畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-折梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

折梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：針對(duì)游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)的效率低、能耗大、平衡性能差等缺點(diǎn)，開(kāi)展對(duì)新型抽油機(jī)折梁式抽油機(jī)的研究。折梁式抽油機(jī)是由常規(guī)游梁式抽油機(jī)衍生而來(lái)，它有一個(gè)后伸并下折的游梁，廢棄了鋼絲繩而增加了游梁平衡；由于平衡重的多塊組合方式，使得平衡重很容易得到增減而方便平衡調(diào)節(jié)。折梁式抽油機(jī)由于平衡效果好，節(jié)能顯著，適應(yīng)大型機(jī)小泵深抽作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)。在本文中，首先設(shè)計(jì)了折梁式抽油機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，并對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，得到了懸點(diǎn)速度、加速度和載荷的計(jì)算公式。通過(guò)和常規(guī)純曲柄平衡抽油機(jī)的凈扭矩比較，折梁式抽油機(jī)的曲柄凈扭矩下降了48.9%。最后對(duì)抽油機(jī)的零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并繪制了裝配圖和零件圖。關(guān)鍵詞：折梁；抽油機(jī)；純曲柄平衡；凈扭矩Thekinematicanalysisoffoldingbeam-pumpingunitanditsstructuraldesignAbstract:Aimingattheproblemoflowefficiency,highenergyconsumption,andpoorbalanceperformance,thenewtypepumpingunit-foldingbeampumpingunitisdesigned.Thefoldingbeampumpingunitisderivefromconventionalbeampumpingunit,whichhasanextendedandfoldingbeam,abandonswireropeandincreasesthebeambalance.Themulti-blockcombinationofbalanceweightmakesthebalanceweightchangeeasilyandadjustmentconvenient.Foldingbalancebeampumpingunit,duetoitseffectivebalance,significantenergysaving,itcanadapttosmallpumpanddeepdrawingoperations.Inthispaper,theoverallstructureoffoldingbeampumpingunitisfirstlydesigned,thenthekinematicsanddynamicsanalysisforpumpingaremade,andspeed,accelerationandloadformulaofpolishedrodaregot.Comparedwiththeconventionalpurecrankbalancedbeampumpingunit,thecranknettorqueofthefoldingbeampumpingunitreducedby48.9%.Finally,thecomponentsofpumpingunitisdesigned,andtheassemblyandpartdrawingsareplotted.Keywords:Thefolding；Pumpingunit；Purecrankbalanced；NettorqueI目錄1緒論.11.1本文研究意義.11.2國(guó)內(nèi)外抽油機(jī)研究現(xiàn)狀趨勢(shì).11.2.1國(guó)內(nèi)抽油機(jī)研究現(xiàn)狀.11.2.2國(guó)外抽油機(jī)研究現(xiàn)狀.21.2.3幾種常用抽油機(jī).21.3本文研究?jī)?nèi)容及方法步驟.31.4創(chuàng)新點(diǎn).32折梁式抽油機(jī)的工作原理.42.1常規(guī)型游梁式抽油機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn).42.2折梁式抽油機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn).53折梁式抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析.73.1折梁式抽油機(jī)的幾何關(guān)系分析.73.2折梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析.83.2.1懸點(diǎn)位移.83.2.2懸點(diǎn)速度.93.2.3懸點(diǎn)加速度.103.2.4懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果.103.3折梁式抽油機(jī)三維視圖仿真.154折梁式抽油機(jī)動(dòng)力學(xué)分析.184.1折梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷分析.184.1.1懸點(diǎn)靜載荷的大小和變化規(guī)律.194.1.2基本參數(shù)的擬定計(jì)算.224.1.3懸點(diǎn)動(dòng)載荷的大小和變化規(guī)律.224.1.4懸點(diǎn)載荷參數(shù)計(jì)算及曲線(xiàn).254.2平衡重計(jì)算.274.3連桿力計(jì)算.294.4減速箱曲柄軸扭矩計(jì)算.304.5折梁式抽油機(jī)和曲柄平衡抽油機(jī)曲柄凈扭矩計(jì)算結(jié)果及對(duì)比.315折梁式抽油機(jī)的主要零部件設(shè)計(jì).355.1折梁式抽油機(jī)受力分析.355.2減速器的選擇.36II5.2.1減速器曲柄軸的最大允許扭矩的計(jì)算及減速器的選定.365.2.2減速器的潤(rùn)滑與密封.365.3電動(dòng)機(jī)的確定.385.4V帶的確定與大帶輪的設(shè)計(jì).395.4.1V帶的確定.395.4.2大帶輪的設(shè)計(jì).415.5游梁的設(shè)計(jì).425.5.1游梁的材料選擇和參數(shù)設(shè)計(jì).425.5.2靜強(qiáng)度校核.435.6連桿的設(shè)計(jì).445.6.1選材.445.6.2校核.445.7中央軸承的校核.465.7.1中央軸承的校核.465.7.2軸承使用的注意事項(xiàng).475.8曲柄銷(xiāo)的強(qiáng)度校核.475.8.1防止曲柄銷(xiāo)配合松動(dòng)的措施.485.8.2曲柄銷(xiāo)材料的選擇.485.8.3曲柄銷(xiāo)的校核.485.9其他主要零部件設(shè)計(jì).495.9.1支架與底座.495.9.2滑輪與多塊平衡重.505.9.3剎車(chē)裝置及剎車(chē)安全裝置.515.9.4驢頭.515.9.5折梁鉸接裝置.516結(jié)論.53參考文獻(xiàn).54致謝.55附錄A基于Matlab的懸點(diǎn)參數(shù)計(jì)算程序.56附錄B基于Matlab的折梁式抽油機(jī)和純曲柄平衡抽油機(jī)的凈扭矩曲線(xiàn)對(duì)比圖程序.5811緒論1.1本文研究意義目前，游梁式抽油機(jī)是國(guó)內(nèi)外石油工業(yè)的傳統(tǒng)采油方式之一，在我國(guó)石油開(kāi)采中有桿抽油系統(tǒng)一直占主導(dǎo)地位。游梁式抽油機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件少、耐用、可靠性高、操作簡(jiǎn)便、維修方便、維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，在采油機(jī)械中占有舉足輕重的地位。此外，常規(guī)型抽油機(jī)還具有特別能適應(yīng)野外、全天候、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn)。雖說(shuō)游梁式抽油機(jī)是一種優(yōu)秀的機(jī)械采油裝置，但游梁式抽油機(jī)也存在許多缺點(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。另外，由于游梁式抽油機(jī)配置了與其抽汲油量所折算成的能量不相對(duì)應(yīng)的大功率電動(dòng)機(jī)和大扭矩的減速器，形成了“大馬拉小車(chē)”的耗能結(jié)構(gòu)。為此，游梁抽油機(jī)都設(shè)有平衡裝置，但由于其懸點(diǎn)載荷在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期里極不均勻，仍然不能獲得較平直的凈扭矩曲線(xiàn)。鑒于常規(guī)游梁式抽油機(jī)的以上缺點(diǎn)，開(kāi)展對(duì)新型抽油機(jī)折梁式抽油機(jī)的研究。折梁式抽油機(jī)是由常規(guī)游梁式抽油機(jī)衍生而來(lái)，它有一個(gè)后伸并下折的游梁，廢棄了鋼絲繩而增加了游梁平衡；由于平衡重的多塊組合方式，使得平衡重很容易得到增減而方便平衡調(diào)節(jié)。折梁式抽油機(jī)由于平衡效果好，節(jié)能顯著，適應(yīng)大型機(jī)小泵深抽作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)，所以在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，它將在機(jī)械采油中占有舉足輕重的地位。1.2國(guó)內(nèi)外抽油機(jī)研究現(xiàn)狀趨勢(shì)目前，世界上生產(chǎn)抽油機(jī)的國(guó)家主要有:美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、加拿大和羅馬尼亞等。全世界生產(chǎn)抽油設(shè)備的公司有300多家，其中生產(chǎn)抽油機(jī)的公司有150多家。美國(guó)生產(chǎn)的抽油機(jī)品種最多，技術(shù)最先進(jìn)，應(yīng)用范圍最廣泛。其中包括液壓抽油機(jī)、梅普長(zhǎng)沖程抽油機(jī)、柔性件傳動(dòng)抽油機(jī)等等。1.2.1國(guó)內(nèi)抽油機(jī)研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)，抽油機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的理論研究已經(jīng)開(kāi)展了多年，初步進(jìn)行常規(guī)型和異相型游梁式抽油機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的研究。但是，由于我國(guó)抽油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小，過(guò)于分散，沒(méi)有開(kāi)展模塊化設(shè)計(jì)。隨著市場(chǎng)的不斷發(fā)展，抽油機(jī)的需求已經(jīng)向多品種、小批量方向發(fā)展，且油田從提出計(jì)劃到需要的周期大大縮短，生產(chǎn)企業(yè)要想滿(mǎn)足油田要求，快速響應(yīng)市場(chǎng)，就必須按照新的設(shè)計(jì)方法組織生產(chǎn)，而模塊化設(shè)計(jì)方法正能滿(mǎn)足這一要求。21.2.2國(guó)外抽油機(jī)研究現(xiàn)狀在國(guó)外，抽油機(jī)的生產(chǎn)已經(jīng)基本上被幾家大的機(jī)械制造公司所壟斷，如美國(guó)最早、最大的抽油機(jī)制造公司拉夫金公司、原蘇聯(lián)最大的抽油機(jī)生產(chǎn)基地阿塞拜疆石油機(jī)械制造集團(tuán)。這些企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大，采用先進(jìn)的部件優(yōu)化技術(shù)，將抽油機(jī)系統(tǒng)按功能分解成若干模塊，按照標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的方式組織生產(chǎn)，企業(yè)的設(shè)計(jì)、制造及管理水平較高。以較少的生產(chǎn)模塊，最大限度地滿(mǎn)足不同用戶(hù)多種類(lèi)型、規(guī)格抽油機(jī)的需要，給企業(yè)帶來(lái)了較高的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)美國(guó)拉夫金公司的產(chǎn)品樣本，他們所生產(chǎn)的79種型號(hào)的抽油機(jī)由十類(lèi)近100種模塊組合而成，其生產(chǎn)的零部件具有高度的通用性，也較徹底地解決了零部件的通用和互換問(wèn)題。由于采用模塊化設(shè)計(jì)方法，既滿(mǎn)足了多品種、小批量的市場(chǎng)需求，又解決了企業(yè)規(guī)?；瘑?wèn)題，產(chǎn)品質(zhì)量大為提高，成本大幅下降。目前抽油機(jī)包括液壓抽油機(jī)、梅普長(zhǎng)沖程抽油機(jī)、柔性件傳動(dòng)抽油機(jī)。本文正符合國(guó)內(nèi)外研究趨勢(shì)，通過(guò)改變常規(guī)游梁式抽油機(jī)的平衡形式和結(jié)構(gòu)形式，達(dá)到降低配置、節(jié)省能耗目的。1.2.3幾種常用抽油機(jī)（1）異型游梁式抽油機(jī)異型游梁式系列抽油機(jī)包括雙驢頭抽油機(jī)、彎游梁抽油機(jī)和對(duì)常規(guī)游梁抽油機(jī)節(jié)能改造的機(jī)型等機(jī)型。異形游梁式抽油機(jī)是以常規(guī)抽油機(jī)為基礎(chǔ)模式而研制出的新機(jī)型，它采用變徑圓弧狀的游梁后臂，游梁與橫梁之間采用柔性件連接結(jié)構(gòu)，在主要結(jié)構(gòu)上具有常規(guī)游梁式抽油機(jī)簡(jiǎn)單，牢靠，耐用等特點(diǎn)，在性能上易于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程，并且具有突出的節(jié)能特點(diǎn)。（2）變矩式曲柄連桿無(wú)游梁抽油機(jī)變矩式曲柄連桿無(wú)游梁抽油機(jī)是在游梁式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上，將搖桿改成變徑天車(chē)輪，連桿改成柔性傳動(dòng)件，設(shè)計(jì)變矩式曲柄連桿無(wú)游梁抽油機(jī)的計(jì)算結(jié)果表明，這種無(wú)游梁抽油機(jī)動(dòng)力性能明顯優(yōu)于游架式抽油機(jī)，具有良好的節(jié)能效果，且兼有游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。（3）干擾平衡游梁抽油機(jī)干擾平衡游梁抽油機(jī)是一種新型的節(jié)能抽油機(jī)。它不僅保持了常規(guī)游梁抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠耐用的優(yōu)點(diǎn)，而且具有附加動(dòng)載小，能耗低，綜合效率高，比常規(guī)抽油機(jī)節(jié)電30-50%以上，能延長(zhǎng)整機(jī)使用壽命的特點(diǎn)。如14干擾平衡機(jī)只需要配37千瓦電機(jī)及53KN減速箱。（4）塔式節(jié)能抽油機(jī)塔式節(jié)能抽油機(jī)：高效、節(jié)能、沖程、沖次在額定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，并可內(nèi)設(shè)無(wú)線(xiàn)集中監(jiān)控接口，通過(guò)配套設(shè)施實(shí)現(xiàn)遙控。該機(jī)調(diào)參簡(jiǎn)易、維護(hù)方便、安全可靠、維3護(hù)費(fèi)用低，與常規(guī)抽油機(jī)相比節(jié)能50%以上，是一種智能型的節(jié)能抽油機(jī)。（5）偏輪游梁式抽油機(jī)該抽油機(jī)是在常規(guī)游梁抽油機(jī)的基礎(chǔ)上，在游梁尾部配置一偏輪，以偏輪為中心形成一六連桿機(jī)構(gòu)，能很好的改善抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能。在相同情況下，與常規(guī)抽油機(jī)相比：1、懸點(diǎn)動(dòng)負(fù)荷減小，最大線(xiàn)速度??；2、減速箱輸出扭矩減小30%-50%；3、節(jié)能37%以上；4、所配電網(wǎng)容量減少30%以上。本課題折梁式抽油機(jī)，正符合國(guó)內(nèi)外研究趨勢(shì)，通過(guò)改變常規(guī)游梁抽油機(jī)的平衡形式和結(jié)構(gòu)形式，達(dá)到降低配置，節(jié)省能耗目的。1.3本文研究?jī)?nèi)容及方法步驟本文設(shè)計(jì)需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題就是如何設(shè)計(jì)折梁式平衡式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)，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，深刻理解論文設(shè)計(jì)的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上完成開(kāi)題報(bào)告；（2）分析目前常規(guī)游梁式抽油機(jī)的缺點(diǎn)，提出折梁式抽油機(jī)的傳動(dòng)方案；（3）根據(jù)提供的原始數(shù)據(jù)，并查閱相關(guān)資料，計(jì)算折梁重重心運(yùn)動(dòng)速度和加速度，并對(duì)抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，得到懸點(diǎn)速度加速度的計(jì)算公式，分析其優(yōu)越性；（4）設(shè)計(jì)折梁式抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)主要性能進(jìn)行校核；（5）畫(huà)出裝配圖及零件圖。本次設(shè)計(jì)為折梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的主要步驟方法如下：（1）首先了解游梁式抽油機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，