抽油機(jī)在機(jī)械采油設(shè)備應(yīng)用論文

石油工程畢業(yè)論文PAGE石油工程畢業(yè)論文摘要機(jī)械采油設(shè)備是油田的主要耗能設(shè)備，而機(jī)械采油設(shè)備中的抽油機(jī)占90%左右,因此抽油機(jī)能耗的高低對油田節(jié)能降耗影響甚大。針對目前抽油機(jī)存在平衡效果差，裝機(jī)功率過高，效率低這一問題，設(shè)計一種游梁隨動游梁平衡抽油機(jī)，以達(dá)到減小減速箱曲柄軸峰值扭矩，降低能耗，節(jié)約運(yùn)行成本的目的，提高抽油機(jī)地面效率。游梁隨動平衡抽油機(jī)的設(shè)計特點(diǎn)是：在游梁上安裝一個滑塊,該滑塊通過副連桿與抽油機(jī)的連桿相連,在游梁抽油機(jī)的后部加一個類似與變矩平衡裝置的滑軌,在滑軌上安裝平衡塊。在游梁的末端安裝一個支架上面放置滑輪，鋼絲繩繞在滑輪上將滑塊和平衡塊相連。通過在下沖程過程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時游梁上的平衡塊上升，儲存一定的位能，避免了對電動機(jī)做負(fù)功。在上沖程過程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時將下沖程儲存的位能釋放，用來提升抽油桿和油柱。實(shí)現(xiàn)上下沖程運(yùn)動的平衡。該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，而且可靠性強(qiáng)。便于加工和維修。本文對新型6型抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行精確分析，通過懸點(diǎn)沖程長度，計算四連桿尺寸，并著重對減速箱曲柄軸扭矩進(jìn)行計算，編寫了相應(yīng)的計算程序，將不同尺寸時四連桿機(jī)構(gòu)得到的扭矩曲線進(jìn)行比較，選擇扭矩曲線比較平穩(wěn)，峰值小且無負(fù)扭矩的一組作為設(shè)計參數(shù)，對主要零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，力學(xué)分析計算及強(qiáng)度校核。關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；新型結(jié)構(gòu)；設(shè)計獨(dú)特；扭矩曲線AbstractMachineryoilfieldproductionequipmentisthemainenergy-consumingequipment,machineryandequipmentofoilpumpingunitrepresented90%Pumpingenergythereforethelevelofenergyconsumptionoilfieldgreatimpact.Pumpinglightofthepresentbalanceexistspoorresults,highpowergenerators,lowefficiencyofthisproblem,thedesignofabeamwiththedynamicbalancebeampumpstoreducethecrankshaftgearboxpeaktorque,lowerenergyconsumption,savingthepurposeofoperatingcosts,improveefficiencyPumpingground.Balancebeampumpingunitdesignfeaturesare:Youbeaminstalledaslider,Slidethestickthroughthepumpingunitandtheconnectingrodconnected,beampumpingunitintherearplusasimilarchangewiththemomentbalancedeviceslide,slideblockinstalledonbalance.Thebeamattheendoftheinstallationofapulley,thepulleyropearoundthesliderandthebalancewillbeconnectedtotheblock.Throughthecourseofthenextstroke,regulatingthesizeofthearm,whilethebalancebeamYoublockup,apotentialenergystorage,therighttoavoidnegativeelectricalworkdone.Strokeintheprocess,regulatingthesizeofthearm,whileunder-strokestoredpotentialenergyrelease,rodandusedtoenhanceoilcolumn.Upper-strokemovementbalance.Thedesignofsimplestructure,andreliability.Facilitatetheprocessingandmaintenance.Forthenewsix-horseheadpumpingunitheadmovementforaccurateanalysisofthelaw,throughtherodstrokelength,thefour-barlinkageestimatedsize,andstressestherightgearboxcrankshafttorque,thepreparationofthecorrespondingcomputerprogram,rightunderfourdifferentsizesandlinkdonkeyhead,boxbeamdecelerationhasbeentheweightofthetorquecurve,thechoiceoftorquecurverelativelystable,Thereisnosmallpeaktorqueofanegativegroupasdesignparameters,themaincomponentsofthestructuraldesign,mechanicalanalysisandstrengthcheck.Keywords:Pumpingunit;NewStructure;Uniquedesign;Torquecurve石油工程畢業(yè)論文PAGEPAGE37目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章緒論 1第2章6型游梁隨動平衡抽油機(jī)總體方案確定及基本理論 42.16型游梁隨動平衡抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)方案的確定 42.26型游梁隨動平衡抽油機(jī)運(yùn)動分析 62.36型游梁隨動平衡四桿機(jī)構(gòu)尺寸計算 102.46型游梁隨動平衡抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計算 112.56型游梁隨動平衡抽油機(jī)減速箱及曲柄扭矩計算 222.6新型6型抽油機(jī)減速箱的選擇及電動機(jī)功率的計算方法 24第3章6型游梁隨動平衡抽油機(jī)強(qiáng)度校核 273.16型游梁隨動平衡抽油機(jī)所受外力 273.26型游梁隨動平衡抽油機(jī)零件強(qiáng)度計算 28第4章6型游梁隨動平衡抽油機(jī)與常規(guī)6型抽油機(jī)進(jìn)行比較 324.1扭矩曲線及計算結(jié)果 324.2周期載荷系數(shù)CLF 33結(jié)論 34參考文獻(xiàn) 35致謝 36第1章緒論常規(guī)游梁抽油機(jī)自誕生以來，歷經(jīng)數(shù)百年使用，經(jīng)歷了各種工況和各種地況。常規(guī)游梁抽油機(jī)隸屬于有桿泵抽油裝置，該裝置是由地面的抽油機(jī)、井下的抽油泵及抽油桿柱所組成。抽油機(jī)是有桿泵采油裝置的重要地面設(shè)備，把動力機(jī)的連續(xù)圓周運(yùn)動變成抽油桿柱及抽油泵柱塞的往復(fù)直線運(yùn)動，從而將地下的原油開采出來的機(jī)械設(shè)備。目前仍在國內(nèi)外普遍使用，常規(guī)游梁式抽油機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單，耐用，操作簡便，維護(hù)費(fèi)用低等明顯優(yōu)勢，而區(qū)別于其他眾多抽油機(jī)類型，一直占據(jù)著有桿抽油泵采油地面設(shè)備的主導(dǎo)地位。但是，由于它受交變載荷的作用，曲柄平衡效果差，減速器輸出軸峰值扭矩大，增加了裝機(jī)功率，效率低。但由于其結(jié)構(gòu)上的不合理性，使得常規(guī)游梁抽油機(jī)無法解決“大馬拉小車”的局面。因此，針對常規(guī)抽油機(jī)的這種弱點(diǎn)出現(xiàn)了大量的特種抽油機(jī),例如偏置式節(jié)能抽油機(jī)、雙驢頭異型抽油機(jī)等與常規(guī)機(jī)相比都有一定有節(jié)能的效果,但也存在著各自的缺點(diǎn)：（1）偏置式節(jié)能抽油機(jī)國內(nèi)油田目前使用最多的抽油機(jī)的節(jié)能型抽油機(jī)是偏置型抽油機(jī)，該機(jī)保持了常規(guī)型抽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。如圖1.1所示，與常規(guī)型抽油機(jī)相比偏置是抽油機(jī)的游梁后臂長度縮短，減速箱相對于支架的位置后移。曲柄中心至中央軸承座中心的水平距離I大于游梁后臂。當(dāng)游梁處于水平位置時。曲柄亦處于水平位置，連桿與游梁及曲柄間的的夾角接近。該型抽油機(jī)節(jié)能主要有二方面原因：一是該型抽油機(jī)的平衡重的中心線與曲柄中心線間有一個偏置，圖1.1偏置式節(jié)能抽油機(jī)這種結(jié)構(gòu)使得平衡塊扭矩曲線的相位提前，從而使得懸點(diǎn)載荷通過連桿在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩疊加后的凈扭矩曲線比較平坦，因而使電動機(jī)電流波動減小，抽油機(jī)地面系統(tǒng)效率提高；二是由于極位夾角的存在降低了上沖程懸點(diǎn)加速度，降低了上沖程懸點(diǎn)的慣性載荷。不足之處是限制桿件長度，不具有增程功能。（2）雙驢頭異型節(jié)能抽油機(jī)異型抽油機(jī)是我國1996年研究開發(fā)的一種新型節(jié)能抽油機(jī)。該機(jī)以常規(guī)型抽油機(jī)為基礎(chǔ)模型，對四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了關(guān)鍵性變革。如圖1.2所示，它是在常規(guī)機(jī)的游梁后臂上增加一個具有變徑弧形的后驢頭，游梁與橫梁之間采用柔性連接件進(jìn)行連接。由于柔性件和驢頭圓弧始終相切，即它與游梁的之間的夾角始終90度，從而允許游梁作大擺角擺動，以獲得長沖程。該型抽油機(jī)隨著曲柄的轉(zhuǎn)動，特殊連桿（柔性連接件）與游梁后臂弧形輪廓的切點(diǎn)上下移動，即連桿長度與游梁后臂有效長度均隨曲柄轉(zhuǎn)動而圖1.2雙驢頭異型節(jié)能抽油機(jī)變化。這種參數(shù)四連桿機(jī)構(gòu)的作用改變了抽油機(jī)扭矩因數(shù)的變化規(guī)律，使其懸點(diǎn)載荷作用到曲柄軸扭矩變化接近正弦規(guī)律，與曲柄旋轉(zhuǎn)平衡扭矩的正弦規(guī)律相對應(yīng)，從而使凈扭矩波動幅度減小，降低減速器的額定扭矩及所配的電動機(jī)額定功率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。不足之處是柔性連接件的壽命較短，常出現(xiàn)柔性繩斷頭現(xiàn)象，影響正常的生產(chǎn)，后驢頭的變徑弧形加工難度大。所以考慮到以上問題，將考慮在游梁上安裝隨動的平衡塊。鑒于以往的裝置有在游梁上制成滑軌形狀，在其上放置一個可以隨游梁擺動而滑動的平衡塊。該裝置在一定程度上解決了游梁抽油機(jī)上下沖程的平衡問題，但是該裝置對游梁的要求比較高，要求游梁和平衡塊良好的接觸且平衡塊不滑落，加工制作較復(fù)雜，工作平穩(wěn)性較差，不能很好的調(diào)節(jié)游梁抽油機(jī)的上下沖程的平衡。本設(shè)計的游梁隨動型抽油機(jī)是在游梁式抽油機(jī)曲柄平衡方式的基礎(chǔ)上增加隨動平衡重形成的一新型復(fù)合平衡方式。它可以隨著抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷和變化,自動調(diào)整游梁隨動平衡重的位置，實(shí)現(xiàn)了變矩平衡，與雙驢頭的平衡方式有異曲同工之效。同時因為基本繼承了常規(guī)機(jī)的四連桿結(jié)構(gòu)所以可以作為常規(guī)機(jī)節(jié)能改造的結(jié)構(gòu)模型。改造后不僅可以節(jié)約電能，而且還可以改善抽油機(jī)的工作狀況和受力特性，提高抽油機(jī)的穩(wěn)定性，延長工作壽命。同時改造成本低廉，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計是針對以上優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計一款游梁抽油機(jī)的隨動平衡裝置。主要設(shè)計思路為在游梁隨動平衡抽油機(jī)是在游梁上安裝一個滑塊,該平衡塊通過副連桿與抽油機(jī)的連桿相連,在游梁抽油機(jī)的后部加一個類似與變矩平衡裝置的滑軌,在滑軌上安裝平衡塊。在游梁的末端安裝一個支架，上裝滑輪，鋼絲繩繞在滑輪上將滑塊和平衡塊相連。通過在下沖程過程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時游梁上的平衡塊上升，儲存一定的位能，避免了對電動做負(fù)功。在上沖程過程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時將下沖程儲存的位能釋放，用來提升抽油桿和油柱。實(shí)現(xiàn)上下沖程運(yùn)動的平衡。第2章6型游梁隨動平衡抽油機(jī)總體方案確定及基本理論2.16型游梁隨動平衡抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)方案的確定6型游梁隨動平衡抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡單可靠。以下內(nèi)容分析其各組成部分及其作用。驢頭驢頭用來將游梁前端的往復(fù)圓弧運(yùn)動變?yōu)槌橛蜅U的垂直直線往復(fù)運(yùn)動。為了保證在一定沖程長度下，將圓弧運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，圓弧面長度應(yīng)為：=(1.2～1.3)式中—驢頭懸點(diǎn)（掛抽桿處）的最大沖程程長度。驢頭用鋼板焊成。新型6型抽油機(jī)采用側(cè)轉(zhuǎn)式驢頭，這種結(jié)構(gòu)操作方便而安全。另外，驢頭的寬度應(yīng)保證在修井時讓開的位置可使大鉤上下自由起吊。2.游梁游梁采用在工字鋼上加兩塊加強(qiáng)板，其優(yōu)點(diǎn)是制造不太復(fù)雜，斷面近似等強(qiáng)度，金屬使用較合理。3.橫梁及連桿橫梁和連桿均是抽油機(jī)的動力傳輸構(gòu)件。新型6型游梁式抽油機(jī)采用的是單獨(dú)橫梁，如圖1.1所示，它由改變曲柄和連桿的連接點(diǎn)位置來調(diào)節(jié)沖程長度。連桿是把曲柄的連續(xù)圓周運(yùn)動變?yōu)榻喼C運(yùn)動的主要構(gòu)件之一。連桿采用無縫鋼管與連桿大小頭組焊而成，其組焊焊縫應(yīng)進(jìn)行探傷檢驗。正常工作時，上端連桿頭和橫梁無轉(zhuǎn)動，用銷子相連。下端連桿頭和曲柄用曲柄銷子連接，在連桿銷處安有滾動軸承。曲柄銷子和曲柄間一般用圓錐面相連，在銷子頭上用一螺母固死銷子和曲柄，在曲柄上有3個錐孔，用以改變沖程長度。因為連桿是完成力矩的傳遞，因此，對于上、下接頭與鋼管的焊縫是否能達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度而滿足使用要求就顯得尤為重要。如果連桿中有一根連桿失效，抽油機(jī)變成單臂傳動，很有可能被拉翻，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故。焊縫作為整個連桿的薄弱環(huán)節(jié)，都會引起設(shè)計人員高度重視，一般在設(shè)計中對焊縫的形式、焊接工藝條件、要求以及檢驗方法和標(biāo)準(zhǔn)都提出較高的要求和明確的規(guī)定。連桿的結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。1—橫梁2—軸承架3—橫梁軸1—上連桿頭2—連桿體3—下連桿頭圖1.1抽油機(jī)的橫梁圖1.2連桿結(jié)構(gòu)示意圖4.減速器減速器是把動力機(jī)的高速轉(zhuǎn)動變?yōu)槌橛蜋C(jī)所需要轉(zhuǎn)速的裝置。在抽油機(jī)中，它有減速和增扭矩的作用?？梢猿橄鬄檫@樣的一個模型：動力機(jī)減速箱工作機(jī)構(gòu)根據(jù)減速比的要求，6型游梁隨動型抽油機(jī)采用兩級雙圓弧人字齒輪傳動。減速箱的潤滑油多采用極壓型工業(yè)齒輪油，考慮到氣溫的影響，一般在冬季采用標(biāo)號小一些的齒輪油，夏季采用標(biāo)號大一些的齒輪油。減速器中，大齒輪靠油池浸油潤滑，小齒輪靠大齒輪所帶的油進(jìn)行潤滑；高速軸（如主動軸）的軸承靠齒輪油的飛濺潤滑，低速軸（如被動軸、中間軸）的軸承則靠刮油板供油潤滑。電動機(jī)電動機(jī)是抽油機(jī)的動力源，它的運(yùn)行是否可靠是整機(jī)正常運(yùn)行的根本保證。6型游梁隨動型抽油機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，安裝在抽油機(jī)游梁上的專用滑軌上，該專用滑軌可使電動機(jī)在前后左右方向上調(diào)整、移動，以便于采用不同型號電動機(jī)時，對正和脹緊傳動皮帶。6.剎車裝置及剎車安全裝置為了保證抽油機(jī)的安全運(yùn)行，就必須有一套操作方便、動作靈敏、安全可靠的剎車制動裝置。該裝置是一套由剛性桿件連接的剎車操縱機(jī)構(gòu)和制動機(jī)構(gòu)的組可以安放示功儀，測懸點(diǎn)示功圖。制動機(jī)構(gòu)是安裝在減速器輸入軸端的完成剎車功能的剎車執(zhí)行裝置。6型游梁隨動型抽油機(jī)采用外包式剎車裝置，此裝置由剎車瓦、剎車輪、定位軸、剎桿、死剎桿、連塊等組成。其特點(diǎn)是防風(fēng)沙性能較好，但防油性能較差。這種剎車裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，安裝調(diào)試、維護(hù)保養(yǎng)方便，剎車效果一般，但是在社會環(huán)境不太好的地方容易被人為地拆卸和破壞。剎車安全裝置是為了保證在抽油機(jī)安裝、調(diào)整和停機(jī)作業(yè)時的絕對安全而設(shè)置的保險裝置。該裝置形似一個掛鉤，安裝在減速器的中間軸的端蓋或外抱式剎車的固定銷處，在停機(jī)后除拉緊剎車外，一定要將剎車安全裝置的掛鉤（即保險鎖塊）放入剎車轂外緣的缺口內(nèi)。7.支架與底座支架是架高游梁、驢頭的桁架構(gòu)件，采用型鋼焊成。支架由螺絲緊固在抽油機(jī)的底座上。底座是支撐抽油機(jī)的主要構(gòu)件，俗稱底盤或船形底座。底座采用型鋼焊成，有足夠的強(qiáng)度和剛度。在抽油機(jī)安裝時，用緊固件把底座固定在專用的混凝土基礎(chǔ)上。8.懸繩器由卡瓦牙、上下支撐板及頂絲等組成，將鋼絲繩及光桿連成一體。懸繩器上可以安放示功儀，測懸點(diǎn)示功圖。9.隨動滑塊及隨動游梁平衡塊隨動滑塊是一個圓柱型的滾輪，在其前端安裝固定鋼絲繩用的轂，同時在游梁上安裝一個固定類似于蓋的裝置用來固定該滑塊，保證其不脫離游梁運(yùn)動。而平衡塊安裝于游梁副后臂裝置上，作成小車的形式，當(dāng)平衡塊重量不夠時可以在上面加平衡重。10.附加連桿在原有的連桿上再增加一個連桿，下端與連桿相聯(lián)接，上端與隨動滑塊聯(lián)接，來實(shí)現(xiàn)連桿對隨動滑塊的驅(qū)動。保證下上沖程時滑塊能一直保持相驢頭方向移動，在下沖程向遠(yuǎn)離驢頭方向移動。2.26型游梁隨動平衡抽油機(jī)運(yùn)動分析6型抽油機(jī)的基本參數(shù)是設(shè)計計算抽油機(jī)及合理選擇使用抽油機(jī)的基礎(chǔ)，本章主要研究四個基本參數(shù)（懸點(diǎn)載荷、沖程長度、沖程次數(shù)和減速箱曲柄軸扭矩）的大小和變化規(guī)律；其次討論驅(qū)動抽油機(jī)的電動機(jī)的額定功率的選擇方法。掌握抽油機(jī)懸點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律（懸點(diǎn)的位移、速度和加速度）是研究抽油裝置動力學(xué)、確定抽油裝置的基本參數(shù)及進(jìn)行抽油裝置設(shè)計的基礎(chǔ)，因此首先分析其運(yùn)動規(guī)律。新型6型抽油機(jī)是以游梁中軸和尾軸中心的連線作固定桿，以曲柄、連桿和游梁后臂為三個活動桿件所構(gòu)成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（圖2.1）。本節(jié)在研究抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)循環(huán)特性的基礎(chǔ)上，研究懸點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律。圖2.1抽油機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖2.2.1抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的循環(huán)特性目前，國內(nèi)外使用的游梁式抽游機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的循環(huán)主要有以下三種形式（1）對稱循環(huán)型；（2）近似對稱循環(huán)型;（3）非對稱循環(huán)型。6型游梁隨動型抽油機(jī)的四桿機(jī)構(gòu)為非對稱循環(huán)。6型機(jī)的機(jī)構(gòu)極位夾角取12度。2.2.2懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律的精確分析在精確分析抽油機(jī)的運(yùn)動規(guī)律時，用復(fù)變矢量法，這是一種比較簡單的方法，首先介紹復(fù)變矢量法的有關(guān)基礎(chǔ)知識。設(shè)在xy平面內(nèi)的任意矢如圖2.2，矢量可以用一個復(fù)數(shù)來表示，式中xA和yA代表A點(diǎn)在x、y軸上的投影，而則是虛數(shù)單位．這一矢量在x軸和y軸上的分量xA、分別為圖2.2矢量表示方法示意圖以及式中R——矢量的模。按Euler的關(guān)系式，，所以矢量可以寫成(2–1)這種矢量的復(fù)變數(shù)表達(dá)式比較簡明扼要，而且也比任何其它的矢量表達(dá)式更易于求導(dǎo)，將(2-1)式兩邊對θ求導(dǎo)得圖2.3隨動型抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖圖2.3為游梁隨動型抽油機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)示意圖，四桿機(jī)構(gòu)的四個連桿R、C、K、P可以用、、、四個矢量來表示，為便于分析，對圖中各角度正方向規(guī)定如下：（1）曲柄轉(zhuǎn)角θ在12點(diǎn)位置算起，并且沿順時針方向時取為正值；（2）各桿件的參考角、、等角度均從基桿算起，并且沿逆時針方向取為正值。（3）各桿件的幾何尺寸規(guī)定為：—曲柄長度；—連桿長度；—游梁后臂長度；—基桿長度；—游梁前臂長度；—基桿的水平投影；——基桿的豎直投影。圖中的幾何關(guān)系為：圖2.3中各矢量有如下關(guān)系式上述矢量方程用復(fù)變矢量可表示為將上式兩邊對時間求導(dǎo)可得或令方程兩邊實(shí)部和虛部對應(yīng)相等，則可得如下方程組求解上述聯(lián)立方程，可求得連桿及游梁運(yùn)動的角速度、為(2-2)將上式對時間t求導(dǎo),可得游梁運(yùn)動的角加速度為(2-3)由于曲柄勻速運(yùn)動，所以式中；，則為(2-4)懸點(diǎn)速度及加速度可由下式計算(2-5)當(dāng)懸點(diǎn)處于下死點(diǎn)及上死點(diǎn)兩極限位置時，游梁后臂和基桿之間的最大夾角及最小夾角分別為(2-6) (2-7)懸點(diǎn)沖程長度S為(2-8)以下死點(diǎn)為位移的零點(diǎn)，向上為位移正方向，則任意時刻懸點(diǎn)的位移為(2-9)懸點(diǎn)的位移與懸點(diǎn)的最大沖程長度關(guān)系(2-10)2.36型游梁隨動平衡四桿機(jī)構(gòu)尺寸計算確定四桿長（1）懸點(diǎn)的最大沖程長度和限制桿長，根據(jù)式（2-6）、（2-7）、（2-8）計算。-1.5-1.5-1-0.500.511.522.533.5125497397121145169193217241265289313337361圖2.4懸點(diǎn)位移、速度及加速度變化曲線（2）根據(jù)圖2.3，有公式；（3）懸點(diǎn)處于下死點(diǎn)及上死點(diǎn)兩極限位置時，四桿機(jī)構(gòu)有兩個運(yùn)動的極限位置：處于下死點(diǎn)時、、三邊要滿足三角形關(guān)系；處于上死點(diǎn)時、、三邊要滿足三角形關(guān)系。（4）根據(jù)經(jīng)驗估算新型6型游梁式抽油機(jī)的四桿機(jī)構(gòu)、總機(jī)重和總體積。在滿足上述四個條件的前提下，優(yōu)化設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)，得出四桿長=1375，=2870，=2400，=3984（2-11）根據(jù)以上推導(dǎo)的公式和上述計算得出的四桿桿長，編程計算出懸點(diǎn)運(yùn)動到任意位置的位移、速度及加速度，并用曲線圖表示出其變化規(guī)律，如圖2.4所示。2.46型游梁隨動平衡抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計算新6型游梁式抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)載荷是標(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)計計算和選擇使用的主要根據(jù)。當(dāng)抽油泵工作時，抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上作用有下列六項載荷：（1）抽油桿柱自重，用表示（它在油中重量用表示），作用方向下。（2）油管內(nèi)、柱塞上的油柱重（即柱塞面積減去抽油桿面積上的油柱重），用表示，作用方向也向下。（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。它們的大小與懸點(diǎn)的加速度成正比，而作用方向與加速度方向相反。（5）抽油桿柱和油柱運(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）柱塞和泵筒間、抽油桿（接箍）和油管間的半干摩擦力，用表示。還有抽油桿和油柱間、油柱和油管間以及油流通過抽油泵游動閥（排出閥）的液體摩擦力，用表示。和的作用方向和抽油桿的運(yùn)動方向相反。其中游動閥的液體摩擦力只在泵下沖程、游動閥打開時才產(chǎn)生，所以它的作用方向只向上。上述（1）、（2）、（3）三項載荷和抽油桿的運(yùn)動無關(guān)，稱為靜載荷。（4）兩項載荷和抽油桿的運(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，但是由于研究的是常規(guī)抽油機(jī)的隨動平衡，所以該項必須考慮。由于（5）涉及的運(yùn)動規(guī)律較為復(fù)雜，且對整機(jī)的運(yùn)動而言，其作用較小，在新型6型游梁式抽油機(jī)設(shè)計中，將在總作用載荷中占比重很小的第（5）、（6）項忽略。這里為了敘述方便起見，先討論靜載荷的大小和變化規(guī)律，再根據(jù)公式計算懸點(diǎn)最大載荷和最小載荷，最后定性分析一下第（4）項中的摩擦力對懸點(diǎn)載荷的影響問題。2.4.1懸點(diǎn)靜載荷的大小和變化規(guī)律分別對上沖程、下沖程、下死點(diǎn)和上死點(diǎn)四種情況進(jìn)行分析（圖2.5）。1.上沖程當(dāng)懸點(diǎn)從下死點(diǎn)往上移動時，如圖2.5a所示，游動閥在柱塞上部油柱壓力作用下關(guān)閉，而固定閥在柱塞下面泵筒內(nèi)、外壓力差作用下打開。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，這兩個載荷的作用方向都是向下的。同時，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)生方向向上的壓力。因此，上沖程時，懸點(diǎn)的靜載荷等于====（2-12）aba—上沖程b—下沖程圖2.5懸點(diǎn)載荷作用式中——抽油桿材料的密度，kg/m；——原油的密度，kg/m；——抽油桿橫截面面積，m；——泵柱塞橫截面面積，m；——抽油桿長度或下泵深度，m；——泵的沉沒度，m；——油井中動液面以上（即段液柱），斷面積等于柱塞面積面積的油柱重。2．下沖程當(dāng)懸點(diǎn)從上死點(diǎn)往下移動時，如圖（2.5b）所示，游動閥由于柱塞上、下壓力差打開，而固定閥在泵筒內(nèi)外壓力作用下而關(guān)閉。游動閥打開，使懸點(diǎn)只承受抽油桿柱在油中重量。而固定閥關(guān)閉，使油柱重量移到固定閥和油管上。這樣一來，下沖程時懸點(diǎn)的靜載荷等于（2-13）3．下死點(diǎn)（從下沖程到上沖程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)）這時，對抽油桿柱或油管柱來說，載荷都發(fā)生了變化：（1）對抽油桿來說，在這一瞬間，懸點(diǎn)載荷發(fā)生了變化，由下沖程的變到上沖程的，增加了一個載荷（油柱重），載荷增加就使抽油桿伸長，伸長的大小等于：（2-14）式中E——鋼的彈性模數(shù)，等于N/m（或）。在伸長變形完畢以后，載荷才全部加到抽油桿或懸點(diǎn)上。實(shí)際上，在抽油桿柱受載伸長的過程中，驢頭已開始上沖程。當(dāng)懸點(diǎn)往上走了一個距離時，由于同時產(chǎn)生的抽油桿柱伸長的結(jié)果，使柱塞還停留在原來位置，即柱塞對泵筒沒有相對運(yùn)動，因而不抽油，如圖2.6c所示（2）對油管柱來說，下沖程時，由于游動閥打開和固定閥關(guān)閉，油柱重壓在固定閥上，也就是壓在泵筒和油管的下部。而當(dāng)轉(zhuǎn)到上沖程時，游動閥關(guān)閉，整個油柱的圖2.6抽油桿柱和油管柱變形過程圖解重量都由柱塞和抽油桿柱承擔(dān)而油管柱上就沒有這個載荷作用。因此，在抽油桿柱加載的同時，油管柱卻卸載。卸載引起油管長度的縮短，直到縮短變形完畢以后，油管柱的載荷才全部卸掉。油管柱縮短的大小等于（2-15）式中——油管管壁的橫截面積，m。這樣一來，雖然懸點(diǎn)帶著柱塞一起往上移動，但是由于油管柱的縮短，使油管柱的下端也跟著柱塞往上移動，柱塞對泵筒還是沒有相對運(yùn)動，即還不能抽油。如圖2.6中d所示。一直到懸點(diǎn)經(jīng)過一段距離等于以后，柱塞才開始抽油。上面所進(jìn)行的分析表明：懸點(diǎn)從下死點(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要比S小。所以（2-16）而靜變形的大小為（2-17）式中稱為變形分配系數(shù)，一般可取0.6～0.9。4．上死點(diǎn)（從上沖程到下沖程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)）它和下死點(diǎn)情況恰恰相反。這時，對抽油桿柱來說，靜載荷由上沖程的變到下沖程的，減少了油柱重，抽油桿因而縮短。因此當(dāng)懸點(diǎn)往下走了時，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，因為加載而伸長了，油管（或泵筒）好像跟著柱塞往下走。所以，當(dāng)選點(diǎn)走完以前，柱賽和泵筒還不能產(chǎn)生相對運(yùn)動，也不會抽油。因此，在排油過程中，柱塞的有效沖程長度比懸點(diǎn)沖程長度減少了一個同樣的靜變性值?，F(xiàn)在把上、下沖程中懸點(diǎn)靜載荷隨它的位移變化規(guī)律利用圖形來表示，如圖2.7所示，這種圖形稱為靜力示功圖，圖中AB斜線表示懸點(diǎn)上沖程開始時載荷由柱塞傳遞到懸點(diǎn)的過程。EB線相當(dāng)于柱塞和泵筒沒有發(fā)生相對運(yùn)動時懸點(diǎn)上行時的距離，即EB=λ。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為水平線BC，到達(dá)上死點(diǎn)C為止。CD線表示抽油桿柱的卸載過程。卸載完畢后，懸點(diǎn)又以一個不變的靜載荷向下運(yùn)動，成為水平線DA而回到下死點(diǎn)A。這種靜力示功圖，只有在淺井，而且抽油機(jī)的沖次較低時才能用動力儀測得。上面靜力示功圖中表明，在上、下沖程內(nèi)，懸點(diǎn)靜載荷隨懸點(diǎn)位移的變化規(guī)律是一平行四邊形ABCD。2.4.2懸點(diǎn)動載荷的大小和變化規(guī)律在井較深、抽油機(jī)沖程次數(shù)較大的情況下，必須考慮動載荷的影響，動載荷是由慣性載荷和振動載荷兩部分組成的?，F(xiàn)在先討論慣性載荷，再討論振動載荷。1.慣性載荷慣性載荷包括抽油桿柱兩部分，即和。如果略去抽油桿和油柱的彈性影響，可以認(rèn)為，抽油桿柱以及油柱各點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律和懸點(diǎn)完全—致。所以，和得大小和懸點(diǎn)加速度大小成正比，而作用方向和后者相反。（2-18）圖2.7靜力示功圖（2-19）式中——考慮油管過流斷面擴(kuò)大引起油柱加速度降低的系數(shù)（2-20）上式中的表示油管過流斷面的面積，它和前面式（2-17）中用到的式不同的，時表示油管管壁的橫截面面積。（1）慣性載荷對懸點(diǎn)總載荷的影響上沖程時，柱塞(或抽油桿)帶著油柱運(yùn)動，所以上沖程的慣性載荷等于=（2-21）式中m——表示油柱慣性載荷與抽油桿柱慣性載荷的比值?？傻酶鶕?jù)其中的關(guān)系，利用計算公式開始如下推導(dǎo)，再與靜力示功圖相比較從而得出相關(guān)關(guān)系式。（2-22）下沖程時，柱塞（或抽油桿）不帶動液柱運(yùn)動，所以得出下沖程的慣性載荷，慣性載荷大小的變化規(guī)律和懸點(diǎn)加速度的大小變化規(guī)律相類似，但方向和后者相反。就是說，在上沖程前半段，加速度向上，慣性載荷就向下，這時懸點(diǎn)的總載荷應(yīng)該等于靜載荷加上慣性載荷。而到上沖程后半段，加速度向下，慣性載荷就變?yōu)橄蛏希赃@時懸點(diǎn)的總載荷應(yīng)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)變成扭歪的四邊形，這種示功圖，稱為動力示功圖，如圖2.8所示。圖2.8動力示功圖圖2.8動力示功圖（2）慣性載荷對抽油泵柱塞有效沖程長度的影響從上面的分析可以看出，最大慣性載荷發(fā)生在上死點(diǎn)和下死點(diǎn)。而且在上死點(diǎn)，即上沖程的終點(diǎn)處，慣性載荷向上，減小抽油桿柱重量，使抽油桿柱受壓縮，柱塞因而產(chǎn)生附加沖程長度。在下死點(diǎn)即下沖程的終點(diǎn)處，慣性載荷向下，增加抽油桿的重量，抽油桿柱伸長，又給柱塞一個附加沖程長度。因此柱塞的有效沖程長度就由式（2-16）變?yōu)橄率剑?-24）變形e1和e2的計算公式和λ相類似，所不同的是e1和e2是慣性載荷產(chǎn)生的。慣性載荷是沿抽油桿均勻分布的質(zhì)量力，可以將它看作作用在抽油桿柱重心的集中力。抽油桿柱重心對單級桿柱來說，就是在抽油桿柱長度的中心點(diǎn)處，所以（2-25）上式中的和指的是在上死點(diǎn)和下死點(diǎn)處的最大慣性載荷。為了簡便起見，我們略去油柱慣性載荷的影響，利用式（2-22），（2-23），（2-24），并代入相應(yīng)的常數(shù)(，kg/m，N/m)式(2-25)就成為下列形式：（2-26）將上式代入式（2-23），就可得到考慮慣性載荷作用后，柱塞有效沖程長度的表達(dá)式（2-27）式中—沖程增加系數(shù)，。當(dāng)采用普通抽汲工況時，K值一般很小，和1僅有1.5％～2.6％的差別，但隨著下泵深度L和沖程次數(shù)n的增加，K值迅速增加，因為在K值的表達(dá)式中L和n都是2次方的關(guān)系。例如，當(dāng)=800m和=5min-1時，=1．0052，而當(dāng)=1500m和=10min-1時，=1.0467。振動載荷抽油桿柱又細(xì)又長，彈性很大，很像一根長彈簧。在長彈簧下端突然拿去一重物，都會產(chǎn)生振動。抽油桿柱也一樣。當(dāng)懸點(diǎn)開始向上時，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，這時柱塞和泵筒沒有相對移動，所以抽油桿柱不會產(chǎn)生振動。而當(dāng)靜變形終了一瞬間，懸點(diǎn)以一定速度運(yùn)動，這時，抽油桿柱和柱塞突然帶動油柱運(yùn)動，抽油桿柱就會產(chǎn)生一次振動。當(dāng)懸點(diǎn)開始向下時，在靜變形結(jié)束后，柱塞和抽油桿柱突然卸去油柱重量，又發(fā)生一次振動。就這樣上下循環(huán)一次，發(fā)生兩次振動。由于井下存在著各種阻力，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)迫振動頻率和抽油桿柱——油柱彈性系統(tǒng)的自振頻率相同或成整數(shù)倍時，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)象的產(chǎn)生，必須正確的選擇懸點(diǎn)的沖程次數(shù)?？紤]到振動載荷的影響后，示功圖變?yōu)槿鐖D2.8所示的。但是，在新型6型游梁式抽油機(jī)設(shè)計中，由于振動載荷在總作用載荷中占得比重很小，又由于設(shè)計時間倉促，條件不允許，不能實(shí)地測量，所以不考慮振動載荷對整個系統(tǒng)的影響。2.4.3懸點(diǎn)的最大載荷和最小載荷從圖2.8所示的動力示功圖中可以看出，懸點(diǎn)的最大載荷發(fā)生在上沖程靜變形期結(jié)束后一瞬間，如圖2.8中的點(diǎn)。最大載荷等于靜載荷加上動載荷（慣性載荷和振動載荷），懸點(diǎn)的最小載荷發(fā)生在下沖程靜變形期結(jié)束后一瞬間，如圖2.8中的點(diǎn)。最小載荷等于靜載荷減去動載荷。懸點(diǎn)的最大載荷和最小載荷，特別是最大載荷是正確設(shè)計和選擇抽油機(jī)和抽油桿以及確定電動機(jī)功率的主要依據(jù)之一，所以目前有許多計算公式，有些是先從理論上推導(dǎo)出，再引進(jìn)試驗校正系數(shù)，有些是純粹的經(jīng)驗公式；有些只考慮慣性載荷，而另一些除了考慮慣性載荷外還考慮振動載荷的影響。但無論是哪種公式，都只是用來作為設(shè)計過程中的粗算，或是在某些情況下作為估算的依據(jù)。在本設(shè)計中，采用如下公式2.4.4摩擦力對懸點(diǎn)載荷的影響懸點(diǎn)載荷中的摩擦力是由兩部分組成的：一部分是抽油桿和油管間、柱塞和泵筒間的半干擦力；另一部分是抽油桿柱和油柱間、油柱和油管間以及油流通過泵游動閥的液體摩擦力。試驗證實(shí)：半干摩擦力不隨抽汲速度，即乘積而變，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而變化，而且隨原油的粘度等因素而變化。一般來說，這兩種摩擦力對懸點(diǎn)載荷的影響是不一樣的。在我國油田上占相當(dāng)數(shù)量的直井同時是粘油井，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??；在斜井和定向井中抽油時，干摩擦力特別是抽油桿（或接箍）和油管間的摩擦力將達(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，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，所以這時懸點(diǎn)載荷等于（2-28）式中——上沖程時所產(chǎn)生的摩擦力。等于下列三項總和：抽油桿和油管間的半干摩擦力；柱塞和泵筒間的半干摩擦力；由于上沖程時游動閥關(guān)閉，抽油桿柱和柱塞往上舉油，在油柱和油管間引起的液體摩擦力。下沖程時，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，所以這時懸點(diǎn)載荷等于（2-29）式中——下沖程時所產(chǎn)生的摩擦力。等于下列四項總和：抽油桿和油管間半干摩擦力；柱塞和泵筒間的半干摩擦力；抽油桿和油柱間的液體摩擦力；由于下沖程時游動閥打開，油流通過游動閥所產(chǎn)生的液體摩擦力。上面分析表明，摩擦力增加了懸點(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，同時也擴(kuò)大了示功圖面積，這不但給抽油機(jī)的工作帶來了很不利的影響，而且使功率消耗大大增加。在新型3型游梁式抽油機(jī)設(shè)計中，根據(jù)經(jīng)驗公式等于（2-30）式中——泵柱塞直徑，mm；——泵筒和柱塞間的間隙，查表（《采油技術(shù)手冊》）得=0.04。2.4.5新型6型游梁式抽油機(jī)載荷計算實(shí)際工況參數(shù)的提?。簃，m，kg/m，kg/m，mm，抽油桿直徑mm油管外徑mm，油管內(nèi)徑mm。懸點(diǎn)上沖程時，參照式（2-12）、式（2-21）和式（2-30），懸點(diǎn)載荷等于（2-31）懸點(diǎn)下沖程時，參照式（2-13）、式（2-23）和式（2-30），懸點(diǎn)載荷等于（2-32）新型6型游梁式抽油機(jī)有效沖程長度的計算：m上沖程靜載荷：2.下沖程靜載荷：=15.2 kN3.懸點(diǎn)的最大、最小載荷：=25.63kN=16.44kN考慮上述影響懸點(diǎn)載荷的因素,通過計算得出結(jié)論,其中最大載荷畫出游梁隨動型抽油機(jī)的靜力示功圖（圖2-9）圖2.9靜力示功圖考慮上述影響懸點(diǎn)載荷的因素，通過計算編程得出結(jié)論，并作出新型6型梁式抽油機(jī)的動力示功圖（2.9），其中最大載荷2.56型游梁隨動平衡抽油機(jī)減速箱及曲柄扭矩計算抽油機(jī)工作時，由于懸點(diǎn)載荷、驢頭自重、及前、后游梁自重在曲柄軸（減速箱輸出軸）上造成的扭矩與電動機(jī)輸給曲柄的扭矩相平衡。因此，通過懸點(diǎn)載荷及平衡來計算曲柄軸扭矩，不僅可以檢查減速箱是否在超扭矩條件下工作，而且可以用來檢查和計算電動機(jī)功率及功率利用情況。一定型號的抽油機(jī)所配減速箱都有允許的最大扭矩。在一定條件下，它既限制著油井生產(chǎn)時所采用的最大抽油參數(shù)，同時又限制著為了保證大參數(shù)生產(chǎn)所需要的電動機(jī)功率。例如，對于6型抽油機(jī)，一般選用的電動機(jī)功率最大不要超過30～45kW，否組則會出現(xiàn)兩種情況：一是電動機(jī)過大，而功率利用不充分（電動機(jī)效率和功率因素都低）；或者電動機(jī)在滿載條件下工作，但抽油機(jī)必然在超載荷或超扭矩的條件下工作。下面討論6型游梁隨動抽油機(jī)減速箱曲柄軸扭矩的大小和變化規(guī)律。6型游梁隨動型抽油機(jī)采用游梁平衡，受力分析如圖2.10所示。計算時采用如下符號——懸點(diǎn)載荷，N；——曲柄所受的力，N； ——減速箱曲柄軸輸出扭矩，沿曲柄旋轉(zhuǎn)方向為正值，N·m； ——曲柄平衡塊重量，N；——游梁隨動平衡重重量，N；PL ——連桿受到的拉力，N。Kc ——游梁平衡重重心到游梁旋轉(zhuǎn)中心的中離，m；除隨動塊的運(yùn)動分析其他與普通抽油機(jī)相同,利用幾何關(guān)系得出隨動重塊運(yùn)動方程。6型游梁隨動型抽油機(jī)可參考常規(guī)抽油機(jī)的力學(xué)模型。圖2.10抽油機(jī)受力示意圖首先為了便于分析，將平衡塊的重量Q曲及曲柄自重折算到曲柄銷處，這種折算保證了前后對曲柄旋轉(zhuǎn)中心的力距不變，折算后的等效載荷用Qe來表示。首先取連桿為研究對象，通過對游梁旋轉(zhuǎn)中心取力距然后對應(yīng)到連桿方向可得懸點(diǎn)對連桿的力游梁隨動平衡連桿隨動平衡塊對曲柄軸的扭矩曲柄重對曲柄軸的扭矩隨動塊對曲柄的扭矩其中平衡塊的力臂Kc是一個變量（通過附加連桿和游梁之間的幾何關(guān)系可得）見程序。通過程序調(diào)試可求。2.6新型6型抽油機(jī)減速箱的選擇及電動機(jī)功率的計算方法游梁式抽油機(jī)傳動裝置的作用是實(shí)現(xiàn)從電動機(jī)到曲柄的動力傳遞和減速，采用V帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動等，其組合形式有如下三種：V帶傳動加齒輪減速器；V帶傳動加鏈條減速器；全V帶傳動。目前最常用的是第一種組合型式。8型游梁隨動抽油機(jī)的減速箱采用兩級雙圓弧人字齒輪分流式傳動。雙圓弧齒輪形式的減速器在傳動的過程中工作比較平穩(wěn)，比較適合抽油機(jī)這種常年在液外作業(yè)、工作條件較為艱苦的機(jī)械傳動；人字齒輪沒有了中間的推刀槽，使減速器緊湊，攜油潤滑效果較好。這樣能給油田系統(tǒng)能加很多經(jīng)濟(jì)效益；分流式使齒輪軸受力均勻，尤其使用于抽油機(jī)這種載荷變動比較大的機(jī)械上。查《采油設(shè)計手冊》第四卷可得出抽油機(jī)的具體型號為CYJ6-2.5-26HB,對應(yīng)的減速器型號JLH-750。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)得出如圖2.11所示的曲柄隨轉(zhuǎn)角變化的扭矩圖。-15000-15000-10000-500005000100001500020000250001265176101126151176201226251276301326351圖2.11減速箱曲柄扭矩隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化曲線2.6.2電機(jī)的選擇雖然國外有些油田用天然氣發(fā)動機(jī)作抽油機(jī)動力，但大多數(shù)抽油機(jī)則以電動機(jī)作為動力。因此，在抽油井較多的油田上，用于抽油的電能消耗量很大。抽油裝置電動機(jī)的選擇，一方面關(guān)系到電能的利用效率；另一方面將關(guān)系到能否發(fā)揮抽油設(shè)備和油層生產(chǎn)能力的問題。游梁式抽油裝置的特點(diǎn)是：（1）負(fù)荷是脈動的，而且變化大；（2）啟動困難，要求有大的啟動轉(zhuǎn)矩；（3）所用電動機(jī)功率不太大，一般不超過40kW，小的只有幾千瓦，但總的數(shù)量大；（4）在露天工作，要求電動機(jī)維護(hù)簡單、工作可靠。所以，抽油機(jī)所用電動機(jī)都是封閉式鼠籠異步電動機(jī)。它的構(gòu)造簡單、堅固、易維修。八十年代以前國產(chǎn)抽油機(jī)所選配的電動機(jī)大多數(shù)是或（高啟動轉(zhuǎn)矩）系列，之后，其替代產(chǎn)品Y系列的三相異步封閉式鼠籠型電動機(jī)，是我國研制成功的節(jié)能新型電機(jī)，現(xiàn)在已基本上取代了和系列，成為新的基本系列電機(jī)。電動機(jī)的選擇除了確定適合于抽油機(jī)工作的類型之外，還要確定適合各型抽油機(jī)工作的電動機(jī)的容量（即電動機(jī)的額定功率）。利用均方根扭矩選擇新型6型游梁式抽油機(jī)電動機(jī)的額定功率電動機(jī)功率與傳遞到減速箱從動軸上扭矩的關(guān)系式為（2-35）式中M——傳至曲柄軸上的扭矩，Nm；N——電動機(jī)額定功率，kW；n——曲柄軸轉(zhuǎn)數(shù)（懸點(diǎn)沖次數(shù)），；——傳動效率，；——皮帶傳動效率，0.92～0.95；——減速箱傳動效率，。由式（2-35）就可得到根據(jù)曲柄軸上的扭矩確定所需要的電動機(jī)額定功率的計算公式為：(2-36)由式（2-36）可看出：抽油機(jī)工作時，實(shí)際在去柄軸上所產(chǎn)生的扭矩和沖數(shù)決定著需要的電動機(jī)功率。但是曲柄扭矩在整個工作過程中是變化的，而只在上、下沖程的某一瞬間達(dá)到最大值。在變負(fù)荷條件下，電動機(jī)的選擇就不能根據(jù)瞬時最大扭矩來計算。否則動機(jī)在大部分時間不能滿載工作，其效率和功率因素都不高，電動機(jī)功率利用就不充分。在變負(fù)荷條件下，電動機(jī)選擇的一般方法是根據(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算，則（2-37）式中——需要的電動機(jī)功率（即需要選用的電動機(jī)額定功率），kWn——沖數(shù)，；——傳動效率，計算得0.85～0.89，取0.87；——曲柄軸上的均方根扭矩,Nm。所謂均方根扭矩，就是用一個不變化的固定扭矩代替變化的實(shí)際扭矩。使其電動機(jī)的發(fā)熱條件相同，則此固定扭矩即為實(shí)際變化扭矩的等值扭矩。計算得到的扭矩曲線或測得的瞬時扭矩來計算：（2-38）式中M——曲柄軸瞬時扭矩（隨曲柄轉(zhuǎn)角而邊）,Nm；——曲柄轉(zhuǎn)角計算時取的間隙越小，則計算越準(zhǔn)確。取編程計算得到的一組扭矩數(shù)據(jù)根據(jù)式（2-38）計算出=Nm；再利用前面已計算數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)，根據(jù)式（2-37）計算出kW。在《機(jī)械設(shè)計手冊》查得可采用電動機(jī)型號為Y225M-8。第3章6型游梁隨動平衡抽油機(jī)強(qiáng)度校核抽油機(jī)各桿件和各節(jié)點(diǎn)的受力分析是抽油機(jī)設(shè)計計算的基本任務(wù)之一。只有在受力分析的基礎(chǔ)上，才能正確的設(shè)計計算零件的尺寸，以保證零件具有足夠的強(qiáng)度和可靠性，下面首先對6型游梁隨動型抽油機(jī)的受力進(jìn)行分析。3.16型游梁隨動平衡抽油機(jī)所受外力圖3.1抽油機(jī)受力示意圖圖3.1為作用于6型游梁隨動型抽油機(jī)的外力，對各力解釋如下：——懸點(diǎn)載荷，N；——隨動平衡重，N；——驢頭自重，N；——游梁隨動平衡重，N。3.26型游梁隨動平衡抽油機(jī)零件強(qiáng)度校核游梁式抽油機(jī)零件主要包括:連桿、游梁、曲柄銷、游梁尾軸承、游梁支架軸承、支架、減速箱的零件等。游梁式抽油機(jī)的支架屬于空間剛架結(jié)構(gòu)，可用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法進(jìn)行內(nèi)力分析和強(qiáng)度計算；在已知各軸承反力以后，軸的強(qiáng)度計算及軸承的使用壽命校核比較容易；減速箱計算工作量比較大，包括齒輪傳動的設(shè)計計算，軸的強(qiáng)度計算及軸承的使用壽命等。通過對對曲柄的受力分析及減速箱傳遞扭矩的計算，可確定作用于減速箱有關(guān)零件上的外負(fù)荷，通過對零件的受力分析便可知道其內(nèi)力，并進(jìn)行強(qiáng)度計算。下面僅就抽油機(jī)連桿、曲柄銷等主要部件的強(qiáng)度計算進(jìn)行研究。抽油機(jī)主要零件都承受交變載荷的作用，因此其強(qiáng)度計算包括靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度計算兩個部分。當(dāng)靜強(qiáng)度計算時，假定抽油泵柱塞瞬時卡住(如在柱塞和泵筒間落入砂粒，即砂卡)而驢頭繼續(xù)工作，那么在懸點(diǎn)處產(chǎn)生的最大載荷有可能超過工作時懸點(diǎn)的最大允許載荷Pmax。短時間作用的懸點(diǎn)最大載荷為式中——懸點(diǎn)短時間作用的最大載荷，即在計算抽油機(jī)零件的靜強(qiáng)度時，懸點(diǎn)計算負(fù)荷P取為；——考慮到柱塞瞬時卡住時懸點(diǎn)載荷的增加倍數(shù)，=1.5-2.0。當(dāng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算時，由于決定疲勞強(qiáng)度的不是最大應(yīng)力的大小，而是應(yīng)力幅值，故在疲勞強(qiáng)度計算時，懸點(diǎn)計算負(fù)荷P不能取為常數(shù)，而必須用懸點(diǎn)示功圖確定懸點(diǎn)瞬時計算負(fù)荷P。由于在抽油機(jī)使用范圍內(nèi)，不同的下泵深度和不同的抽汲參數(shù)直接影響抽油機(jī)懸點(diǎn)負(fù)荷大小及示功圖形狀，因此也直接影響抽油機(jī)零件的應(yīng)力狀態(tài)。因此當(dāng)確定抽油機(jī)零件的應(yīng)力以進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算時，應(yīng)該討論在該型抽油機(jī)使用范圍內(nèi)的三種下泵深度情況——最小的、最大的和平均的下泵深度。一般可考慮以下兩種抽汲工況：（1）在給定的最小下泵深度條件下，用最大的沖程長度和最大沖程次數(shù)以及盡可能小的泵徑抽汲所需的產(chǎn)量。（2）在給定的最大或平均下泵深度條件下，用最大沖程長度，盡可能小的沖程次數(shù)和泵徑抽汲所需的產(chǎn)量。在利用以上兩種抽汲工況確定懸點(diǎn)示功圖時，還應(yīng)遵循以下的基本原則：調(diào)節(jié)下泵深度及沉沒度等參數(shù)，使抽油機(jī)工作時的懸點(diǎn)最大負(fù)荷(即示功圖上載荷最大值)達(dá)到抽油機(jī)懸點(diǎn)的最大允許負(fù)荷Pmax。3.2.1連桿強(qiáng)度校核抽油機(jī)的連桿比較輕，運(yùn)動產(chǎn)生的慣性力及慣性力矩較小。如果忽略連桿運(yùn)動所產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩，連桿上的小的隨動連桿受力較連桿兩端的受力小得多也可以忽略。因此可認(rèn)為連桿近似為二力桿。連桿力為(1)連桿的靜強(qiáng)度按公式進(jìn)行校核。

連桿承受拉力，在靜強(qiáng)度計算時，連桿所用材料為20號鋼，其屈服極限。連桿采用無縫鋼管，計算連桿的橫截面積得連桿的工作應(yīng)力為許用應(yīng)力為，取安全系數(shù)，所以。由于，故連桿在靜載荷作用下工作安全可靠。(2)連桿的疲勞強(qiáng)度校核。連桿承受的拉力P也是交變載荷，連桿所受的最大載荷，材料被拉伸時的，對20號鋼，，取安全系數(shù)，故強(qiáng)度校核公式為，式中—有效應(yīng)力集中系數(shù)，取K=1.4—材料的影響系數(shù)，對低合金鋼和碳鋼取=0.2；時的極限應(yīng)力；代入得由于，故連桿在交變載荷作用下工作安全可靠。3.2.2曲柄銷強(qiáng)度校核曲柄銷是游梁式抽油機(jī)的關(guān)鍵零件，也是抽油機(jī)易損件之一。在抽油機(jī)工作過程中，經(jīng)常發(fā)生曲柄銷損壞現(xiàn)象，給油田生產(chǎn)造成很大損失。它的作用是把曲柄和連桿聯(lián)系起來，一方面是起到傳遞動力和運(yùn)動的作用；另一方面，又使曲柄和連桿之間可以產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。曲柄銷是在長期的非對稱循環(huán)交變應(yīng)力下工作，因此用靜強(qiáng)度計算確定初步尺寸以后，還必須對曲柄銷進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。1、曲柄銷在靜載荷作用下的強(qiáng)度校核曲柄銷所選用的材料為30CrMo合金鋼，危險截面的直徑=80mm，作用在曲柄銷上的最大工作載荷，最大彎矩為：