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(duì)油田節(jié)能降耗影響甚大。針對(duì)目前抽油機(jī)存在平衡效果差，裝機(jī)功率過(guò)高，效率低這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種游梁隨動(dòng)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(dòng)平衡抽油機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：在游梁上安裝一個(gè)滑塊,該滑塊通過(guò)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(gè)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(gè)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(guò)在下沖程過(guò)程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時(shí)游梁上的平衡塊上升，儲(chǔ)存一定的位能，避免了對(duì)電動(dòng)機(jī)做負(fù)功。在上沖程過(guò)程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時(shí)將下沖程儲(chǔ)存的位能釋放，用來(lái)提升抽油桿和油柱。實(shí)現(xiàn)上下沖程運(yùn)動(dòng)的平衡。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可靠性強(qiáng)。便于加工和維修。本文對(duì)新型6型抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行精確分析，通過(guò)懸點(diǎn)沖程長(zhǎng)度，計(jì)算四連桿尺寸，并著重對(duì)減速箱曲柄軸扭矩進(jìn)行計(jì)算，編寫了相應(yīng)的計(jì)算程序，將不同尺寸時(shí)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(wú)負(fù)扭矩的一組作為設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)主要零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，力學(xué)分析計(jì)算及強(qiáng)度校核。關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；新型結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)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(dòng)平衡抽油機(jī)總體方案確定及基本理論 42.16型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)方案的確定 42.26型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)分析 62.36型游梁隨動(dòng)平衡四桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算 102.46型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計(jì)算 112.56型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)減速箱及曲柄扭矩計(jì)算 222.6新型6型抽油機(jī)減速箱的選擇及電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算方法 24第3章6型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)強(qiáng)度校核 273.16型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)所受外力 273.26型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)零件強(qiáng)度計(jì)算 28第4章6型游梁隨動(dòng)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(jì)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(lái)，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(dòng)力機(jī)的連續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)變成抽油桿柱及抽油泵柱塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而將地下的原油開采出來(lái)的機(jī)械設(shè)備。目前仍在國(guó)內(nèi)外普遍使用，常規(guī)游梁式抽油機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐用，操作簡(jiǎn)便，維護(hù)費(fèi)用低等明顯優(yōu)勢(shì)，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(wú)法解決“大馬拉小車”的局面。因此，針對(duì)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(guó)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(zhǎng)度縮短，減速箱相對(duì)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(shí)。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(gè)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(guò)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(dòng)機(jī)電流波動(dòng)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(zhǎng)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(guó)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(duì)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(gè)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(dòng)，以獲得長(zhǎng)沖程。該型抽油機(jī)隨著曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)，即連桿長(zhǎng)度與游梁后臂有效長(zhǎng)度均隨曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)應(yīng)，從而使凈扭矩波動(dòng)幅度減小，降低減速器的額定扭矩及所配的電動(dòng)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(wèn)題，將考慮在游梁上安裝隨動(dòng)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(gè)可以隨游梁擺動(dòng)而滑動(dòng)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(wèn)題，但是該裝置對(duì)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(jì)的游梁隨動(dòng)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(dòng)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(dòng)調(diào)整游梁隨動(dòng)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(shí)因?yàn)榛纠^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(zhǎng)工作壽命。同時(shí)改造成本低廉，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)是針對(duì)以上優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一款游梁抽油機(jī)的隨動(dòng)平衡裝置。主要設(shè)計(jì)思路為在游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)是在游梁上安裝一個(gè)滑塊,該平衡塊通過(guò)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(gè)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(gè)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(guò)在下沖程過(guò)程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時(shí)游梁上的平衡塊上升，儲(chǔ)存一定的位能，避免了對(duì)電動(dòng)做負(fù)功。在上沖程過(guò)程中，調(diào)節(jié)力臂的大小，同時(shí)將下沖程儲(chǔ)存的位能釋放，用來(lái)提升抽油桿和油柱。實(shí)現(xiàn)上下沖程運(yùn)動(dòng)的平衡。第2章6型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)總體方案確定及基本理論2.16型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)方案的確定6型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡(jiǎn)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(lái)將游梁前端的往復(fù)圓弧運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜅U的垂直直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了保證在一定沖程長(zhǎng)度下，將圓弧運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，圓弧面長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)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(dòng)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(lái)調(diào)節(jié)沖程長(zhǎng)度。連桿是把曲柄的連續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)變?yōu)榻?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的主要構(gòu)件之一。連桿采用無(wú)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(yàn)。正常工作時(shí)，上端連桿頭和橫梁無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)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(gè)錐孔，用以改變沖程長(zhǎng)度。因?yàn)檫B桿是完成力矩的傳遞，因此，對(duì)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(dòng)，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(gè)連桿的薄弱環(huán)節(jié)，都會(huì)引起設(shè)計(jì)人員高度重視，一般在設(shè)計(jì)中對(duì)焊縫的形式、焊接工藝條件、要求以及檢驗(yàn)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(dòng)力機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)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。可以抽象為這樣的一個(gè)模型：動(dòng)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(dòng)型抽油機(jī)采用兩級(jí)雙圓弧人字齒輪傳動(dòng)。減速箱的潤(rùn)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(hào)小一些的齒輪油，夏季采用標(biāo)號(hào)大一些的齒輪油。減速器中，大齒輪靠油池浸油潤(rùn)滑，小齒輪靠大齒輪所帶的油進(jìn)行潤(rùn)滑；高速軸（如主動(dòng)軸）的軸承靠齒輪油的飛濺潤(rùn)滑，低速軸（如被動(dòng)軸、中間軸）的軸承則靠刮油板供油潤(rùn)滑。電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)是抽油機(jī)的動(dòng)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(dòng)型抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)在前后左右方向上調(diào)整、移動(dòng)，以便于采用不同型號(hào)電動(dòng)機(jī)時(shí)，對(duì)正和脹緊傳動(dòng)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(dòng)作靈敏、安全可靠的剎車制動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的組可以安放示功儀，測(cè)懸點(diǎn)示功圖。制動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)單，造價(jià)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(huì)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(shí)的絕對(duì)安全而設(shè)置的保險(xiǎn)裝置。該裝置形似一個(gè)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(xiǎn)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(shí)，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(cè)懸點(diǎn)示功圖。9.隨動(dòng)滑塊及隨動(dòng)游梁平衡塊隨動(dòng)滑塊是一個(gè)圓柱型的滾輪，在其前端安裝固定鋼絲繩用的轂，同時(shí)在游梁上安裝一個(gè)固定類似于蓋的裝置用來(lái)固定該滑塊，保證其不脫離游梁運(yùn)動(dòng)。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(shí)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(gè)連桿，下端與連桿相聯(lián)接，上端與隨動(dòng)滑塊聯(lián)接，來(lái)實(shí)現(xiàn)連桿對(duì)隨動(dòng)滑塊的驅(qū)動(dòng)。保證下上沖程時(shí)滑塊能一直保持相驢頭方向移動(dòng)，在下沖程向遠(yuǎn)離驢頭方向移動(dòng)。2.26型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)分析6型抽油機(jī)的基本參數(shù)是設(shè)計(jì)計(jì)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(gè)基本參數(shù)（懸點(diǎn)載荷、沖程長(zhǎng)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(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)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(dòng)規(guī)律（懸點(diǎn)的位移、速度和加速度）是研究抽油裝置動(dòng)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(jì)的基礎(chǔ)，因此首先分析其運(yùn)動(dòng)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(gè)活動(dòng)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(dòng)規(guī)律。圖2.1抽油機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2.1抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的循環(huán)特性目前，國(guó)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(duì)稱循環(huán)型；（2）近似對(duì)稱循環(huán)型;（3）非對(duì)稱循環(huán)型。6型游梁隨動(dòng)型抽油機(jī)的四桿機(jī)構(gòu)為非對(duì)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(dòng)規(guī)律的精確分析在精確分析抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，用復(fù)變矢量法，這是一種比較簡(jiǎn)單的方法，首先介紹復(fù)變矢量法的有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。設(shè)在xy平面內(nèi)的任意矢如圖2.2，矢量可以用一個(gè)復(fù)數(shù)來(lái)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(jiǎn)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(duì)θ求導(dǎo)得圖2.3隨動(dòng)型抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖圖2.3為游梁隨動(dòng)型抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖，四桿機(jī)構(gòu)的四個(gè)連桿R、C、K、P可以用、、、四個(gè)矢量來(lái)表示，為便于分析，對(duì)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(shí)針?lè)较驎r(shí)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(shí)針?lè)较蛉檎?。?）各桿件的幾何尺寸規(guī)定為：—曲柄長(zhǎng)度；—連桿長(zhǎng)度；—游梁后臂長(zhǎng)度；—基桿長(zhǎng)度；—游梁前臂長(zhǎng)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(duì)時(shí)間求導(dǎo)可得或令方程兩邊實(shí)部和虛部對(duì)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(dòng)的角速度、為(2-2)將上式對(duì)時(shí)間t求導(dǎo),可得游梁運(yùn)動(dòng)的角加速度為(2-3)由于曲柄勻速運(yùn)動(dòng)，所以式中；，則為(2-4)懸點(diǎn)速度及加速度可由下式計(jì)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(shí)，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(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)度關(guān)系(2-10)2.36型游梁隨動(dòng)平衡四桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算確定四桿長(zhǎng)（1）懸點(diǎn)的最大沖程長(zhǎng)度和限制桿長(zhǎng)，根據(jù)式（2-6）、（2-7）、（2-8）計(jì)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(shí)，四桿機(jī)構(gòu)有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的極限位置：處于下死點(diǎn)時(shí)、、三邊要滿足三角形關(guān)系；處于上死點(diǎn)時(shí)、、三邊要滿足三角形關(guān)系。（4）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(gè)條件的前提下，優(yōu)化設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，得出四桿長(zhǎng)=1375，=2870，=2400，=3984（2-11）根據(jù)以上推導(dǎo)的公式和上述計(jì)算得出的四桿桿長(zhǎng)，編程計(jì)算出懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)平衡抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計(jì)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(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)驢頭懸點(diǎn)上作用有下列六項(xiàng)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(duì)活塞下端的壓力，用表示，的大小取決于泵的沉沒(méi)度，作用方向向上。（4）抽油桿柱和油柱運(yùn)動(dòng)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(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)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(guò)抽油泵游動(dòng)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(dòng)方向相反。其中游動(dòng)閥的液體摩擦力只在泵下沖程、游動(dòng)閥打開時(shí)才產(chǎn)生，所以它的作用方向只向上。上述（1）、（2）、（3）三項(xiàng)載荷和抽油桿的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，稱為靜載荷。（4）兩項(xiàng)載荷和抽油桿的運(yùn)動(dòng)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?cè)诳傋饔幂d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(dòng)平衡，所以該項(xiàng)必須考慮。由于（5）涉及的運(yùn)動(dòng)規(guī)律較為復(fù)雜，且對(duì)整機(jī)的運(yùn)動(dòng)而言，其作用較小，在新型6型游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)中，將在總作用載荷中占比重很小的第（5）、（6）項(xiàng)忽略。這里為了敘述方便起見(jiàn)，先討論靜載荷的大小和變化規(guī)律，再根據(jù)公式計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷和最小載荷，最后定性分析一下第（4）項(xiàng)中的摩擦力對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響問(wèn)題。2.4.1懸點(diǎn)靜載荷的大小和變化規(guī)律分別對(duì)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(dòng)時(shí)，如圖2.5a所示，游動(dòng)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(dòng)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)載荷的作用方向都是向下的。同時(shí)，由于固定閥打開，使油管外一定沉沒(méi)度的油柱對(duì)柱塞下表面產(chǎn)生方向向上的壓力。因此，上沖程時(shí)，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(zhǎng)度或下泵深度，m；——泵的沉沒(méi)度，m；——油井中動(dòng)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(dòng)時(shí)，如圖（2.5b）所示，游動(dòng)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(dòng)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(lái)，下沖程時(shí)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(shí)，對(duì)抽油桿柱或油管柱來(lái)說(shuō)，載荷都發(fā)生了變化：（1）對(duì)抽油桿來(lái)說(shuō)，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(gè)載荷（油柱重），載荷增加就使抽油桿伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)的過(guò)程中，驢頭已開始上沖程。當(dāng)懸點(diǎn)往上走了一個(gè)距離時(shí)，由于同時(shí)產(chǎn)生的抽油桿柱伸長(zhǎng)的結(jié)果，使柱塞還停留在原來(lái)位置，即柱塞對(duì)泵筒沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不抽油，如圖2.6c所示（2）對(duì)油管柱來(lái)說(shuō)，下沖程時(shí)，由于游動(dòng)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(shí)，游動(dòng)閥關(guān)閉，整個(gè)油柱的圖2.6抽油桿柱和油管柱變形過(guò)程圖解重量都由柱塞和抽油桿柱承擔(dān)而油管柱上就沒(méi)有這個(gè)載荷作用。因此，在抽油桿柱加載的同時(shí)，油管柱卻卸載。卸載引起油管長(zhǎng)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(lái)，雖然懸點(diǎn)帶著柱塞一起往上移動(dòng)，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(dòng)，柱塞對(duì)泵筒還是沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即還不能抽油。如圖2.6中d所示。一直到懸點(diǎn)經(jīng)過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)，對(duì)抽油桿柱來(lái)說(shuō)，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(shí)，由于抽油桿柱的縮短，柱塞在井下原地不動(dòng)，它對(duì)泵筒不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不能排油。而對(duì)油管柱來(lái)說(shuō)，因?yàn)榧虞d而伸長(zhǎng)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(duì)運(yùn)動(dòng)，也不會(huì)抽油。因此，在排油過(guò)程中，柱塞的有效沖程長(zhǎng)度比懸點(diǎn)沖程長(zhǎng)度減少了一個(gè)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(lái)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(shí)載荷由柱塞傳遞到懸點(diǎn)的過(guò)程。EB線相當(dāng)于柱塞和泵筒沒(méi)有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)上行時(shí)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(guò)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(dòng)，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(shí)才能用動(dòng)力儀測(cè)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(dòng)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(dòng)載荷的影響，動(dòng)載荷是由慣性載荷和振動(dòng)載荷兩部分組成的?，F(xiàn)在先討論慣性載荷，再討論振動(dòng)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(dòng)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(guò)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(guò)流斷面的面積，它和前面式（2-17）中用到的式不同的，時(shí)表示油管管壁的橫截面面積。（1）慣性載荷對(duì)懸點(diǎn)總載荷的影響上沖程時(shí)，柱塞(或抽油桿)帶著油柱運(yùn)動(dòng)，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(jì)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(shí)，柱塞（或抽油桿）不帶動(dòng)液柱運(yùn)動(dòng)，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(shuō)，在上沖程前半段，加速度向上，慣性載荷就向下，這時(shí)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(shí)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(dòng)力示功圖，如圖2.8所示。圖2.8動(dòng)力示功圖圖2.8動(dòng)力示功圖（2）慣性載荷對(duì)抽油泵柱塞有效沖程長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)，又給柱塞一個(gè)附加沖程長(zhǎng)度。因此柱塞的有效沖程長(zhǎng)度就由式（2-16）變?yōu)橄率剑?-24）變形e1和e2的計(jì)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(duì)單級(jí)桿柱來(lái)說(shuō)，就是在抽油桿柱長(zhǎng)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(jiǎn)便起見(jiàn)，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(zhǎng)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(shí)，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?yàn)樵贙值的表達(dá)式中L和n都是2次方的關(guān)系。例如，當(dāng)=800m和=5min-1時(shí)，=1．0052，而當(dāng)=1500m和=10min-1時(shí)，=1.0467。振動(dòng)載荷抽油桿柱又細(xì)又長(zhǎng)，彈性很大，很像一根長(zhǎng)彈簧。在長(zhǎng)彈簧下端突然拿去一重物，都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。抽油桿柱也一樣。當(dāng)懸點(diǎn)開始向上時(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，這時(shí)柱塞和泵筒沒(méi)有相對(duì)移動(dòng)，所以抽油桿柱不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。而當(dāng)靜變形終了一瞬間，懸點(diǎn)以一定速度運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，抽油桿柱和柱塞突然帶動(dòng)油柱運(yùn)動(dòng)，抽油桿柱就會(huì)產(chǎn)生一次振動(dòng)。當(dāng)懸點(diǎn)開始向下時(shí)，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(dòng)。就這樣上下循環(huán)一次，發(fā)生兩次振動(dòng)。由于井下存在著各種阻力，使振動(dòng)的振幅在沖程進(jìn)行過(guò)程中逐漸變小。但是，當(dāng)懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)頻率，即強(qiáng)迫振動(dòng)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(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使振幅越來(lái)越大，對(duì)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(dòng)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(jì)中，由于振動(dòng)載荷在總作用載荷中占得比重很小，又由于設(shè)計(jì)時(shí)間倉(cāng)促，條件不允許，不能實(shí)地測(cè)量，所以不考慮振動(dòng)載荷對(duì)整個(gè)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(dòng)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(dòng)載荷（慣性載荷和振動(dòng)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(dòng)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(jì)和選擇抽油機(jī)和抽油桿以及確定電動(dòng)機(jī)功率的主要依據(jù)之一，所以目前有許多計(jì)算公式，有些是先從理論上推導(dǎo)出，再引進(jìn)試驗(yàn)校正系數(shù)，有些是純粹的經(jīng)驗(yàn)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(dòng)載荷的影響。但無(wú)論是哪種公式，都只是用來(lái)作為設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)中，采用如下公式2.4.4摩擦力對(duì)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(guò)泵游動(dòng)閥的液體摩擦力。試驗(yàn)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(lái)說(shuō)，這兩種摩擦力對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響是不一樣的。在我國(guó)油田上占相當(dāng)數(shù)量的直井同時(shí)是粘油井，液體摩擦力對(duì)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（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(dòng)方向相反，所以它對(duì)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(dòng)，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(shí)懸點(diǎn)載荷等于（2-28）式中——上沖程時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力。等于下列三項(xiàng)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(shí)游動(dòng)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(shí)，抽油桿向下運(yùn)動(dòng)，摩擦力作用方向向上，摩擦力減小了懸點(diǎn)載荷，所以這時(shí)懸點(diǎn)載荷等于（2-29）式中——下沖程時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力。等于下列四項(xiàng)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(shí)游動(dòng)閥打開，油流通過(guò)游動(dòng)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(shí)也擴(kuò)大了示功圖面積，這不但給抽油機(jī)的工作帶來(lái)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(jì)中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(cè)》）得=0.04。2.4.5新型6型游梁式抽油機(jī)載荷計(jì)算實(shí)際工況參數(shù)的提取：m，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(shí)，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(shí)，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(zhǎng)度的計(jì)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(guò)計(jì)算得出結(jié)論,其中最大載荷畫出游梁隨動(dòng)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(guò)計(jì)算編程得出結(jié)論，并作出新型6型梁式抽油機(jī)的動(dòng)力示功圖（2.9），其中最大載荷2.56型游梁隨動(dòng)平衡抽油機(jī)減速箱及曲柄扭矩計(jì)算抽油機(jī)工作時(shí)，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(dòng)機(jī)輸給曲柄的扭矩相平衡。因此，通過(guò)懸點(diǎn)載荷及平衡來(lái)計(jì)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(lái)檢查和計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率及功率利用情況。一定型號(hào)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(shí)所采用的最大抽油參數(shù)，同時(shí)又限制著為了保證大參數(shù)生產(chǎn)所需要的電動(dòng)機(jī)功率。例如，對(duì)于6型抽油機(jī)，一般選用的電動(dòng)機(jī)功率最大不要超過(guò)30～45kW，否組則會(huì)出現(xiàn)兩種情況：一是電動(dòng)機(jī)過(guò)大，而功率利用不充分（電動(dòng)機(jī)效率和功率因素都低）；或者電動(dòng)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(dòng)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(dòng)型抽油機(jī)采用游梁平衡，受力分析如圖2.10所示。計(jì)算時(shí)采用如下符號(hào)——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?yàn)檎?，N·m； ——曲柄平衡塊重量，N；——游梁隨動(dòng)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(dòng)塊的運(yùn)動(dòng)分析其他與普通抽油機(jī)相同,利用幾何關(guān)系得出隨動(dòng)重塊運(yùn)動(dòng)方程。6型游梁隨動(dòng)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(duì)曲柄旋轉(zhuǎn)中心的力距不變，折算后的等效載荷用Qe來(lái)表示。首先取連桿為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)游梁旋轉(zhuǎn)中心取力距然后對(duì)應(yīng)到連桿方向可得懸點(diǎn)對(duì)連桿的力游梁隨動(dòng)平衡連桿隨動(dòng)平衡塊對(duì)曲柄軸的扭矩曲柄重對(duì)曲柄軸的扭矩隨動(dòng)塊對(duì)曲柄的扭矩其中平衡塊的力臂Kc是一個(gè)變量（通過(guò)附加連桿和游梁之間的幾何關(guān)系可得）見(jiàn)程序。通過(guò)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(dòng)機(jī)功率的計(jì)算方法游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)裝置的作用是實(shí)現(xiàn)從電動(dòng)機(jī)到曲柄的動(dòng)力傳遞和減速，采用V帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)等，其組合形式有如下三種：V帶傳動(dòng)加齒輪減速器；V帶傳動(dòng)加鏈條減速器；全V帶傳動(dòng)。目前最常用的是第一種組合型式。8型游梁隨動(dòng)抽油機(jī)的減速箱采用兩級(jí)雙圓弧人字齒輪分流式傳動(dòng)。雙圓弧齒輪形式的減速器在傳動(dòng)的過(guò)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(dòng)；人字齒輪沒(méi)有了中間的推刀槽，使減速器緊湊，攜油潤(rùn)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(dòng)比較大的機(jī)械上。查《采油設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷可得出抽油機(jī)的具體型號(hào)為CYJ6-2.5-26HB,對(duì)應(yīng)的減速器型號(hào)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(guó)外有些油田用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)作抽油機(jī)動(dòng)力，但大多數(shù)抽油機(jī)則以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)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(dòng)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(wèn)題。游梁式抽油裝置的特點(diǎn)是：（1）負(fù)荷是脈動(dòng)的，而且變化大；（2）啟動(dòng)困難，要求有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；（3）所用電動(dòng)機(jī)功率不太大，一般不超過(guò)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(dòng)機(jī)維護(hù)簡(jiǎn)單、工作可靠。所以，抽油機(jī)所用電動(dòng)機(jī)都是封閉式鼠籠異步電動(dòng)機(jī)。它的構(gòu)造簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、易維修。八十年代以前國(guó)產(chǎn)抽油機(jī)所選配的電動(dòng)機(jī)大多數(shù)是或（高啟動(dòng)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(dòng)機(jī)，是我國(guó)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(dòng)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(dòng)機(jī)的容量（即電動(dòng)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(dòng)機(jī)的額定功率電動(dòng)機(jī)功率與傳遞到減速箱從動(dòng)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(dòng)機(jī)額定功率，kW；n——曲柄軸轉(zhuǎn)數(shù)（懸點(diǎn)沖次數(shù)），；——傳動(dòng)效率，；——皮帶傳動(dòng)效率，0.92～0.95；——減速箱傳動(dòng)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(dòng)機(jī)額定功率的計(jì)算公式為：(2-36)由式（2-36）可看出：抽油機(jī)工作時(shí)，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(dòng)機(jī)功率。但是曲柄扭矩在整個(gè)工作過(guò)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(dòng)機(jī)的選擇就不能根據(jù)瞬時(shí)最大扭矩來(lái)計(jì)算。否則動(dòng)機(jī)在大部分時(shí)間不能滿載工作，其效率和功率因素都不高，電動(dòng)機(jī)功率利用就不充分。在變負(fù)荷條件下，電動(dòng)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(lái)計(jì)算，則（2-37）式中——需要的電動(dòng)機(jī)功率（即需要選用的電動(dòng)機(jī)額定功率），kWn——沖數(shù)，；——傳動(dòng)效率，計(jì)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(gè)不變化的固定扭矩代替變化的實(shí)際扭矩。使其電動(dòng)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(jì)算得到的扭矩曲線或測(cè)得的瞬時(shí)扭矩來(lái)計(jì)算：（2-38）式中M——曲柄軸瞬時(shí)扭矩（隨曲柄轉(zhuǎn)角而邊）,Nm；——曲柄轉(zhuǎn)角計(jì)算時(shí)取的間隙越小，則計(jì)算越準(zhǔn)確。取編程計(jì)算得到的一組扭矩?cái)?shù)據(jù)根據(jù)式（2-38）計(jì)算出=Nm；再利用前面已計(jì)算數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)，根據(jù)式（2-37）計(jì)算出kW。在《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得可采用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y225M-8。第3章6型游梁隨動(dòng)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(jì)計(jì)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(jì)計(jì)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(duì)6型游梁隨動(dòng)型抽油機(jī)的受力進(jìn)行分析。3.16型游梁隨動(dòng)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(dòng)型抽油機(jī)的外力，對(duì)各力解釋如下：——懸點(diǎn)載荷，N；——隨動(dòng)平衡重，N；——驢頭自重，N；——游梁隨動(dòng)平衡重，N。3.26型游梁隨動(dòng)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(jì)算；在已知各軸承反力以后，軸的強(qiáng)度計(jì)算及軸承的使用壽命校核比較容易；減速箱計(jì)算工作量比較大，包括齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，軸的強(qiáng)度計(jì)算及軸承的使用壽命等。通過(guò)對(duì)對(duì)曲柄的受力分析及減速箱傳遞扭矩的計(jì)算，可確定作用于減速箱有關(guān)零件上的外負(fù)荷，通過(guò)對(duì)零件的受力分析便可知道其內(nèi)力，并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。下面僅就抽油機(jī)連桿、曲柄銷等主要部件的強(qiáng)度計(jì)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(jì)算包括靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度計(jì)算兩個(gè)部分。當(dāng)靜強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，假定抽油泵柱塞瞬時(shí)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(guò)工作時(shí)懸點(diǎn)的最大允許載荷Pmax。短時(shí)間作用的懸點(diǎn)最大載荷為式中——懸點(diǎn)短時(shí)間作用的最大載荷，即在計(jì)算抽油機(jī)零件的靜強(qiáng)度時(shí)，懸點(diǎn)計(jì)算負(fù)荷P取為；——考慮到柱塞瞬時(shí)卡住時(shí)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(jì)算時(shí)，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(jì)算時(shí)，懸點(diǎn)計(jì)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(shí)計(jì)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(jì)算時(shí)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)，還應(yīng)遵循以下的基本原則：調(diào)節(jié)下泵深度及沉沒(méi)度等參數(shù)，使抽油機(jī)工作時(shí)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(dòng)產(chǎn)生的慣性力及慣性力矩較小。如果忽略連桿運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩，連桿上的小的隨動(dòng)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(jì)算時(shí)，連桿所用材料為20號(hào)鋼，其屈服極限。連桿采用無(wú)縫鋼管，計(jì)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(shí)的，對(duì)20號(hào)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(duì)低合金鋼和碳鋼取=0.2；時(shí)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(guò)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(lái)，一方面是起到傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的作用；另一方面，又使曲柄和連桿之間可以產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄銷是在長(zhǎng)期的非對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力下工作，因此用靜強(qiáng)度計(jì)算確定初步尺寸以后，還必須對(duì)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(xiǎn)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：