kN等，將來會有更大載荷抽油機(jī)出現(xiàn)。采用長沖程抽油方式，抽油效率高、抽油機(jī)壽命長、動載小、排量穩(wěn)定，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。如法國Mape公式抽油機(jī)最大沖程10m，WGCO公司抽油機(jī)最大沖程24.38m。（2）朝著低能耗方向發(fā)展為了減少能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，近年來研制與應(yīng)用了許多節(jié)能型抽油機(jī)。如異相型抽油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)、擺桿抽油機(jī)、漸開線抽油機(jī)、摩擦換向抽油機(jī)、液壓抽油機(jī)及各種節(jié)能裝置和控制裝置。（3）朝著高適應(yīng)性方向發(fā)展現(xiàn)在抽油機(jī)應(yīng)具備較高的適應(yīng)性，以便擴(kuò)寬使用范圍。例如適應(yīng)各種自然地理和地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件抽油的需要；適應(yīng)各種成分石油抽取的需要；適應(yīng)各種類型油

7、井抽取的需要；適應(yīng)深井抽取的需要；適應(yīng)長沖程的需要；適應(yīng)節(jié)電的需要；適應(yīng)精確平衡的需要；適應(yīng)無電源和間歇抽取的需要；適應(yīng)優(yōu)化抽油的需要等。（4）朝著長沖程無游梁抽油機(jī)方向發(fā)展近年來國內(nèi)、外研制與應(yīng)用了多種類型的長沖程抽油機(jī)，其中包括增大沖程游梁抽油機(jī)，增大沖程無游梁抽油機(jī)和長沖程無游梁抽油機(jī)。實(shí)踐與理論表明，增大沖程無游梁抽油機(jī)是增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向，長沖程無游梁抽油機(jī)是長沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向。（5）朝著自動化和智能化方向發(fā)展近年來，抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展的顯著標(biāo)志是自動化和智能化。BVKER提升系統(tǒng)公司、DELTA-X公司、APS公司等研制了自動化抽油機(jī)，具有保護(hù)和報(bào)警功能，實(shí)時(shí)測得油井運(yùn)動參數(shù)

8、及時(shí)顯示與記錄，并通過進(jìn)行綜合計(jì)算分析，推得出最優(yōu)工況參數(shù)，進(jìn)一步指導(dǎo)抽油機(jī)在最優(yōu)工況抽油。NSCO公司智能抽油機(jī)采用微處理機(jī)和自適應(yīng)電子控制器進(jìn)行控制與檢測，具有抽油效率高、節(jié)電、功能多、安全可能、經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?？偠灾橛蜋C(jī)將朝著節(jié)能降耗并具有自動化、智能化、長沖程、大載荷、精確平衡等方向發(fā)展。1.2.3 抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)及發(fā)展情況抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)目前主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：（1）采用節(jié)能驅(qū)動設(shè)備這種方法是從研究電機(jī)的特性入手，研究開發(fā)新型的電動機(jī)，使之與采油井井況相匹配，進(jìn)而達(dá)到提高電動機(jī)的效率和功率因數(shù)的母的，即采用高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)（轉(zhuǎn)差率8%13%）和超高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)代替

9、常規(guī)轉(zhuǎn)差率電動機(jī)（轉(zhuǎn)差率小于5%）。美國Baldor電器公司生產(chǎn)的高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)驅(qū)動抽油機(jī)可提高功率因數(shù)74%，節(jié)電22.7%；在國內(nèi)，超高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)有功節(jié)電率為10.56%，綜合節(jié)電率為17.42%；還有采用同步電機(jī)、變頻器等，但因造價(jià)高，難以推廣；另外，還有采用節(jié)能配電箱來實(shí)現(xiàn)節(jié)電的。（2）采用節(jié)能控制裝置如DSC系列抽油機(jī)多功能程控裝置、間抽定時(shí)控制裝置。（3）采用節(jié)能元部件如窄V型帶帶傳動和同步帶傳動等。（4）改進(jìn)平衡方式如采用氣動平衡或天平平衡等。（5）改進(jìn)“三抽”系統(tǒng)部件有采用抽油機(jī)導(dǎo)向器、空心抽油機(jī)、減振式懸繩器等部件，都可提高三抽系統(tǒng)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。（6）采用高效

10、節(jié)能泵提高泵效，即降低了百米噸豪，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 總之，近年來抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)的研究已成為科技攻關(guān)的方向。以上七種方法都已經(jīng)取得了顯著的節(jié)能效果，有的在原有抽油機(jī)的基礎(chǔ)上加以改造，簡單易行，改造費(fèi)用低，但是不能從根本上解決抽油機(jī)的工作工況，使之與電動機(jī)的工作特性相匹配；有的改變了電動機(jī)的工作特性，使之與抽油機(jī)的工作工況相匹配，提高了電動機(jī)的工作效率和功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的，但是改造費(fèi)用太高，不利于大范圍的推廣。1.3 本文研究內(nèi)容及方法步驟本論文設(shè)計(jì)需要解決的重點(diǎn)問題就是如何對游梁式抽油機(jī)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度優(yōu)化設(shè)計(jì)，使整個(gè)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)合理，并能夠相應(yīng)地降低能耗。主要內(nèi)容包括：（1）認(rèn)真查閱、收集資料

11、，深刻理解論文所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上完成開題報(bào)告；（2）分析目前常規(guī)游梁式抽油機(jī)的缺點(diǎn)，提出連桿機(jī)構(gòu)尺度優(yōu)化方案。建立尺度綜合優(yōu)選數(shù)學(xué)模型，并給出求解算法；（3）根據(jù)提供的原始數(shù)據(jù)和尺度優(yōu)化結(jié)果，對常規(guī)游梁式抽油機(jī)運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)進(jìn)行分析，得到懸點(diǎn)速度、加速度的公式，計(jì)算抽油機(jī)懸點(diǎn)動載荷，根據(jù)研究結(jié)果說明該方法的優(yōu)越性；（4）設(shè)計(jì)該抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對主要零部件的性能進(jìn)行校核；（5）畫出裝配圖及零件圖，設(shè)計(jì)圖紙量不得少于3張0號圖；（6）按照畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范，完成設(shè)計(jì)說明書（論文）的撰寫工作，要求設(shè)計(jì)說明書總量大于2萬字，并用計(jì)算機(jī)打??；（7）完成外文資料翻譯，要求不少于15000個(gè)印刷符號。本

12、次設(shè)計(jì)為游梁式抽油機(jī)連桿機(jī)構(gòu)尺度優(yōu)化及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的步驟方法如下：（1）認(rèn)真查閱、收集資料，做到深刻的理解本次論文所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容；（2）首先了解游梁式抽油機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析目前常規(guī)游梁式抽油機(jī)的缺點(diǎn)，提出連桿機(jī)構(gòu)尺度優(yōu)化方案。建立尺度綜合優(yōu)選數(shù)學(xué)模型，并給出求解算法；（3）根據(jù)提供的原始數(shù)據(jù)和尺度優(yōu)化結(jié)果，通過復(fù)合平衡式抽油機(jī)傳動原理的分析，推導(dǎo)懸點(diǎn)速度、加速度等參數(shù)和抽油機(jī)其它參數(shù)的運(yùn)動學(xué)方程；（4）確定懸點(diǎn)的動載荷、靜載荷，減速箱曲柄軸扭矩的計(jì)算；（5）對抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對主要零部件的性能進(jìn)行校核；（6）對抽油機(jī)連桿機(jī)構(gòu)尺度優(yōu)化設(shè)計(jì)；（7）對游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（8）對抽油

13、機(jī)零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（9）繪制游梁式抽油機(jī)連桿機(jī)構(gòu)尺度優(yōu)化及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的裝配圖；（10）繪制主要零部件的零件圖。 游梁式抽油機(jī)工作原理及運(yùn)動學(xué)分析游梁式抽油機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種以常規(guī)型游梁式抽油機(jī)為基礎(chǔ)模型，對其連桿機(jī)構(gòu)尺度進(jìn)優(yōu)化，使以此設(shè)計(jì)的抽油機(jī)運(yùn)功更加平穩(wěn)，并具有一定的節(jié)能效果。因此，先介紹常規(guī)型游梁抽油機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和其存在的問題，然后對常規(guī)型游梁式抽油機(jī)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析。2.1 常規(guī)型游梁式抽油機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 圖2-1 常規(guī)游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)圖1-底座；2-支架；3-懸繩器；4-驢頭；5-游梁；6-橫梁抽承座；7-橫梁；8-連桿；9-曲柄銷裝置；10-曲柄裝置；11-減速器；

14、12-剎車保險(xiǎn)裝置；13-剎車裝置；14-電動機(jī)；15-配電箱。常規(guī)型游梁式抽油機(jī)由底座、支架、懸繩器、驢頭、游梁、橫梁軸承座、橫梁、連桿、曲柄銷裝置、曲柄裝置、減速器、剎車保險(xiǎn)裝置、剎車裝置、電動機(jī)、配電箱組成。抽油機(jī)工作時(shí)，電動機(jī)（14）轉(zhuǎn)速通過三角皮帶帶動減速箱(11)減速后，由四連桿機(jī)構(gòu)(曲柄(10)、連桿(8)、橫梁(7)、游梁(5)把減速箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橛瘟后H頭(4)的往復(fù)運(yùn)動。用驢頭(4)帶動抽油桿做上下往復(fù)的直線運(yùn)動。通過抽油桿再將這個(gè)運(yùn)動傳給井下抽油泵的柱塞。在抽油泵泵筒的下部裝有固定閥(吸入閥)，而在柱塞上裝有游動閥(排出閥)，當(dāng)抽油桿向上運(yùn)動，柱塞做上沖程時(shí)，固定閥

15、打開，泵從井中吸入原油。同時(shí)，由于游動閥關(guān)閉，柱塞將上面的油管中的原油上舉到井口，這就是抽油泵的吸入過程。當(dāng)抽油桿向下運(yùn)動，柱塞做下沖程時(shí)，固定閥關(guān)閉而游動閥打開，柱塞下面的油通過游動閥排到它的上面。這就是抽油泵的排出過程。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1。常規(guī)型游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：支架支撐在游梁中部，曲柄連桿機(jī)構(gòu)和減速器位于支架的后面；曲柄軸中心基本位于游梁尾軸承的正下方。這樣，工作時(shí)上下沖程的時(shí)間（或曲柄轉(zhuǎn)角）相等。2.2 常規(guī)型游梁式抽油機(jī)存在的問題能耗大、效率低是抽油機(jī)系統(tǒng)存在的主要問題。由于在同一種工況、井況和同一時(shí)刻下，井下的能耗因地面游梁機(jī)型不同會發(fā)生差異。如示功圖會有所改變，表明泵的充滿

16、度、光桿功率的變化。致使抽油機(jī)能耗的主要原因有： 抽油機(jī)的負(fù)荷特性與異步電動機(jī)的硬的轉(zhuǎn)矩特性不像匹配，甚至出現(xiàn)“發(fā)電機(jī)”工況，出現(xiàn)二次能量轉(zhuǎn)化。一般電動機(jī)的負(fù)載率過低，約為30%致使電動機(jī)以低效率運(yùn)行。 電動機(jī)在一個(gè)沖程中的某個(gè)時(shí)段下落的抽油桿反向拖動，運(yùn)行于再生發(fā)電狀態(tài)，抽油桿下落所釋放的機(jī)械能有部分轉(zhuǎn)變成電能回饋電網(wǎng)，但所回饋的電能不能全部被電網(wǎng)吸收，引起附加能量損失，同時(shí)負(fù)扭矩的存在使減速器的齒輪經(jīng)常反向載荷，產(chǎn)生背向沖擊，降低了抽油機(jī)的使用壽命。 常規(guī)抽油機(jī)的扭矩因數(shù)大，載荷波動系數(shù)CLF亦大，故均方根扭矩大，能耗增加。 常規(guī)抽油機(jī)運(yùn)行的懸點(diǎn)加速度、速度的最大值過大，影響懸點(diǎn)載荷，動載

17、增大。采用對稱循環(huán)工作制度使泵充滿度下降，影響產(chǎn)量。泵效率降低，能耗亦增大。系統(tǒng)總效率是系統(tǒng)在地面和井下近十個(gè)組成部分的分效率和相關(guān)反饋系數(shù)的乘積，任何一環(huán)的分效率較低都會造成總效率變低。在相同井況下，井下的損耗因地面抽油機(jī)型不同所產(chǎn)生的差異不會很大，因此提高抽油機(jī)的效率是解決抽油機(jī)系統(tǒng)效率低下的關(guān)鍵。常規(guī)型游梁式抽油機(jī)主要有以下不足：（1）抽油機(jī)在運(yùn)行中傳動角波動較大，無法保證各位置的傳動角均接近90，造成曲柄軸受力很大且不均勻。（2）懸點(diǎn)載荷造成的曲柄軸扭矩峰值較大，且為非正弦規(guī)律，而曲柄軸平衡力矩是以正弦規(guī)律變化的，故二者無法相抵，造成曲柄軸上凈扭矩峰值較大，波動劇烈，甚至出現(xiàn)負(fù)扭矩。（

18、3）從能耗的角度來說凈扭矩波動大，必然加大輸入功率，增大能耗。（4）從裝機(jī)功率來說，由于扭矩峰值高，為了保證抽油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，勢必要選用較大功率的電機(jī)及大扭矩的減速器，這就是“大馬拉小車”現(xiàn)象。產(chǎn)生上述問題的原因有以下幾個(gè)方面: （1）常規(guī)型游梁式抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷狀況是影響其能耗的主要因素。懸點(diǎn)載荷特性與所用普通電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性不相匹配，致使電機(jī)以較低的效率運(yùn)行。（2）常規(guī)型游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和抽油泵工作的特點(diǎn)，形成了抽油機(jī)特有的載荷特性:帶有沖擊的周期性交變載荷。抽油機(jī)運(yùn)行一個(gè)周期包括兩個(gè)過程，上沖程和下沖程。上沖程時(shí)，懸點(diǎn)要提升沉重的抽油桿和油液柱需要減速器傳遞很大的正向轉(zhuǎn)矩，下沖程時(shí)

19、，輸出軸被懸點(diǎn)載荷(抽油桿自重)正向拖動，使主動軸反向做功，減速器要傳遞較大的反向轉(zhuǎn)矩。（3）電機(jī)在一個(gè)沖程中的某些時(shí)段被下落的抽油桿反向拖動，運(yùn)行于再生發(fā)電狀態(tài)，抽油桿下落所釋放的機(jī)械能有部分轉(zhuǎn)變成了電能回饋電網(wǎng)，但所回饋的電能不能全部被電網(wǎng)吸收，引起附加能量損失。2.3 常規(guī)型游梁式抽油機(jī)運(yùn)動學(xué)分析 游梁式抽油機(jī)運(yùn)動分析的主要任務(wù)是：求出驢頭懸點(diǎn)的位移、速度和加速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，以便為載荷分析和扭矩計(jì)算提供運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)。在曲柄角速度等于常數(shù)的情況下，問題也就歸結(jié)為求解懸點(diǎn)位移速度和加速度隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。2.3.1 常規(guī)型游梁式抽油機(jī)的幾何關(guān)系分析圖2-2 常規(guī)型游梁式抽油機(jī)運(yùn)動簡圖

20、基本參數(shù)及意義表示如下：A游梁前臂長度，mm；C游梁后臂長度，mm；P連桿長度，mm；R曲柄半徑，mm；I游梁支承中心到減速器輸出軸中心的水平距離，mm；H游梁支承中心到底座底部的高度，mm；G減速器輸出軸到底座底部的高度，mm；H-G曲柄回轉(zhuǎn)中心至中心軸承的垂直距離，mm；C與K的夾角；S抽油機(jī)的沖程；n抽油機(jī)的沖次；P額定懸點(diǎn)載荷； K極距，即游梁支承中心到減速器輸出軸中心的距離，mm；J曲柄銷中心到游梁支承中心之間的距離,mm；曲柄轉(zhuǎn)角，以曲柄半徑R處于12點(diǎn)鐘位置作為零度，沿曲柄旋轉(zhuǎn)方向度量；零度線與K的夾角，由零度線到K沿曲柄旋轉(zhuǎn)方向度量；C與P的夾角，稱傳動角；xC與J的夾角；K與

21、J的夾角；K與R的夾角；P與R的夾角。由圖可知： （2-1）式中正負(fù)號取決于曲柄旋轉(zhuǎn)方向，曲柄旋轉(zhuǎn)方向的判斷為：面向抽油機(jī)，井口在右側(cè)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為“+”，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為“-”。 （2-2） （2-3） （2-4） （2-5） （2-6） （2-7） （2-8） （2-9） （2-10）在有“”式中，“+”用于曲柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，“-”用于曲柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。2.3.2 懸點(diǎn)的位移根據(jù)以上幾何關(guān)系分析結(jié)果，對常規(guī)游梁式抽油機(jī)的運(yùn)動學(xué)特性進(jìn)行分析，推導(dǎo)相應(yīng)公式，得到懸點(diǎn)位移、速度、加速度。本文以常規(guī)型游梁抽油機(jī)CYJ5-2.5-26HB為例進(jìn)行研究，并對此抽油機(jī)的運(yùn)動學(xué)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算編程，畫出相應(yīng)的曲線圖。

22、圖2-2 懸點(diǎn)位移曲線圖以懸點(diǎn)處于最低位置（下死點(diǎn)）為計(jì)算位移的起點(diǎn)。游梁擺動的角位移為，最大角位移為。根據(jù)抽油機(jī)四桿結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系： （2-11） （2-12）懸點(diǎn)位移 （2-13）懸點(diǎn)最大位移 （2-14）在抽油機(jī)的設(shè)計(jì)和使用中，常用的是與的比值，稱為位置因素，表示為： （2-15）顯然，。當(dāng)懸點(diǎn)位于下死點(diǎn)時(shí)，=0；懸點(diǎn)位于上死點(diǎn)時(shí)，=1。其懸點(diǎn)位移的計(jì)算結(jié)果詳見表2-1，得到位移圖像如圖2-2： （a）驢頭 （b）連桿（c）減速器、電機(jī)及剎車裝置 （d）支架圖3-4 游梁式抽油機(jī)主要部件視圖4 游梁式抽油機(jī)的動力學(xué)分析4.1 游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷分析圖4-1 游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖懸點(diǎn)載荷

23、是標(biāo)志抽油機(jī)工作能力的重要參數(shù)之一，也是抽油機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇使用的主要根據(jù)。當(dāng)抽油泵工作時(shí)，抽油機(jī)懸點(diǎn)上作用下列六項(xiàng)載荷：1.抽油桿自重，表示(它在油中用表示)，作用方向向下。2.油管內(nèi)柱塞上的油柱重(即柱塞面積減去抽油桿面積的油柱重)，用表示，作用方向向下。3.油管外油柱對活塞下端的壓力，用表示，的大小取決于泵的沉沒度，作用方向向上。4.抽油桿柱和油柱運(yùn)動所產(chǎn)生的慣性載荷，相應(yīng)的用和表示。它們大小與懸點(diǎn)的加速度成正比，而作用方向與加速度方向相反。5.油桿和油柱運(yùn)動所產(chǎn)生的振動載荷，用表示，其大小和方向都是變化的。6.柱塞與泵筒間、抽油桿和油管的半干摩擦力，抽油桿柱與油柱間、油柱與油管間以及油

24、流通過抽油泵游動閥的液體摩擦力、和的作用方向與抽油桿的運(yùn)動方向相反，其中游動閥的液體摩擦力只在泵下沖程、游動閥打開時(shí)產(chǎn)生，所以它的作用方向只向上。上述前三項(xiàng)載荷和抽油桿的運(yùn)動無關(guān)，稱為靜載荷；4、5兩項(xiàng)載荷與抽油桿的運(yùn)動有關(guān)，稱為動載荷；第6項(xiàng)載荷也與抽油桿的運(yùn)動有關(guān)，但是在直井、油管結(jié)蠟少和原油粘度不高的情況下，它們在總作用載荷中占的比重很小，約占2%5%左右，一般可以不計(jì)。為了敘述簡單，先從靜載荷入手。抽油桿在空氣中的重量為 （4-1）油管內(nèi)、柱塞上的油柱重為 （4-2）抽油桿在油中的重量為 （4-3）油井中動液面以上斷面積等于柱塞面積的油柱的重量為 （4-4）式中： 為抽油桿材料的密度，

25、；為抽汲液體的密度，；為抽油桿材料的重度，；為抽汲液體的重度，；F為泵柱塞的面積，；為抽油桿截面積，；L為抽油機(jī)長度或下泵深度，m。4.1.1 懸點(diǎn)靜載荷的大小和變化規(guī)律分別對上沖程、下沖程、上死點(diǎn)、下死點(diǎn)四種情況進(jìn)行分析，見圖4-2、圖4-3。圖4-2 懸點(diǎn)載荷作用圖 圖4-3 抽油桿柱和油管柱變形過程（2）上沖程當(dāng)懸點(diǎn)從下死點(diǎn)向上移動時(shí)，如圖4-2a所示，游動閥在柱塞上部油柱的壓力作用下關(guān)閉，而固定閥在柱塞下面泵筒內(nèi)、外壓差的作用下打開。由于游動閥關(guān)閉，使懸點(diǎn)承受抽油桿自重和柱塞上油柱重，這兩個(gè)載荷的作用方向都向下。同時(shí)，由于固定閥打開，使油管外一定沉沒度的油柱對柱塞下表面產(chǎn)生向上的壓力。

26、因此，上沖程時(shí)懸點(diǎn)的靜載荷為 + （4-5）（2）下沖程當(dāng)懸點(diǎn)載荷由上死點(diǎn)向下移動時(shí)，如圖4-2b所示，游動閥在上、下壓力差作用下打開，而固定閥在泵筒內(nèi)、外壓力差作用下關(guān)閉。游動閥打開，使懸點(diǎn)只承受抽油桿柱在液面中的重量，固定閥關(guān)閉，使油柱重量轉(zhuǎn)移到固定閥和油管上。因此，下沖程時(shí)懸點(diǎn)的靜載荷為= （4-6）（3）下死點(diǎn)對抽油桿來說，上死點(diǎn)懸點(diǎn)載荷瞬時(shí)發(fā)生變化，由下沖程的變到上沖程的，增加了其大小為，載荷增加使油桿伸長，伸長的大小為 （4-7）式中：E為鋼材的彈性模數(shù)， 。在伸長變形完成以后，載荷才全部加在抽油桿或懸點(diǎn)上。實(shí)際上，在抽油桿柱受載伸長的過程中，已經(jīng)進(jìn)入上沖程階段。當(dāng)懸點(diǎn)向上走了距離

27、時(shí)，由于同時(shí)產(chǎn)生的抽油桿柱伸長的結(jié)果，使柱塞還停留在原來的位置，即柱塞相對泵筒沒有運(yùn)動，因而不抽油，如上圖4-3c所示。對油管柱來說，下沖程時(shí)，由于游動閥打開和固定閥關(guān)閉，整個(gè)油柱重量都由柱塞和抽油桿柱承擔(dān)，而油管柱上就沒有這個(gè)載荷的作用了。因此，在抽油柱加載的同時(shí)，油管柱卸載。卸載引起油管柱的縮短，直到縮短變形完畢以后，油管柱的載荷才全部卸掉。油管柱縮短的大小為 （4-8）式中：為油管管壁的斷面積，。這樣一來，雖然懸點(diǎn)帶著柱塞向上移動，但是由于油管柱的縮短，使油管柱的下端也跟著柱塞向上移動，柱塞相對泵筒沒有運(yùn)動，還不能抽油，如圖4-3d所示。一直到懸點(diǎn)經(jīng)過一段距離以后，柱塞才開始抽油。懸點(diǎn)從

28、下死點(diǎn)到上死點(diǎn)雖然走了沖程長度S，但是由于抽油桿柱和油管柱的靜變形結(jié)果，使抽油泵柱塞的有效沖程長度比S小，故 （4-9）而靜變形為 （4-10）式中：稱為變形分配系數(shù)，一般可取0.60.9。（4）上死點(diǎn)它和下死點(diǎn)情況恰恰相反。這時(shí)對抽油桿柱來說，靜載荷由上沖程的變到下沖程的，減小了油柱重，抽油桿因而縮短了。因此，當(dāng)懸點(diǎn)向下走了時(shí)，由于抽油桿柱的縮短，柱塞在井下原地不動，它對泵筒不產(chǎn)生相對運(yùn)動，因而不能排油。而對油管柱來說，因?yàn)榧虞d而伸長了，油管（或泵筒）好像跟著柱塞往下走。所以，在懸點(diǎn)再走完以前，柱塞和泵筒還不能產(chǎn)生相對運(yùn)動，也不會排油。因此，在排油過程中，柱塞的有效沖程長度比懸點(diǎn)沖程長度減小

29、了一個(gè)同樣的靜變形值。圖4-4 靜力示功圖上、下沖程中懸點(diǎn)載荷隨懸點(diǎn)位移的變化規(guī)律用圖4-4來表示，這種圖形稱為靜力示功圖。圖中AB斜線表示懸點(diǎn)上沖程開始時(shí)載荷由柱塞傳遞到懸點(diǎn)的過程。EB線相當(dāng)于柱塞與泵筒沒有發(fā)生相對運(yùn)動時(shí)懸點(diǎn)上行的距離，即EB=。當(dāng)全部載荷都作用到懸點(diǎn)以后，靜載荷就不再變化而成水平線BC，到達(dá)上死點(diǎn)C為止。CD段表示抽油桿柱的卸載過程。卸載完畢后，懸點(diǎn)又以一個(gè)不變的靜載荷向下運(yùn)動，成為水平線DA而回到A。4.1.2 基本參數(shù)的擬定計(jì)算現(xiàn)根據(jù)實(shí)際情況：下泵深度L（泵掛）為900m，動液面850m（沉沒度為50m），泵徑32mm，抽油桿直徑19mm，取，根據(jù)前面分析計(jì)算可得：1

30、. 上沖程 2. 下沖程 3. 下死點(diǎn)4. 上死點(diǎn)m5. 懸點(diǎn)最大沖程長度根據(jù)設(shè)計(jì)抽油機(jī)的情況，本機(jī)型的最大沖程長度設(shè)計(jì)為1.5m。6. 抽油泵柱塞的有效沖程長度 m7. 懸點(diǎn)最大沖程次數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)抽油機(jī)的情況，本機(jī)型的最大沖程次數(shù)設(shè)計(jì)為6。4.1.3 懸點(diǎn)動載荷的大小和變化規(guī)律在井較深，抽油機(jī)沖次較大的情況下，必須考慮動載荷的影響。動載荷由慣性載荷和振動載荷兩部分組成，下面將分別介紹。（1）慣性載荷慣性載荷是由抽油桿柱的慣性載荷和油柱的慣性載荷這兩部分組成的，分別用和表示。如果略去抽油桿柱和油柱的彈性影響，可以認(rèn)為，抽油桿柱以及油柱的運(yùn)動規(guī)律與懸點(diǎn)的完全一致。所以和的大小與懸點(diǎn)加速度大小成正比

31、，而作用方向與后者相反。 （4-11） （4-12） （4-13）式中：為考慮油管過流斷面擴(kuò)大引起油柱加速度降低的系數(shù)；為懸點(diǎn)加速度，； 為油管過流斷面的面積，見表4-1。表4-1 油管過流斷面面積和橫截面積值油管直徑，油管過流斷面面積，油管管壁截面積，40.312.85.850.319.98.762.030.211.775.945.216.888.661.619.5100.379.024.0（2）上沖程時(shí)，柱塞（或抽油桿）帶著油柱運(yùn)動，所以上沖程的慣性載荷為 （4-14）式中：m為油柱慣性載荷對抽油桿柱慣性載荷的比值。利用式（4-14）可得 （4-15）（3）下沖程時(shí)，柱塞（或抽油桿）不帶油

32、柱運(yùn)動，所以下沖程的慣性載荷為 （4-16）如上所述，慣性載荷大小的變化規(guī)律與懸點(diǎn)加速度的變化規(guī)律相類似，但是方向與后者相反。也就是說，在上沖程前半段，加速度向上，這時(shí)懸點(diǎn)的總載荷應(yīng)該等于靜載荷減去慣性載荷。下沖程情況剛好相反?？紤]了慣性載荷作用以后，示功圖就由平行四邊形ABCD（靜力示功圖）變成扭曲的四邊形，這種示功圖稱為動力示功圖，見圖4-5。圖4-5 功力示功圖（4）振動載荷抽油桿柱又細(xì)又長，彈性很大，像一根長彈簧，在長彈簧的下端突然加一重物或突然拿走一個(gè)重物，都會產(chǎn)生振動，抽油桿柱也一樣。當(dāng)懸點(diǎn)開始向上運(yùn)動時(shí)，在抽油桿柱和油管柱靜變形期內(nèi)，油柱重量逐漸加到柱塞和抽油桿柱上，這是柱塞和泵

33、筒沒有相對移動，所以抽油桿柱不會產(chǎn)生振動。而當(dāng)靜變形結(jié)束的一瞬間，懸點(diǎn)以一定的速度向上運(yùn)動，這時(shí)，抽油桿柱和柱塞突然帶動油柱向上運(yùn)動，抽油桿柱就會產(chǎn)生一次振動。當(dāng)懸點(diǎn)開始向下運(yùn)動時(shí)，在靜變形結(jié)束的一瞬間，柱塞和抽油桿柱突然卸去油柱重量，又發(fā)生一次振動。就這樣，懸點(diǎn)上下循環(huán)一次，發(fā)生兩次振動。由于井下存在各種阻力，使振動的振幅在沖程進(jìn)行過程中逐漸變小。但是當(dāng)懸點(diǎn)的運(yùn)動頻率，即強(qiáng)迫振動頻率與抽油桿柱彈性系統(tǒng)的自振頻率相同或成整倍數(shù)時(shí)，就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使振幅越來越大，對抽油桿柱工作很不利。為了避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，必須正確的選擇懸點(diǎn)的沖程S和沖次n。由于振動載荷很復(fù)雜，到目前為止還沒有較準(zhǔn)確的經(jīng)驗(yàn)公

34、式供參考，因此本論文中略去了振動載荷的影響，動載荷只考慮了慣性載荷。（5）摩擦力對懸點(diǎn)載荷的影響懸點(diǎn)載荷中摩擦力有兩部分組成：一部分是抽油桿(或接箍)和油管間、柱塞和泵筒間的半干摩擦力；另一部分是抽油桿柱和油柱間、油柱和油管間以及油流過泵游動閥的液體摩擦力。實(shí)驗(yàn)證明：半干摩擦力不隨抽汲速度，即乘積Sn而變，因而它在泵的工作循環(huán)內(nèi)是不變的。而液體摩擦力不僅隨抽汲速度變化，而且隨原油的粘度等因素變化。一般來說，這兩種摩擦力對懸點(diǎn)載荷的影響是不一樣的。在我國油田占相當(dāng)數(shù)量的直井同時(shí)是粘油井，液體摩擦力對懸點(diǎn)載荷的影響極大，而半干摩擦力的影響很小；在斜井和定向井中抽油時(shí)，干摩擦力特別是抽油桿和油管間的

35、摩擦力將達(dá)到很大的數(shù)值。由于摩擦力的作用方向和抽油桿的運(yùn)動方向相反，所以它對上、下沖程中懸點(diǎn)載荷的影響是不同的。上沖程時(shí)，抽油桿柱向上運(yùn)動，摩擦力的作用方向向下，摩擦力增加了懸點(diǎn)載荷：下沖程時(shí)，抽油桿向下運(yùn)動，摩擦力作用方向向上，摩擦力減小了懸點(diǎn)載荷。也就是說，摩擦力增大了懸點(diǎn)的最大載荷，減小了懸點(diǎn)的最小載荷，從而加大了載荷的變化幅度與不平衡性，同時(shí)也擴(kuò)大了示功圖的面積，這不僅給抽油機(jī)的工作帶來了不利的影響，而且使功率消耗增加。5 游梁式抽油機(jī)的主要零部件設(shè)計(jì)隨動復(fù)合游梁平衡抽油機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)包括減速器的選擇、電動機(jī)選擇、V 帶的選擇與設(shè)計(jì)、游梁設(shè)計(jì)與校核、中央軸承選擇與校核、曲柄銷校核和

36、其他主要零部件的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行主要零部件的設(shè)計(jì)前，須對隨動復(fù)合游梁平衡抽油機(jī)進(jìn)行受力分析。5.1 游梁式抽油機(jī)受力分析圖5-1 游梁式抽油機(jī)游梁平衡受力示意圖游梁式抽油機(jī)游梁平衡受力示意圖如圖5-1。設(shè)連桿受力為 （5-1）設(shè)支架與游梁聯(lián)接處受力為、 （5-2） （5-3）設(shè)曲柄銷受力為，沿曲柄方向受力為，垂直曲柄方向?yàn)?（5-4） （5-5） （5-6）式中：為連桿（P）與曲柄（R）的夾角（1）最大連桿力最大連桿力是對連桿進(jìn)行強(qiáng)度校核或穩(wěn)定校核的依據(jù)。但已知懸點(diǎn)的變化規(guī)律以后，可以利用公式（5-1）求出連桿力的變化規(guī)律，并確定一轉(zhuǎn)中的最大連桿力。由于設(shè)計(jì)中在計(jì)算連桿力上存在許多變量，如結(jié)構(gòu)不平

37、衡B等等，并且懸點(diǎn)載荷的變化規(guī)律隨油井工況而變，究竟何種工況對連桿最不利，難以確定。實(shí)際上，最大懸點(diǎn)載荷在上沖程的任何時(shí)候都肯能發(fā)生。在求取作為設(shè)計(jì)依據(jù)用的時(shí)，由參考文獻(xiàn)16可知：對于游梁式抽油機(jī) （5-7）式中：為上沖程中的偏離最遠(yuǎn)的角（連桿與游梁的夾角）對于常規(guī)型游梁式抽油機(jī)，當(dāng)曲柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，K與R成一條直線時(shí)，角偏離最遠(yuǎn)。 （5-8）根據(jù)已知情況，可以計(jì)算，則5.2 減速器的選擇5.2.1 減速器曲柄軸的最大允許扭矩的計(jì)算及減速器的選定曲柄軸的最大允許扭矩與懸點(diǎn)載荷、懸點(diǎn)最大沖程長度以及懸點(diǎn)的最大沖程次數(shù)有著一定的關(guān)系。特別是和懸點(diǎn)最大沖程長度成正比。懸點(diǎn)沖程長度越大，曲柄軸上的最大允

38、許扭矩就越大。曲柄軸的最大允許扭矩也確定了減速箱的尺寸和重量。根據(jù)減速器曲柄軸的最大允許扭矩，抽油機(jī)可分為：小扭矩：中等扭矩：大扭矩：超大扭矩：本設(shè)計(jì)中采用勒瑪柴諾夫經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算減速器曲柄軸上的最大允許扭矩。在分析抽油機(jī)使用的大量統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上得知：絕大數(shù)情況下，減速器曲柄軸的最大扭矩值和懸點(diǎn)的峰值載荷是同時(shí)產(chǎn)生的，因此得出下列經(jīng)驗(yàn)公式： （5-9）得式中：S為懸點(diǎn)沖程長度，m； 為曲柄最大扭矩，； 為懸點(diǎn)的最大載荷，N； 為懸點(diǎn)的最小載荷，N。根據(jù)減速器曲柄軸最大扭矩，選玉門石油管理局機(jī)器廠生產(chǎn)的雙圓弧齒輪減速器，查采油技術(shù)手冊可知基本參數(shù)如下：型號：JLH-500 額定扭矩：6.5 大皮

39、帶輪直徑：650mm中心距：600mm 總傳動比：31.73 質(zhì)量：795kg齒數(shù)：18 ：102 : 20 :112模數(shù)：3.0 ：3.0 : 4.0 : 4.05.2.2 減速器的潤滑與密封由于所選擇的減速器用于抽油機(jī)系統(tǒng)中，其工作條件惡劣，并且，減速器報(bào)廢的十分之一是由于潤滑和冷卻不良造成的，有別于一般的減速器的應(yīng)用。所以，在此，將該抽油機(jī)中減速器的潤滑及密封簡要敘述一下。（1）潤滑方式抽油機(jī)齒輪減速器在重載，低速條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，從動齒輪的圓周速度小于3m/s，常采用浸油方式。通常只將減速器的低速齒輪，即大齒輪浸入油池。油池應(yīng)具有足夠的容積，以保證減速器機(jī)殼的散熱。為使磨損屑沉淀在油池底部，

40、不至于因齒輪轉(zhuǎn)動而被帶起來，低速級大齒輪下緣至池底的距離不應(yīng)小于3050mm。此外，為減少攪動時(shí)潤滑油起泡沫的現(xiàn)象，每級齒輪也可以采用單獨(dú)的油池。減速器中的滾動軸承潤滑不良時(shí)，將造成軸承元件的膠合，或因摩擦溫度過高引起滾動體回火而導(dǎo)致軸承失效。從潤滑和散熱效果看，抽油機(jī)減速器中的滾動軸承用潤滑油效果較好。當(dāng)大齒輪圓周速度大于3m/s時(shí)，可利用齒輪飛濺到箱蓋上的油匯集到剖分面上的油溝中，然后流進(jìn)軸承進(jìn)行潤滑。而抽油機(jī)的減速器大齒輪轉(zhuǎn)速較低，飛濺的油量不能滿足軸承潤滑的需要，所以采用刮油潤滑。油池內(nèi)的油面高低可利用圓形油標(biāo)或長型油標(biāo)來檢查。（2）潤滑油減速器的齒輪和滾動軸承都用油池中的油潤滑，所用

41、潤滑油類型及粘度主要按齒輪傳動的潤滑要求確定。但注意，在低溫下工作時(shí)，潤滑油應(yīng)有足夠的流動性，使?jié)櫥湍芡ㄟ^油孔和油溝流入軸承中，以確保軸承的潤滑。封閉式齒輪傳動對潤滑油的基本要求是：有適當(dāng)?shù)恼扯?；極壓性、油性和熱氧化安全性良好；防銹性、抗泡沫性及抗乳化性好。齒輪油的油性和極壓性是保證齒輪正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基本使用性能，對負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪傳動潤滑尤其重要。工業(yè)齒輪潤滑油根據(jù)有無極壓劑及使用條件，分為非極壓型齒輪油，中等極壓型齒輪油和積壓型齒輪油三類。抽油機(jī)減速器的工作條件為重載、低速、有沖擊，嚙合齒面承受的比壓很高。為保證在嚙合齒面間形成一定厚度的油膜，并提高油膜的強(qiáng)度，應(yīng)采用極壓型工業(yè)齒輪油。并且，

42、抽油機(jī)減速器常采用硫磷型極壓齒輪油。減速器內(nèi)潤滑油的最低溫度通常是抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)地區(qū)的最低溫度，這是選擇冬季用油粘度的重要依據(jù)。在季節(jié)性氣溫變化不大的地區(qū)，可以選用一種牌號的潤滑油。若季節(jié)氣溫變化大，在夏季可采用粘度較大的極壓型工業(yè)齒輪油（如200號或250號），在冬季應(yīng)選用粘度較小的齒輪油（如150號）。 （3）減速器的密封可靠的密封是減速器正常潤滑和運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保證。抽油機(jī)減速器在油田運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，常出現(xiàn)不同程度的滲漏現(xiàn)象。漏油不但造成潤滑油的浪費(fèi)，而且，若漏油嚴(yán)重又未及時(shí)補(bǔ)充，將惡化潤滑條件，造成齒輪和軸承的早期失效。因此，對減速器的密封問題必須足夠重視。抽油機(jī)減速器中可能出現(xiàn)的漏油的部位主

43、要有：上、下箱體結(jié)合面；輸入軸及輸出軸的軸頭；軸承端蓋。裝配減速器時(shí)，在上下箱體結(jié)合面涂抹一層液態(tài)密封膠，上緊連接螺栓，一般都能達(dá)到理想的密封。但若箱體鑄件時(shí)效處理不好，使用一段時(shí)間后有可能發(fā)生變形，使結(jié)合面之間的縫隙增大而出現(xiàn)滲漏。因此，箱體在粗加工前，后必須進(jìn)行嚴(yán)格的人工時(shí)效處理，以徹底消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力。在軸承蓋端面與箱體結(jié)合面處出現(xiàn)滲漏油，可能是因?yàn)榫o固螺釘未上緊或松動，或端蓋鑄件變形。所以，在軸承蓋與箱體配合孔之間加裝一道O型密封圈，可以改善此處的密封效果。減速器主動軸及從動軸外伸端的密封應(yīng)可靠，以防止?jié)櫥蛷妮S承中泄漏，并防止外界灰塵侵入箱內(nèi)。若軸頭潤滑密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理，潤滑軸承

44、的油路迂回，循環(huán)不良，也會導(dǎo)致軸頭處滲漏油。改進(jìn)軸頭密封結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)進(jìn)油孔與出油孔的位置和大小，以使?jié)櫥S承的油進(jìn)出順暢；在輸出和輸入軸的軸頭處加裝擋油環(huán)等，可減少和防止軸頭漏油。減速器漏油還與通氣器有關(guān)。抽油機(jī)常年在野外運(yùn)轉(zhuǎn)，油污和沙塵可能逐漸將減速器頂部的通氣器小孔堵住，致使箱內(nèi)因溫升而氣壓增高，從而增加了滲漏油的可能性。因此，應(yīng)改進(jìn)通氣器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并注意維護(hù)保養(yǎng)。5.3 電動機(jī)的確定電動機(jī)功率與傳遞到減速器曲柄軸上的扭矩的關(guān)系為 （5-10） （5-11）式中：M為傳動曲柄軸上的扭矩，； N為電動機(jī)額定功率，kW； n為懸點(diǎn)沖次，； 為傳動效率；為皮帶傳動效率，?。粸闇p速器傳動效率，取

45、。所以電動機(jī)的額定功率 （5-12）由上式可以看出：抽油機(jī)工作時(shí)所需要電動機(jī)的功率是由在曲柄上所產(chǎn)生的扭矩M和沖次n決定的。但是在變載荷下，電動機(jī)的選擇就不能根據(jù)瞬時(shí)扭矩來計(jì)算，否則電動機(jī)在大部分時(shí)間不能滿載工作，其效率和功率因數(shù)都不高，電動機(jī)利用不充分。在變載荷條件下，電動機(jī)的選擇一般方法是根據(jù)負(fù)載電流或扭矩的變化規(guī)律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計(jì)算。下面介紹根據(jù)均方根扭矩來計(jì)算電動機(jī)功率的方法： （5-13）式中：為需要電動機(jī)功率，kW； 5.4 V帶的確定與大帶輪的設(shè)計(jì)5.4.1 V帶的確定（1）確定計(jì)算功率 （5-15）式中：為工作情況系數(shù)，由(濮良貴，紀(jì)名剛主編的機(jī)械設(shè)計(jì)第八版

46、，下文簡稱機(jī)械設(shè)計(jì))表8-7查得=1.2； P為電動機(jī)額定功率，P=5.5kW。故： （2）選擇V帶的帶型根據(jù)和電動機(jī)轉(zhuǎn)速，由機(jī)械設(shè)計(jì)書中圖8-11普通V帶選型圖確定選用A型V帶。（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速 1) 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 由本文中所選取減速器的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，大帶輪直徑=650mm，V帶傳動比，由于，所以，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書中表8-8和V帶的帶型，對圓整得，=180mm。 2) 驗(yàn)算帶速 （5-16） 符合要求。（4）確定中心距a，并選擇V帶的基準(zhǔn)長度 1) 根據(jù)帶傳動總體尺寸的限制條件或要求的中心距，結(jié)合以下式子初定中心距。 （5-17）則 初選。 5.5 游梁的設(shè)計(jì)游梁是主要

47、的動力傳輸件之一，是連桿機(jī)構(gòu)中直接承受油井載荷的重要部件。它的主體可用鋼板或鋼組焊成方箱結(jié)構(gòu)，也可組焊成“工”字或其它的截面結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中游梁的一端與前驢頭連接，中間與中央軸承總成連接，游梁尾部安裝一組滑輪滑桿裝置。所以游梁要有足夠的強(qiáng)度和剛度。游梁的材料一般都采用這樣的結(jié)構(gòu)，即在工字鋼上加兩塊加強(qiáng)板，制造不太復(fù)雜，斷面近似等強(qiáng)度，金屬使用較合理。5.5.1 游梁的材料選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)選擇游梁為熱軋普通工字鋼（GB706-88），翼板、側(cè)板材料為Q235鋼材。游梁的界面尺寸和材料數(shù)據(jù)如下：h=500mm，b=200mm，t=20mm，d=20mm，材料為A3，Mpa，游梁為組焊件。前臂長A=2.

48、5m工字鋼截面如下圖所示：圖5-3 工字鋼截面圖5.5.2 靜強(qiáng)度校核游梁危險(xiǎn)截面內(nèi)的正應(yīng)力隨懸點(diǎn)載荷P作周期性變化，但由于一般大于0.25，應(yīng)力幅比較小，應(yīng)力集中系數(shù)也較小，故可不作疲勞強(qiáng)度校核?？紤]到短時(shí)間作用的最大懸點(diǎn)載荷有可能超過抽油機(jī)的額定懸點(diǎn)載荷W。例如柱塞瞬時(shí)卡住而驢頭繼續(xù)作運(yùn)動，那么在懸點(diǎn)處產(chǎn)生的最大載荷有可能超過工作時(shí)懸，為點(diǎn)的最大允許載荷，短時(shí)間作用的懸點(diǎn)最大載荷 為 （5-23） （5-24）式中：為考慮在柱塞遇卡的特殊情況時(shí)的載荷增大倍數(shù)，一般取1.5-1.8；K為軸力與力偶等影響使正應(yīng)力增大的系數(shù)，一般取為1.1-1.2；游梁截面系數(shù)，。為簡便起見，可將并入安全系數(shù)中，將安全系數(shù)適應(yīng)放大，而應(yīng)力則按額定懸點(diǎn)載荷計(jì)算。則有 （5-25）因?yàn)?（5-26）式中：為安全系數(shù)，；故游梁靜強(qiáng)度滿足要求。5.6 連桿的設(shè)計(jì)因?yàn)槌橛蜋C(jī)連桿較長，且受壓，所以對其進(jìn)行靜強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核。最大連桿力是對連桿進(jìn)行強(qiáng)度校核或穩(wěn)定校核的依據(jù)。5.6.1 選材根據(jù)連桿受力狀態(tài)及結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)，選其材料為45號鋼制成的無縫鋼管，查機(jī)械工程材料實(shí)用手冊其基本參數(shù)為：外徑D=80mm，臂厚t=10mm，單位長度理論重量為17.26，抗拉強(qiáng)度，屈服點(diǎn)。5.6.2 校核（1）連桿靜強(qiáng)度校核抽油機(jī)連桿質(zhì)量較輕，其運(yùn)動產(chǎn)生的慣性力及慣性力矩較小。如果忽