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常规游梁式抽油机优化设计毕业论文
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工商管理专业毕业论文答辩常见问题汇总
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　　郑大远程教育学院答辩老师会提问答辩者三个或三个以上的问题，这些要提的问题以按先易后难的次序提问为好。所提的第一个问题一般应该考虑到是学员答得出并且答得好的问题。学员第一个问题答好，就会放松紧张心理，增强&我&能答好的信心，从而有利于在以后几个问题的答辩中发挥出正常水平。反之，如果提问的第一个问题就答不上来，学员就会背上心理包袱，加剧紧张，产生慌乱，这势必会影响到对后面几个问题的答辩，因而也难以正确检查出学员的答辩能力和学术水平。
　　郑州大学远程教育工商管理专业毕业论文答辩常见十大问题汇总!
　　1、现代工业企业有哪些主要特征?
　　答：大规模采用机器和机器体系进行生产，并且系统地将科学技术应用于生产。 劳动分工精细，协作关系复杂、严密。生产过程具有高度的比例性和连续性。 生产社会化程度高，有广泛、密切的外部联系
　　2、如何理解企业的二重性。
　　答：企业的二重性是指其一般属性和特殊属性，也就是自然属性和社会属性。一方面，企业是运用现代科学技术、依靠协作劳动而向市场提供商品的生产经营单位，是生产力实际运动的场所，是生产力的组织形式，因而具有同社会化大生产相联系的一般属性。另一方面，任何企业都不能脱离一定的社会经济制度而孤立存在，总是在一定的生产资料所有制基础上从事生产经营活动，是一定生产关系的体现，因而又必然具有同生产资料所有制的性质和结果相联系的特殊属性。
　　3、企业管理的职能有哪几项?
　　答： 计划，就是探索未来，制订行动计划;组织，就是建立企业的物质和社会的双重结构; 指挥，就是使其人员发挥作用;协调，就是连接、联合、调和所有的活动及力量;控制，就是注意一切是否都已按规定的规章和下达的命令进行。
　　4、自考工商企业管理专业，如何理解管理的两重性?
　　答：一方面，管理是人类共同劳动的产物，具有同生产力和社会化大生产相联系的自然属性;另一方面，管理同生产关系、社会制度相联系，具有社会属性。管理即是科学又是艺术
　　(1)&指挥劳动&&&管理的自然属性(合理组织生产力)，它是共同劳动的社会化性质决定的。也是社会化大生产的一般要求和必要条件。如同一个车队须有一个指挥。
　　(2)&监督劳动&&&管理的社会属性(维护完善生产关系)，它是由共同劳动所采取的社会结合方式的性质产生的，是维护社会生产关系，实现社会生产目的的重要手段。资：&监督劳动&是维护资本主义生产关系的重要手段，具有阶级对抗性。社：仍然是具有&监督劳动&属性的企业管理。但它是巩固和加强集体劳动的条件。无阶级对抗性。企业管理二重性表现为管理的两种基本职能：合理组织生产力的一般职能与维护完善生产关系的特殊职能。(郑大自考网)
　　5、什么是SWOT分析法?
　　答：企业经营战略制定的SWOT方法是指：SWOT分析法：SWOT分析法是将企业内部环境的优势(S)与劣势(W)外部环境的机会(O)与威胁(T)，同列在一张十字形图表中加以对照，可一目了然，又可以从内外环境条件的相互联系中作出更深入的分析评价。SWOT分析法是一种最常用的企业内外环境战略因素综合分析方法。
　　6、企业战略管理的三个层次是什么?说明它们之间的关系?
　　答：战略管理的三个层次是：公司层战略，业务层战略，职能级战略。
　　它们之间的关系：公司层战略，业务层战略，职能级战略一起构成了企业战略体系。在一个企业内部，企业战略的各个层次中是相互联系，相互配合的。企业每一层次的战略都构成下一层次的战略环境，同时，低一级的战略又为上一级战略目标的实现提供保障和支持.。所以，一个企业要想实现其总体战略目标，必须把三个层次的战略结合起来。(郑大自考网)
　　7、自考工商企业管理专业，三种基本竟争战略是什么?说明采用基本战略的风险?
　　答：三种基本竟争战略是：成本领先战略，差异化战略，集中化战略。
　　成本领先战略的风险包括：行业技术的更新变化使过去的投资和经验失效;追求者模仿成本更低;过于看重成本而忽视市场产品需求和营销的变化;不可抗力导致的成本增长削弱公司保持价格差异的能力。
　　差异化战略的风险包括：对手实行了低成本的差异化时使公司无法维持客户;买方需要的差异化程度下降;模仿使已建立的差别程度缩小;假次产品冲击市场的风险。
　　集中化战略包括一系列风险：大范围提供服务的竞争对手与集中服务的成本差距变大，从而使针对一个具体目标市场的服务丧失成本优势;战略目标市场与整体市场之间的需求产品或服务差距缩小，需求消失;竞争对手在目标市场内实行更集中化战略，使行业市场更细分化。
　　8、企业管理者必备的能力有哪些?
　　答：(1)专业知识 &&管理人员应具备与自己本职工作相关的专业知识，做到持续学习，以适应公司不断发展的需要。(2)决策能力&&对自己职责范围内的工作能迅速作出判断，果断采取行动。(3)分析问题及解决问题能力&&对工作中出现的各种问题作出准确的分析及采取有效的解决方法。(4)协调及合作能力&&建设好自己的团队，协调与其实他部门的工作关系，提高工作效率。(5)管理能力&&即计划、组织、指示、监控能力。
　　9、企业的资源主要有哪些?
　　答：企业的资源主要有五类：(1)财务资源(2)实体资源 (3)人力资源(4)技术资源 (5)声誉。
　　10、如何理解企业文化的层次?
　　答：企业文化由三个层次构成：表层&&物质文化;中层&& 制度行为文化;深层&&精神文化。
　　工作是考取学历的最后一关，也是至关重要的一关，希望同学们认真准备，按时参加!
[14-06-06]
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机械制造及自动化专业毕业论文--游梁式抽油机设计说明书.doc55页
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第1章 选题背景 5
1.1研究目的和意义 5
1.2国内外抽油机的发展概况 5
1.2.1 国外抽油机的发展概况 5
1.2.2 国内抽油机的发展概况 6
1.3游梁式抽油机的特点、现状和发展趋势 7
第2章 总体方案设计 9
2.1抽油机的基本工作原理 9
2.2抽油机的基本简图 10
2.3抽油机设计原理的确定 11
2.4抽油机总传动方案： 13
2.5平衡方式的确定 14
2.6安装尺寸与机构相关参数 14
第3章 基本参数的确定 16
3.1游梁式抽油机的运动学分析 16
3.1.1 几何尺寸分析[10] 16
3.1.2 悬点的位移、速度、加速度的分析 18
3.2游梁式抽油机悬点载荷计算 19
3.2.2悬点动载荷的大小和变化规律 24
3.2.3悬点的最大载荷和最小载荷 26
3.2.4 摩擦力对悬点载荷的影响 27
3.2.5游梁抽油机的抽汲工况 28
3.3游梁式抽油机减速器曲柄轴净扭矩的计算 28
3.4游梁式抽油机扭矩特性参数 30
3.5游梁式抽油机电机功率的确定 32
3.6游梁式抽油机的平衡计算 34
第4章 变速机构的传动比分配及其结构确定 35
4.1变速机构的传动比分配 35
第5章 主要部件的设计 37
5.1曲柄 37
5.2 连杆 37
5.3 游梁 38
5.4 驴头 39
5.5 横梁 39
5.6常规游梁抽油机装配体 40
参考文献 41
油田开采原油的方法分为两类：一类是利用地层本身的能量来举升原油，称为自喷采油法，常见于新开发且储量大的一些油田；另一类是到了油田开发的中后期，地层本身能量不足以使原油产生自喷，必须人为地利用机械设备将原油举升到地面，称为人工举升采油法或机械采油法[1]。
上述采油方法中不利用抽油杆传递能量的抽油设备统称为无杆抽油设备，利用抽油杆上下往复进行驱动的抽油设备统称为有杆抽油设备。利用抽油杆旋转运动驱动井下单螺旋泵装置，虽然也有抽油杆，
正在加载中，请稍后...液压式抽油机的设计摘要：本文根据液压抽油机的基本参数和机构性能特点，以常规游梁式抽油机为基础模型，对其进行技术性改进，而得到具有新型节能特点的液压式式抽油机。该机具 有无极调节冲程长度、冲次，悬点震动载荷小，控制灵活、方便等优点，可以适应不 同的油井状态，同时在最大限度内保持了常规游梁式抽油机结构简单、操作、维修方 便的优势，适合在各种工况的原油开采，是一种综合性能比
较好的液压抽油机。文章 在液压式抽油机基本理论的基础上，做了以下计算：液压式抽油机驴头悬点载荷的计 算、液压系统原理图的设计、液压缸的设计和电动机的功率计算等。最后介绍的是各 零部件设计的尺寸计算与校核，液压式抽油机通过液压系统驱动抽油杆上下往复运 动； 平衡系统主要用于控制和调节工作行程换向和抽油杆柱运动的平衡，是电机的负 载均匀，达到节省能源的目的。 ，并且有利于改善构件的受力状况，减少抽油机事故 的发生，从而提高抽油机的综合效益。对平衡的配置进行分析和优化设计，满足所要 求的工况需要。关键词：液压抽油机； 液压系统； 液压缸The design of hydraulic pumping unitAbstract: According to the basic parameters of hydraulic pumping units and agencies ofthe performance characteristics of a conventional beam pumping unit for the base model, its technical improvements, and get a new energy-saving features of the hydraulic pumping unit. The machine has limitless adjustment stroke length, stroke, shock suspension point load of small, flexible control and easy, well you can adapt to different states, while the maximum extent possible to maintain the conventional beam pumping unit of simple structure, operation, the advantages of easy maintenance, suitable for a variety of working conditions in crude oil production, is a relatively good overall performance hydraulic pumping unit. Article in the hydraulic pumping unit based on the basic theory, do the following calculation: the first ass hydraulic pumping rod load calculations, schematic design of the hydraulic system, hydraulic cylinder design and motor power calculation. Finally, the design is the size of the parts calculation and check, hydraulic pumping unit driven by the hydraulic system of the upper and low balance system is mainly used to control and adjust the work schedule for movement to and sucker rod balance the electrical load evenly, to save energy purposes. And components will help to improve the situation by force, to reduce the occurrence of pumping units, thereby improving the overall efficiency of pumping units. The configuration of the balanced analysis and optimal design, to meet the needs of the required conditions.Key words: hy hydraulic cylinder目1.1 1.2 1.3 1.4录1 绪论.......................................................................................................................... 1 前言............................................................................................................... 1 国外液压抽油机的发展概况........................................................................ 2 国内液压抽油机的发展概况........................................................................ 2 抽油机的现状～发展方向及其节能技术.................................................... 3 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 2.1 现有抽油机主要存在的问题.............................................................. 3 今后抽油机的发展方向...................................................................... 4 抽油机节能技术及发展情况............................................................ 5液压抽油机设计方案及基本原理................................................................ 6 公式推导....................................................................................................... 7 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 几何关系公式.................................................................................... 7 行程计算公式.................................................................................... 8 力矩计算公式.................................................................................... 8 单位功计算公式................................................................................ 8 油缸最大摆角公式............................................................................ 82 液压抽油机总体尺寸的确定.................................................................................. 72.2方案计算....................................................................................................... 8 b, r , ? 2.2.1 分别计算 1 0 和 S。 .................................................................... 9 ? , l, ?3 ? 2 2.2.2 分别计算 1 和 ....................................................................... 9 ?i ?i 2.2.3 计算 及 。 ............................................................................. 9 2.2.4 2.2.5 2.2.6 计算单位功........................................................................................ 9 计算油缸行程.................................................................................... 9 ?? 计算油缸最大摆角 m ................................................................. 103运动分析.............................................................................................................. 10 3.1 3.2 3.3 3.4 原理阐述..................................................................................................... 10 液压缸中活塞运动的规律......................................................................... 11 驴头悬点的运动特性分析......................................................................... 13 驴头悬点运动分析结果............................................................................. 14 3.4.1 4.1 4.2 驴头悬点运动速度分析.................................................................. 144 液压系统的设计和液压元件的选择.................................................................... 17 液压系统的设计......................................................................................... 17 液压元件的设计和选择............................................................................. 18 4.2.1 液压缸的设计.................................................................................. 18I4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 5 5.1确定液压泵的实际流量以及泵的选型.......................................... 19 蓄能器的选择与计算...................................................................... 19 所需功率的计算与电机的选型...................................................... 19 其他液压元件的选择...................................................................... 20 密封装置的简介和分类.................................................................. 21 密封装置的选择.............................................................................. 22 密封圈在使用中的注意事项.......................................................... 22密封装置的设计......................................................................................... 21液压抽油机载荷分布及平衡分析 ................................................................... 24 悬点载荷..................................................................................................... 24 5.1.4 5.1.2 5.1.3 5.2 5.2.1 5.5.2 6.1 悬点静载荷...................................................................................... 25 悬点动载荷的简化计算.................................................................. 26 悬点最大载荷和最小载荷计算...................................................... 27 平衡的定义及判断.......................................................................... 28 平衡度的计算.................................................................................. 28平衡计算..................................................................................................... 286 主要部件结构的设计校核计算 ........................................................................ 30 主要部件强度计算、校核......................................................................... 30 6.1.1 6.1.2 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 7 7.1 7.2 8 游梁的强度计算校核...................................................................... 30 游梁轴承的校核.............................................................................. 32 驴头的设计...................................................................................... 33 横梁的设计...................................................................................... 34 支架的设计...................................................................................... 34 钢丝绳和悬绳器.............................................................................. 34其余部件的设计和选择............................................................................. 33与常规型抽油机比较优缺点 ............................................................................ 34 常规型游梁抽油机简介............................................................................. 34 与常规型抽油机比较................................................................................. 35结论 ...................................................................................................................... 36参考文献 .................................................................................................................... 37 致谢 ............................................................................................................................. 38II11.1 前言绪论一百多年前，以石油制成品为动力的机器诞生以后，对石油的飞速发展， 为石油工业的崛起提供了发展的契机。伴随石油开采业的发展，人们不同的油 田、不同的油井，产量有大有小，有些也不能自流到地面。为此产生了解决油 井生产举升的设备----抽油机。 液压抽油机是有杆采油装置中的地面动力传动装置，其作用是通过液压驱 动系统驱动曲柄连杆或其他连杆结构等，其动力是由动力机变为液压泵和抽油 泵的往复运动，实现抽油泵的吸油和排油过程，并悬挂抽油杆，承受荷重。 随着采油设备技术研究的深入，设计和制造水平的提高，抽油机在最初的 雏形上得到了长足的发展，其技术发明有数百种。近年来，有余制造工艺及元 件质量的不断提高，特别是采油工艺的需要，又引起人们的重视。 尽管抽油机的种类很多，结构形式各异，但是，由于不同油田对抽油机的 要求不同，近几年来，随着我国各油田越来越多地需要长冲程、低冲次的抽油 机来提高产量，以研究开发出多种节能型液压抽油机。 液压抽油机主要由液压驱动系统、平衡系统组成。液压驱动系统主要用于 驱动抽油杆，带动抽油油泵作上、下往复运动；平衡系统主要用于控制和调节 工作行程换向和抽油杆柱运动的平衡，是电机的负载均匀，达到节省能源的目 的。平衡方式有启动平衡、机械平衡、两井互相平衡和用油管柱平衡等 4 种。 液压式抽油机的主要优点是：具有无极调节冲程长度、冲次，悬点震动载 荷小，控制灵活、方便等优点，可以适应不同的油井状态。 液压式抽油机的主要缺点是：存在装机功率大、能耗高、自适应能力差等 缺点。 近些年来，我国石油装备总水平已有很大提高，特别是采油工程中，机械 采油井已超过 90%以上，其中有感冲、有杆抽油油井又占机械采油的 90%以上。 目前，抽油机、抽油杆、抽油泵自给率 100%。对保持原油总产量稳定，起了决 定性作用。为了追求开采效益最大化，以最少的投入换来最大的回报，开发节 能高效的抽油设备，成为了油田经营者和抽油机设备生产厂家致力追求的目 标。因此，对抽油机的结构尺寸进行合理的设计是十分必要的。11.2 国外液压抽油机的发展概况国外抽油机的研制起步较早，到 50-60 年代，随着液压技术的迅速发展， 液压抽油机的结构和液压系统得到了较好的优化改进， 在此基础上出现了各种形 式的性能优良的液压抽油机。1961 年美国 Axelson 公司研制成功了 Hydrox 长冲 程 CB 型液压抽油机，其冲程长度为 1.2-7.95m，适用井深为 670-2032m，并在美 国几大油田获得了成功的应用性试验；965 年前苏联国立石油机械制造科学院研 制成功了 ArH 型油管平衡是液压抽油机，并在哈迪局石油管理局的两口井深为 700-1100m 的敬重进行了工业性实验，经一年半的试用后，证明该机重量轻、易 安装、 性能可靠， 此后该机便投入了小批量生产和使用； 1977 年加拿大 Canadian Formost Ltd,研制成功了一种技术先进的 HEP 型液压抽油机，该机最大的特点是 上下冲程的速度可以分开调节，该机的冲程长度为 1.625-4.267m，在加拿大埃 尔伯塔省冷湖地区成功的进行了小批量实验，目前该机型已形成产品系列；法国 Mape 公司研制成功了 Mape 型长冲程液压抽油机，其最大冲程长度为 10m，最高 冲次为 5 次每分，悬点最大载荷为 34.23-195.64KN，目前 Mape 型液压抽油机已 有 6 中规格的产品。 美国 WGCO 公司研制成功的整体低矮型长冲程液压抽油机更具特点，滚筒由 俩组马达交替驱动实现柔性驱动滞后滚筒的正反向旋转，整机装配的功率为 147KW，最大冲程次数为 3 米每分，该机的液压系统和其它部分的易损件可以满 足 40000h 的使用寿命要求。此外，加拿大 Curtis Hoover Inc。也相继研制成 功了低机架型和高机架型两种型的液压抽油机， 该液压抽油机的最大悬点载荷为 222，26KN，最大冲程长度为 5.08m，最大冲程次数可达 12 次每分。 总之， 为了适应油田生产的需要，并在此基础上提高设备的工作可靠性和采 油效益， 国外已研制成功了各种形式的液压抽油机，这些抽油机已相继在石油开 采中得到了推广应用，发挥了良好作用，取得了良好的经济效益，目前国外液压 抽油机已形成系列产品并以推向市场。1.3 国内液压抽油机的发展概况随着油田开发的推移，我国大多数油田都已进入开发的中后期，逐渐丧失自 喷能力.基本上已从自喷转入机采。80 年代初.我国拥有机采油井 2 万口，占油 井总数的 57.3% .机采原油产量占总产量的 27% 。到 80 年代束，我国拥有机采 油井 3 万口，占油井总数的 85% ，机采原油产量占总产量的 80% .在这些机采油2井中，来用抽油机有杆式抽油占 90% ，采用电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气 举等其它无杆式抽油只占 10%。1.4 抽油机的现状～发展方向及其节能技术1.4.1现有抽油机主要存在的问题游梁式抽油机―― 有杆抽油泵全系统的总效率在国内一般地区平均只有 12％～23％，先进地区至今也不到3O％。美国的常规型抽油机系统效率较高，但 也仅有46％。系统效率低下，能耗大，耗电就多，因此，节能成为有杆抽油系统 的一个亟需解决的问题。此外，随着老油田油井的注水开发，油田已经开始进入 高含水采油期。不断提高产液量，以液保油，这是注水开采油田保证原油稳产的 必要趋势。 这种开采特点要求抽油机的冲程越长越好，使得在役的常规型游梁式 抽油机机型偏小，在一定程度上已经不能满足长冲程、低冲次生产的要求。 1）系统效率低的原因 究其原因，有杆抽油系统是由电机、地面传动设备及井下抽油设备组成，系 统效率是各部分效率的连乘积，任何一环的效率变低，都会使总效率变低，因此 要提高抽油机系统的总效率实现节能是一个复杂的系统工程问题。 2）抽油机能耗大的主要原因 由于在同一工况，井况和同一时刻下， 井下的能耗因地面游梁机型不同而会发生差异。如示功图会有所改变，表明泵的 充满度 光杆功率的变化。致使抽油机能耗大的 主要原因有： 抽油机的负荷特性与异步电动机的硬的转矩特性不相匹配，甚至出现“发电 机” 工况，出现二次能量转化。一般电动机的负载率过低，约为3O％，致使电 动机以较低的效率运行。 电动机在一个冲程中的某个时段被下落的抽油杆反向拖动， 运行于再生发电 状态， 抽油杆下落所释放的机械能有部分转变成了电能回馈电网，但所回馈的电 能不能全部被电网吸收， 引起附加能量损失，同时负扭矩的存在使减速器的齿轮 经常受反向载荷，产生背向冲击，降低了抽油机的使用寿命。 常规抽油机的扭矩因数大，载荷波动系数CLF 亦大，故均方根扭矩大，能耗 增加。常规抽油机运行的悬点加速度、速度的最大值过大，影响悬点载荷，动载 增大。 采用对称循环工作制使泵充满度下降， 影响产量， 泵效降低， 能耗亦增大。31.4.2 今后抽油机的发展方向抽油机的发展趋势主要朝着以下几个方向。 2．1朝着大型化方向发展 随着世界油气资源的不断开发，开采油层深度逐年增加，石油含水量也不增 加，采用大泵提液采油工艺和开采稠油等，都要求采用大型抽油机。所以，近年 来国外出现了许多大载荷抽油机，例如前置式气平衡抽油机最大载荷 213kN、气 囊平衡抽油机最大载荷 227kN 等，将来会有更大载荷抽油机出现。采用长冲程抽 油方式，抽油效率高、抽油机寿命长、动载小、排量稳定，具有较好的经济效益。 如法国 Mape 公司抽油机最大冲程 10m，WGCO 公司抽油机最大冲程 24．38m。 2．2朝着低能耗方向发展 为了减少能耗，提高经济效益，近年来研制与应用了许多节能型抽油机。如 异相机、双驴头抽油机、摆杆抽油机、渐开线抽油机、摩擦换向抽油机、液压抽 油机及各种节能装置和控制装置。 2．3朝着高适应性方向发展 现在抽油机应具备较高的适应性，以便拓宽使用范围。例如适应各种自然地 理和地质构造条件抽油的需要； 适应各种成分石油抽取的需要，适应各种类型油 井抽取的需要；适应深井抽取的需要，适应长冲程的需要；适应节电的需要；适 应精确平衡的需要；适应无电源和间歇抽取的需要；适应优化抽油的需要等。 2 4朝着长冲程无游梁抽油机方向发展 近年来国内、 外研制与应用了多种类型的长冲程抽油机，其中包括增大冲程 游梁抽油机，增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机。实践与理论表明， 增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向， 长冲程无游梁抽油机是长 冲程抽油机发展方向 2．5朝着自动化和智能化方向发展 近年来，抽油机技术发展的显著标志是自动化和智能化。BAK ER 提升系统 公司、DELTA X公司、APS公司等研制了自动化抽油机，具有保护和报警功能，实 时测得油井运动参数及时显示与记录，并通过进行综合计算分析，推得出最优工 况参数， 进一步指导抽油机在最优工况抽油。NSCO公司智能抽油机采用微处理机 和自适应电子控制器进行控制与监测，具有抽油效率高、节电、功能多、安全可 靠、经济性好、适应性强等优点。总而言之，抽油机将朝着节能降耗并具有自动 化、智能化、长冲程、大载荷、精确平衡等方向发展。41.4.3抽油机节能技术及发展情况抽油机节能技术目前主要从以下几个方面进行研究。 3．1改进抽油机的结构 这种方法主要是通过对抽油机四杆机构的优化设计和改变抽油机平衡方式 来改变抽油机曲柄轴净扭矩曲线的形状和大小，减小负扭矩，使扭矩波动平缓， 从而减小抽油机的周期载荷系数，提高电动机的工作效率，达到节能的目的。例 如： 美国CMI公司研究开发TORQM―AsTER 异相型抽油机，其最大扭矩减小6O％节 电l 5％ ～35％l美国Lufilin公司开发的MARK Ⅱ型前置式抽油机，平均节电 36．8％；自2O世纪8O年代中后期我国油田使用最多的节能型抽油机是偏置式节 能抽油机，该机系统效率提高3．68％，单耗下降14．87％；1991年由华北油田 采油一厂开发的双驴头节能抽油机与常规机相比，该机的系统效率提高了 8．22％，单耗下降24．5％。 ‘ 3．2采用节能驱动设备 这种方法是从研究电机的特性人手，研究开发新型的电动机，使之与采油井 井况相匹配， 进而达到提高电动机的效率和功率因数的目的，即采用高转差率电 动机(转差率8％～1 3％)和超高转差率电动机代替常规转差率电动机(转差率小 于5％)。美国Baldor 电器公司生产的高转差率电动机驱动抽油机可提高功率因 数74％，节电22．7％；在国内，超高转差率电动机有功节电率为10．56％，综 合节电率为17．42％；还有采用同步电机、变频器等，但因造价高，难以推广； 另外，还有采用节能配电箱来实现节电的。 3．3采用节能控制装置 如DSC系列抽油机多功能程控装置、间抽定时控制装置 3．4采用节能元部件 如窄V型带传动和同步带传动等。 3．5改进平衡方式 如采用气动平衡或天平平衡等。 3．6 改进“三抽”系统部件 有采用抽油杆导向器、空心抽油杆，减振式悬绳器等部件，都可提高三抽系 统的工作效率，达到节能的目的。 3．7采用高效节能泵 提高泵效，即降低了百米吨耗，实现节能。总之，近年来抽油机节能技术的 研究已成为科技攻关的方向。 以上七种方法都已经取得了显著的节能效果，有的 在原有抽油机的基础上加以改造，简单易行，改造费用低，但是不能从根本上解5决抽油机的工作工况， 使之与电动机的工作特性相匹配；有的改变了电动机的工 作特性， 使之与抽油机的工作工况相匹配， 提高了电动机的工作效率和功率因数， 达到了节能的目地。1.5 液压抽油机设计方案及基本原理图 1-1液压抽油机原理图该液压抽油机采用常规的游梁式， 由液压泵驱动液压缸继而经游梁带动驴头 上下移动，从而完成整个运动过程。 液压抽油机主要由液压驱动系统、平衡系统组成。液压驱动系统主要用于驱 动抽油杆，带动抽油油泵作上、下往复运动；平衡系统主要用于控制和调节工作 行程换向和抽油杆住运动的平衡，是电机的负载均匀，达到节省能源的目的。平 衡方式有启动平衡、机械平衡、两井互相平衡和用油管柱平衡等 4 种62液压抽油机总体尺寸的确定设计的该液压抽油机选择第二种硬接方式， 其特点是油缸与游梁连接点的上 下俩极限位置A,B与油缸上下支点 O 2 在一条直线上。显然，此时ACB弧的弦长 AB即是油缸的行程S,当油缸的最大旋转角度 ? m 固定时（一般为一个弧度） ，S只与旋转半径r有关， 与其他参数无关。 此时的S既是第一种硬连接方式的油缸行程的极限值。2.1公式推导2.1.1 几何关系公式b ? 2r sin 2?m ? 0.1224r(?m ? 57. ? r ? b ? 0.877r图2-1第二种硬连接方式的几何关系图?0 ? tg ?1a / r1S ? a 2 ? r127?1 ? ? 0 ? ?l ? r 2 ? S2 ? 2rScos ?1?3 ? cos ?1S2 ? r 2 ? l2 2Sl?2 ? ?3 ? ?12.1.2行程计算公式S* ? 2r sin(?m / 2) ? 0.95885r2.1.3力矩计算公式? ? FL / F0 ? 1/ sin ?2? ? (?i ? ?i ?1 ) / 22.1.4单位功计算公式PL ? ? ? P L ii ?1 n? PLi ? ?Si ?i?S* ? (li ? li ?1 )r?m2.1.5油缸最大摆角公式?? m ? tg ?1 b a2.2方案计算此方案的计算参照图2其计算步骤如下：82.2.1分别计算 b, r1 , ?0 和 S。由集合关系公式得b ? 0.12242 ? 814.5 ? 99.71(mm)r1 ? 814.5 ? 99.71 ? 714.79(mm)? 0 ? tg ?1 4780 / 714.79 ? 81.495oS ? 47802 ? 714.792 ? 4833.48(mm)2.2.2 分别计算 ?1 , l, ?3 和 ? 2l ? 814.52 ?
? 2 ? 814.52 ?
cos ?1?1 ? 81.495o ? ??2 ? ?3 ? ?12.2.3计算 ? i 及 ? i 。由力矩计算公式计算2.2.4计算单位功 计算 ?S*?S* ? (Li ? Li ?1 ) / 814.5计算 ? PLi ；? PL ?? ?P ? 0.0288 ? 0.0542 ? ?? ? 0.0522 ? 0.0287 ? 1.0004i ?1 i20可见功率未受损。2.2.5 计算油缸行程计算 S*S* ? 0.95885r ? 0.95885 ? 814.5 ? 780.98(mm)92.2.6计算油缸最大摆角 ?? m由式得出油缸最大摆角?? m ? tg ?1b / a ? tg ?1 99.71/ 4580 ? 1.3269?将 l ? f (?) 和 ? i 二曲线一并画入图2-2中。图2-2第二种硬连接方式的特性曲线33.1 原理阐述运动分析由该液压抽油机的原理图可知：驴头悬点的运动规律取决与液压缸中活塞的 运动规律。因为从结构上看，俩者之间的关系是正比例关系，因此，研究驴头悬 点的运动规律与研究活塞的运动规律是一致的。10图3-1液压抽油机的原理图3.2液压缸中活塞运动的规律在设计中， 活塞的运动规律除在上下冲程开始和结束时是匀加速运动，在上下冲程交替时，有一短暂的静止时间，其他时间内均为匀速运动。 其正半周期的函数表示为：?0 ?v ? m (t ? t 2 ) ? t1 ? vt ?vm ?v ? m (t ? T / 2 ? _ t 2 ) ? t1 ?0 ?0 ? t ? t2 t 2 ? t ? t 2 ? t1 t 2 ? t1 ? t ? T / 2 ? t 2 ? t 1 T / 2 ? t 2 ? t1 ? T / 2 ? t 2 T / 2 ? t2 ? t ? T / 2式中： v m 为最大速度， t 1 为加速时间， t 2 为半停止时间，T为冲程周期。 由于抽油机冲次为6次/min；故活塞运动的周期为：T ? 60 / 6=10s11设计活塞运动过程中加速时间为：t ? 0.5s上下死点位置停顿时间各为：2t 2 ? 1s故半周期内活塞匀速运动时间为：t 3 ? T / 2 ? 2t 2 ? 2t1=5-1-1 =3s 则：2 S* ? at1 ? v? t 3 mv? ? at1 m而活塞的冲程长度为：S? ? 1.0413 ? S / 4? 0.2603S ? .7809m所以可得活塞的加速度为：a? S? 2 t1 ? t1 t 3?0. ? 0.5 ? 3? 0.446m / s2活塞的最大速度为：v? ? at1 m? 0.446 ? 0.5 ? 0.223m / s所以可得液压缸活塞杆速度的特性曲线图如下：12图 3-2工作液压缸活塞杆的速度特性曲线3.3驴头悬点的运动特性分析驴头悬点的运动规律取决于液压缸中活塞的运动规律。从结构上看，两者之间的关系是正比例关系。 因此，研究驴头悬点的运动规律与研究活塞的运动规 律是一致的。 所以驴头悬点速度规律其半周期函数表达式为：?0 ?v ? m (t ? t 2 ) ? t1 ? vt ?vm ? v ?? m (t ? T / 2 ? t 2 ) ? t1 ?0 ? 0 ? t ? t2 t 2 ? t ? t1 ? t1 t1 ? t1 ? t ? T / 2 ? t 2 ? t 1 T / 2 ? t 2 ? t1 ? t ? T / 2 ? t 2 T / 2 ? t2 ? t ? T / 2式中： v m 为最大速度， t 1 为加速时间， t 2 为半停止时间，T为冲程周期。 将上式积分一次，得到驴头悬点位移-时间函数为：13??Sm ? ?Sm ? ? ? t ? t 2 ?2 ? 1? ? ? ?2 ? ? ? ? ? T? St ?Sm ?t ? t ? ? ? 4? ? ? 2 ?? ? ??Sm ? ? t ? T / 2 ? t 2 ? ? 1? ?2 ? ? ?Sm ?0 ? t ? t2 t 2 ? t ? t1 ? t 2 t1 ? t1 ? t ? T / 2 ? t 2 ? t 1 T / 2 ? t 2 ? t1 ? t ? T / 2 ? t 2 T / 2 ? t2 ? t ? T / 2式中： Sm 为最大位移，积分常数由初始位置确定。 将速度半周期函数微分一次，的驴头悬点加速度-时间函数为： 0 ? t ? t2 ?0 ?a t 2 ? t ? t1 ? t 2 ? m ? St ? 0 t1 ? t1 ? t ? T / 2 ? t 2 ? t 1 ? ?a T / 2 ? t 2 ? t1 ? t ? T / 2 ? t 2 ? m ?0 T / 2 ? t2 ? t ? T / 2 ? 式中： a m ? v m / t1 ，为最大加速度。 YCYJ 8-3-6 型液压抽油机基本参数为悬点最大载荷为80KN，冲程长度 3m，冲刺6 min ?1 。 由于驴头悬点的运动规律与液压缸活塞的运动关系是正比例关系，因此： 驴头悬点最大位移为：Sm ? S ? S? r3 ? 0.5 =2.876m ?悬点最大加速度为：a m ? 1.64m / s 2悬点最大速度为：vm ? 0.82m / s3.4 3.4.1驴头悬点运动分析结果 驴头悬点运动速度分析14图 3-3驴头悬点运动位移曲线图 3-4 驴头悬点运动的位移特性图3.4.1 驴头悬点运动加速度曲线15图 3-5驴头悬点运动的加速度特性曲线1644.1液压系统的设计和液压元件的选择液压系统的设计图 4-1液压系统原理图该液压原理图为全状态调控式液压抽油机的液压系统。它是包括一套油泵组 合， 既有电机 29 手动变量轴向柱塞泵 30、 粗油滤 31 和单向阀 26 等 4 部分组成。 高压油依次经过精油滤 32、电液换向阀 18、两个液控单向阀 17 和 17A，分别与 油缸 12 的中间两腔管路 12， 相通。油缸 12 上腔 13A 由管路 13 分别经过高压 15 截止阀 40，41，42 和 43 与蓄能器 20、油源 B 点和油箱相通，其中 40，41 两阀 通径为 40mm，而 42 和 43 的通径为 16mm。电接点压力 45 的两个电接点 Kg 和 Kd 分别感受油路负载压力。 它可将点信号送至电路控制中心加以判断和处理后，才 能发出停机与否命令。 电磁溢流阀 23 做安全阀适用， 远程调压阀 25 起调节作用。 此外， 二位三通电磁换向阀 19、 蓄能器 22 和单向阀 27 组成液控单向阀 17 与 17A 的控制回路。 显然， 液控单向阀 17 与 17A 的启闭只与换向阀 19 的电路通断有关， 与泵源有无压力无关。因为蓄能器 22 经常保持有足够的压力与流量，显然，此 时液控单向阀变成了电控单向阀。此外，由蓄能器 21、溢流阀 24 与单向阀 28 组成系统的补油回路 8.压力表 45，46，47，分别表示油源压力、蓄能器 20 的瞬 时压力与补油回路 48 的充放压力。 全状态调控式液压抽油机包括九个回路，17分别为：1.启动回路； 2.换向回路； 3.平衡回路； 4.过载与断载保护回路； 5.补油回路； r0 r0 6.刹车回路； 7.消震回路； 8.液位控制与油温控制回路； 9.电机热保护回路。4.2 4.2.1液压元件的设计和选择 液压缸的设计油缸的主要参数为行程 S* ，活塞杆半径 R 和中间腔杆半径 r0 等四个参数， 其中 S* 由抽油机最大行程 S 和前后驴头力臂来决定。其中力臂比为 4：1，故S* ? S / 4 ；活塞杆半径 r 取决于悬点最大载荷 FM ,在 4 FM 拉力作用下，根据拉伸强度可算出 r； 缸半径 R 与中间杆径 r0 分别与蓄能器平均压力 pCP 和负载压力平均值 p L0 有关。 一般 pCP 选取范围为 14-20MPa 为宜，过高蓄能器寿命降低，过低会增大油 缸尺寸和蓄能器容量。 p L0 选取范围也应在 14-20MPa 为宜。确定 r，Ｒ和 A1这里μ =0.03/0.08=0.375,初选 PCP =18MPa，则可由下式得出A1 ? 2 ( 1?? P ) M /C P ? 2 1 . 3 ? 5 P ? 7 0.0? / 18 8?4 1?2 . 2 2 2 2 1 0 m 2()若选 r ? 7 ?10?2 m ，则R ? (122.22 / ? ? 3.252 ) ? 10?4 ? 7.033 ? 10?2 (m 2 )若选 R ? 7 ?10?2 m ，则A1 ? ?(7 2 ? 3.252 ) ? 120.755 ?10?4 (m 2 ) PM ? 0.08 / (120.755 ?10?4 ) ? 6.625(MPa)求 r0 ， A L选 PL0 ? 18MPa ，由式得到? ? 2(1 ? ?)PM / PL0 ? 2 ? (1 ? 0.375) ? 6.625 /18 ? 0.4601故 因而A L ? ?A1 ? 0.0 ?10?4 ? 55.555 ?10?4 (m2 )r0 ?2 ( 7 ? 5 5 . 5 5 5?/ ?) 4 ?1 0 ?? . 5? 94 6 1 2 1 0 ( m ) 518取 r0 ? 5.5 ?10?2 m ，则A L ? ?(7 2 ? 5.52 ) ?10?4 ? 58. (m 2 )此时 ? 变成? ? 58,5 ? 0.48784.2.2由式得知确定液压泵的实际流量以及泵的选型QM ? 2A LS*n ?103 ? 2 ? 58.3 ?1.0413 ? 3 / 4n ? 9.2007n若选排量为40Ml/r的手动轴向柱塞泵，其型号为40SCY14-1B.则当电机转速为 1460r/min时的流量为QM ? 40 ?10?3 ?1460 ? 0.95 ? 55.48(L / min)因此冲刺n可达到n ? 55.48 / 9.2007 ? 6.02(min ?1 )4.2.3由式算出蓄能器的选择与计算?V ? A1S* ?103 ? 120.755 ?10?4 ?1.0413 ? 3 / 4 ?103 ? 9.4307(L)今选蓄能器一个为80L，即NXQ-L80/31.5A,则 1 K? (0.90.715 ? 9.4307 / 80)1/0.715 ? 0.PCP ? 2(1 ? ?)PM ? 2 ?1.375 ? 6.6250 ? 18.2188(MPa) P2 ? 2 ?18.2188 / (1 ? 0.8296) ? 19,9156(MPa) P1 ? 0.6 ? 16.5220(MPa)? P0 ? ? 0.9P1 ? 0.9 ?16.522 ? 14.8698(MPa)4.2.4 所需功率的计算与电机的选型此时所需功率由式可得出N ? PL0QM / (60?1?2?3 )? 16.9767 ? 55.48 / (60 ? 0.885 ? 0.85 ? 0.92) ? 22.6811(KW)若扔设 FM ? 0.7 ? 0.8 ? 0.056(MN) ,或者冲次为 n ? 0.7 ? 6 ? 4.2(min ?1 ） 或者冲成 ， 为 S ? 0.7 ? 3 ? 2.1m19则N ? 22. ? 15.8768这里选电机功率为15KW，其型号为Y160L-4。4.2.5 1其他液压元件的选择油箱的选择油箱的用途是储油和散热，此外还能沉淀油中的杂志和分离油气等。油箱的容量主要根据散热的要求确定， 同时也要考虑液压系统工作时的油箱内液面的 最低高度，又要顾及到停机时负载与管路中的油返回油箱不至溢出。另外，还要 考虑到油中所含的杂志能够有机会沉淀，所含空气也能够排除。一般油箱的有效 容积每分钟流量的2-6倍大小 则Q ? (2 ? 6)QM? (2 ? 6) ? 55.48 ? 110.96 ? 332.88(L)现选取油箱容量为200L，壁厚3mm。2 油管的选择油管是用来连接各元件，是整个液压系统彼此沟通的连接件。由于橡胶管 可以随意弯曲， 并允许在工作中有一定的相对运动， 另外其抗震性好、 装配方便， 并能吸收液压系统中一定的压力。所以选取橡胶管，但是其成本高，寿命短。 油管截面积计算 油管的内径应与要求的流通能力相适应，若管径太小、液压油流速太高会 增加沿途压力损失，使油温过高，而会引起震动和噪声；若管径太大，不便于安 装，而且体积大，造价增高，但对于大功率系统，尤其冷却困难的系统相当的重 要。 管内径计算公式：d? 4Q ??式中Q--------通过油管的最大流量 V--------油管中的最大流速一般对于吸油管 v&1.5m/s , 对于高压管v&5m/s; 对于回油管v&2.5m/s。 管接头是用来连接油管与液压元件的部分，分为焊接式、法兰式、卡套式与 扩口式。3.滤油器选择液压系统的故障， 往往是由于液压油中含有杂志而引起的。油中含有杂质会20使运动零件划伤、磨损甚至坏死，或者常使截流小孔堵死等，因此液压系统中油 的清洁是非常重要的。 除了油箱、 管件和液压元件干净外， 这里还得引入滤油器。 安装在油管上用网状粗滤油器有效的保护这真个液压系统； 任何液压系统都 要在液压泵的出口管路上装精滤油器以保护所有的液压元件； 在重要液压元件钱 安装滤油器。4. 蓄能器的选择蓄能器的用途是一种高压油的压力容器，在液压系统中起着非常重要的作 用，其主要用途：1.用作补油 2.吸收冲击 3.起滤波作用 4.用作保压源或应急源 选择气囊式蓄能器。 5. 冷却器和加热器选择 冷却器选用蛇形管冷却器即在回油上串联一个类似弹簧行的管子，并将其放 在水箱中，水可以不断的流进流出用以散掉热量。 当液压油在过冷的地方工作时， 如-40摄氏度以下时就应启动将油温加热到15 摄氏度以上，否则泵易吸空，而出口压力会过高，此时需要增设加热器，一般加 热器都采用电热管丝式并有加温控制线路，在加热时可以预先设定温度值。4.3 4.3.1密封装置的设计 密封装置的简介和分类密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如 灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件或措施。 密封是解决液压系统泄漏问题的有效手段之一。当液压系统的密封不 好时会因外泄漏污染环境，还会造成空气进入液压系统而影响液压泵的工 作性能和液压执行元件运动的平稳性;当内泄漏严重时，造成系统容积效率 过低及油温升过高，导致系统不能正常工作。 密封可分为静密封和动密封两大类。静密封主要有垫密封、 密封胶密 封和直接接触密封三大类。根据工作压力，静密封又可分为中低压静密封 和高压静密封。中低压静密封常用材质较软宽度较宽的垫密封，高压静密 封则用材质较硬接触宽度很窄的金属垫片。动密封可以分为旋转密封和往 复密封两种基本类型。按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分21为接触式密封和非接触式密封；按密封件和接触位置又可分为圆周密封和 端面密封，端面密封又称为机械密封。动密封中的离心密封和螺旋密封， 是借助机器运转时给介质以动力得到密封，故有时称为动力密封。4.3.2密封装置的选择对密封装置的要求： 1) 在工作压力和一定温度范围内，应具有良好的密封性能，并随着 压力的增加能自动提高密封性能。 2) 密封装置和运动件之间的摩擦要小，摩擦系数要稳定。 3) 抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一 定程度上能自动补偿。 4) 结构简单，使用、维护方便，价格低廉。 间隙密封是靠相对运动见配合面之间的微小间隙来进行密封的。间隙 密封常用与柱塞、活塞或圆柱配合副中。 O型密封圈一般用耐由橡胶制成，其横截面呈圆形，它具有良好的密封 性能，内外侧和断面都能其密封作用。它具有结构紧凑、运动件的摩擦阻 力小、制造容易、装拆方便、成本低、高低压均可用等特点，在液压系统 中得到广泛的应用。 唇形密封圈根据截面的形状可分为Y形、V形、U形、L行等，其工作原 理：液压力将密封圈的两唇边压向形成间隙的两个零件的表面。这种，密 封作用的特点是随着工作压力的变化自动调整密封性能，压力越高则唇边 被压的越紧，密封性越好，当压力降低时唇边压紧程度也随之降低，从而 减少了摩擦阻力和功率消耗。此外，还能自动补偿唇边的磨损。 组合式密封装置包括密封圈在内的二元以上元件的组合密封装置。充 分发挥了橡胶密封圈和滑环各自的长处，不紧工作可靠，摩擦力低、稳定 性好，而且使用寿命比普通橡胶密封提高近百倍，在工程上得到了广泛应 用。 回转轴的密封装置这种密封圈主要用作与液压泵、液压马达和回转式 液压缸的伸出轴的密封，以防止油液漏到壳外部，它的工作压力一般不超 过0.1MPa，最大允许线速度为4-8m/s。4.3.3密封圈在使用中的注意事项(1)不能装错方向和破坏唇边。唇边若有50μm以上的伤痕，就可能导致明显22的漏油。 (2)防止强制安装。不能用锤子敲入，而要用专用工具先将密封圈压入座孔 内，再用简单圆筒保护唇边通过花键部位。安装前，要在唇部涂抹些润滑油，以 便于安装并防止初期运转时烧伤，要注意清洁。 (3)防止超期使用。动密封的橡胶密封件使用期一般为h，应该及 时更换新的密封圈。 (4)更换密封圈的尺寸要一致。要严格按照说明书要求，选用相同尺寸的密 封圈，否则不能保证压紧度等要求。 (5)避免使用旧密封圈。使用新密封圈时，也要仔细检查其表面质量，确定 无小孔、凸起物、裂痕和凹槽等缺陷并有足够弹性后再使用。 (6)安装时，应先严格清洗打开的液压系统各部位,最好使用专用工具，以防 金属锐边将手指划伤。 (7)更换密封圈时，要严格检查密封圈沟槽，清除污物，打磨沟槽底。 (8)为防止损坏导致漏油，必须按规程操作，同时，不能长时间超负荷或将 机器置于比较恶劣的环境中运转。2355.1 悬点载荷液压抽油机载荷分布及平衡分析抽油机通过抽油杆带动井下抽油泵工作时，在抽油机驴头悬点上作用 有三类载荷： （1） 静载荷：包括抽油杆自重以及油管外静压力作用于抽油泵柱塞 上的液压静载荷。 （2） 动载荷：由于抽油杆柱和油管内的液体不等速运动而产生的杆 柱动载荷以及作用于柱塞上的液柱动载荷。 （3） 各种摩擦力产生的载荷：由于油井中影响摩擦力的因素特别复 杂，例如，杆柱与油管的偏心杆柱速度与液体流速在油井的深 度方向上的变化，液体粘度在油井深度方向上的变化等因素。 到目前为止还没有一套公认的比较可靠的计算方法，并在通常 情况下摩擦力忽略不计。 在抽油机驴头悬点上下往复运动的过程中，静载荷和动载荷是随之作 周期性变化的。因此在抽油机驴头悬点上下往复运动的过程中，研究静载 荷和动载荷是非常必要的。 先设已知所设计的条件为： 井深为2000m，抽油液体密度为 0.95t / m3 ；动液面深度为： H0 ? 1000m 。因此可以由此初步定下泵深度为 L ? 1300m ，并选取抽油杆为高强度杆，采用的泵径为： D ? 44mm 。 查《抽油机技术手册四》71页可得： （1） 抽油杆为二级杆柱，每级杆柱直径为：d1 ? lin ? 25.4mm d 2 ? 7 / 8lin ? 22.25mm（2） 每级杆柱占总下泵深度的百分比为：?1 ? 52% ?2 ? 48%245.1.4悬点静载荷在下冲程中，抽油杆自重始终作用于抽油机驴头悬点上，是一个不变的载 荷，它可以用下式计算：Wr ? q r L式中Wr ------------------抽油杆柱自重L---------------------抽油杆总长q r --------------------每米抽油杆自重查《抽油机》 表2---2，4页得： 每米抽油杆自重为：q r1 ? 4.09 ?10?2 KN / mq r 2 ? 3.14 ?10?2 KN / m所以，该组合抽油杆的等效每米抽油杆自重为：q r ? q r 1? ? 1 ?q?2r 2??2? 3.634 ?10 KN / m抽油杆自重为：Wr? ? ( 1? 0 . 1 2f 7 ?r)W其中 ? f -----------------井深密度，为 0.95kg / m3 则Wr? ? ( 1? 0 . 1 2f 7 ?r)W? (1 ? 0.127 ? 0.95) ? 47.24?41.57KN作用于柱塞的液柱载荷随抽油泵泵阀启闭状态下的不同而变化。下冲程 时，柱塞上的游动阀是开启，柱塞上下连通。假如不计液体通过游动阀和柱塞内 孔的阻力，则柱塞上下的液体压力相等。因此，柱塞上的液柱载荷等于零。上冲 程时，游动阀关闭而固定阀打开，柱塞上下不再连通。柱塞上面的液体压力等于 油管内液柱静压力， 柱塞下面的液体压力油管外面液压柱以下液柱静压力。这一 压力差在柱塞上产生液柱静压力。压差在柱塞上产生的液柱载荷 Wr? （KN） 。Wr? ? g?f H 0 A P其中：A P ---------------柱塞面积， m2g---------------重力加速度， 9.8m / s2H 0 --------------油井动液面深度，m25由于泵径D=44mm，所以查 《抽油机》 55页表2----3得： 抽油泵柱塞面积为：A P ? 15.90 ?10?4 m 2所以Wr? ? 0.95 ? 9.81? ?10?4=14.82KN 悬点静载荷：设 Wf 1 为上冲程悬点静载荷Wf 2 为下冲程悬点静载荷 Wf 1 ? Wr? ? Wf?? 41.57 ? 14.82? 56.39KNWr? ? Wf 2 ? 41.57KN注：上述静载荷公式没有考虑井口回压和套管压力的影响。5.1.2悬点动载荷的简化计算抽油杆柱动载荷为：Wrd ? ?Wr a g液柱动载荷为：Wr d ? ?Wra g??式中：Ap ? Ar Ai ? A rA i ----------------用油管内径计算的流通面积， m2 Wf ------------------作用于柱塞环形面上的液柱重量， KN对于组合杆柱，应分段计算 ? 和 Wf ，然后求和。?W ? ? ?i W fi ?1 k126?i ?A p ? A rk A i ? A riWf 1 ? ?f gLi (A p ? A ri )式中：A ri -------------------第 i 段杆柱面积， m2L i ------------------第 i 段杆柱长度，mA rk -----------------最下部杆柱面积， m2查《抽油机》 55页，有：Ar1 ? ? ? 0.2222 4 ? Ark ? A r 2 ? ? 0.0192 4A p ? A rk A i ? A ri ? 0.861?1 ?Wf 1 ? ?f gLi (A p ? A ri )?2 ?A p ? A rk Ai ? A r 2? 0.829Wf 2 ? ?f gL2 (A p ? A r 2 ) ? 9.72KN注意： 当冲程最长时，冲刺最小。 查《采油技术手册》 21 页， n ? 6 min ?1 上冲程时的悬点动载荷等于抽油杆动载荷与液柱动载荷之和。a Wd 1 ? W r d W f ? ( W ? ? W f) ? d r g下冲程时，液体向上运动的速度和加速度很小，其动载荷可忽略不计。a Wd 2 ? W r ? W r d g5.1.3悬点最大载荷和最小载荷计算其简化计算公式为：27k?n 2S 62 ? 2.7 ? ? 0.90查 《抽油机》 45页 ，有m a1 ? 1.16m a 2 ? 1.06 Wf ? Wf 1 ? Wf 2 ? 20.61KN Wmax ? Wr? ? Wf? ? (Wf ? Wr )ma1k? 78.48KNWmin ? Wr? ? Wr ? ma 2 ? k? 15.40KN5.2 5.2.1平衡计算 平衡的定义及判断液压抽油机平衡概念是这样定义的，上行功率的平均值与下行功率的平均 值相近的程度，或着将两者之比定义为平衡度，并用 ? T 来表示。若两者相等平衡度为1，这是理想情况，对于液压抽油机此指标是可以做到的。但考虑到其他指标，如果这样 做会使上行时的负载压力 p LS 或下行时的负载压力 p LX 的最大压力变大，影响油泵及液压元部件的寿命，而且令平衡度为1也十分重要，实际上平衡度的概念是希望 抽油机在一个冲程中运行平稳， 受力均匀和效率高。对于液压抽油机一般只要平 衡度在70%-90%之间已足够用。因为电机在70%以内的功率和因素功率都很高。 该液压抽油机的平衡方式则采用液压平衡回路来实现整机的平衡的。5.5.2平衡度的计算为了简化平衡度的计算可采用数字积分法即28?T ?1 n 1 n p Lxi / ? ? pLsi n ? 1 i ?0 n ? 1 i ?0n n? ? p Lxi / ? p Lsii ?0 i?0该液压抽油机的冲程为3m，冲次为 6min ?1 。由上式可得该液压抽油机的 平衡度为：? T ? ? p Lxi / ? p Lsii ?0 i ?0 n n? 191.4123 / 217.8596? 87.9%2966.1 6.1.1主要部件结构的设计校核计算主要部件强度计算、校核 游梁的强度计算校核游梁是连杆机构中直接 承受油井载荷的重要部件。必须保证足够的强度和刚度。游梁的材料一般多采用这样的结构，即在工字钢上加两块加强板.制造 不太复杂，断面近似等强度，金属使用较合理。选择游梁为 50b 型热轧普通工字 钢(GB706-88)，材料为 Q235 钢材。 选择游梁的材料为 50b 型的热轧普通工字钢(GB706-88)，材料为 Q235。 根据《机械工程材料实用手册》和《常用钢材手册》确定工字钢的基本参数为： 基本尺寸为：h=300mm,b=200mm,t=20mm,L=3500mm, t1 =20mm，截面积为： 132.00 cm 2 ，Wy=1860 cm 3 。 工字钢的结构为下图所示：图 6-1 工字钢的截面图游梁重为：Q 游= 5.6KN；Q235 的机械性能为：屈服强度：235MPa；抗拉强度：375-460Mpa。 强度校核游梁危险截面内的正应 ζ 随悬点载荷 ω 作周期性变化，但由于 ζmin/ζmax 一 般大于 0.25，应力幅 ζa 比较小，应力集中系数也较小，故可不作疲劳强度校核。 1. 静强度校核 考虑到短时作用的最大悬点载荷 Wmax 有可能超过抽油机的额定悬点载荷30[W]。例如柱塞瞬时卡住而驴头继续作运动 Wmax=μj[W] kN ζmax=Kμj[W ] A Wy（6-1） （6-2）kPa式中， 为考虑到柱塞遇卡的特殊情况时的载荷增大倍数， μj 一般取 1.5 ― 1.8； K 为轴力与力偶等影响使正应力增大的系数，一般取为 1.1 ― 1.2； 为简便期间，可将 Kμj 并入安全系数中，将安全系数适应放大，而应力则按 额定悬点载荷计算： 则有： ζmax= Wy 游梁断面系数 Wy=1.86× -3m3 10 ζmax=[W]A/Wy=(50× 2.1)/（1.86× -3）=540.3Mpa 10 ns=216/54..03=4 查《机械工程材料实用手册》得： 屈服强度：235MPa。 静强度安全系数完全满足要求。 游梁的弯矩图见图 6-2。 [ns]=3.3―4.0[W ] A Wy（6-3）图 6-2 游梁的弯矩图2.侧向稳定性校核 游梁截面的高度尺寸一般均大于其宽度尺寸，以便在截面积相同的情况下，获得较大的截面系数，提高抗弯曲能力。但如果高度过大，游梁有可能发生侧向 失稳，在设计组焊的工字钢形游梁时尤其应该注意。即使采用型钢，如果游梁无 支撑长度（一般是前臂长 A）过长，也可能发生侧向失稳。因此，游梁除做静强 度校核外，还须对其进行侧向稳定性校核。 不产生侧向失稳的临界应力 ζc 为： ζc =? GJ e EJ zW y Lb31（6-4）代入数值计算得：ζc=78.6Mpa 对于工字形截面的游梁，API 推荐的稳定许用应力公式为： [ζc]=4.14 ? 10 6 KPa Lb h bt（6-5）式中t―工字钢上下翼板的厚度，m; b―工字钢上下翼板的宽度，m 。代入数值计算得：[ζc]=116 Mpa即 ζ&[ζ]，故强度满足要求。6.1.2游梁轴承的校核根据抽油机的使用情况，以及游梁的运动、受力特点，选用游梁轴承为 单列向心短圆柱滚子轴承，查《机械设计手册》轴承型号为：42622。它的基本 额定动负荷：C=520KN ,基本额定静载荷：Cr= 471 KN；极限转速：脂润滑时： 2000 r/油润滑时：2800 r/min ；质量：W =17.5kg； 下面对它进行校核计算： 在前面的支架受力分析中，对支架的作用力 R 的最大值为：R=109.5KN。由 于游梁油两个轴承，所以作用在一个轴承上的力为： R? = R 2 =54.75KN。 当量动载荷为： P=XFr= R? =54.75KN 该滚动轴承的基本寿命为：Lh ? 106 C ? ( ) 60n P(7-11) 式中Lh ―轴承的基本寿命，h；C―基本额定动载荷，N； P―当量动载荷，N； ε―寿命指数，对于滚子轴承，ε=10/3； n―轴承转速 ，r/min； n=πδ n冲 /180° ＝4.5 r/min；32将数据代入式（7-11）得：10 6 520 ? L10 60 ? 4.5 ? ( 54.75 ) 3 ?
h10由于抽油机的工况条件， 抽油机为连续工作的机械，所以假设抽油机每天工 作 24 小时，一年工作 365 天，则其的使用寿命为： L=/(24 ? 365)=17 年； 一般抽油机设其实际使用寿命为 10 年左右，所以该轴承的额定动载荷符合 实际要求。 由于轴承的转速较低，故还需对其静载荷进行校核。 轴承的当量静载荷为：P0 = R? =54.75KN按轴承静载荷选择轴承的公式为：Cr ? S0 P0(7-12) 式中S 0 ―轴承的安全系数。根据抽油机的工况，参考相关手册，此处取 S 0 =1.5。将数值代入式（7-13） ， 不等式成立。所以轴承静载荷满足要求。 综上所述，所选轴承满足设计要求。6.2 6.2.1其余部件的设计和选择 驴头的设计对于液压式游梁抽油机而言， 驴头装在游梁前端， 前驴头主要承担悬点载荷， 本设计采用幅板式结构。 驴头由钢板和角钢焊接而成。驴头的作用是保证抽油时 光杆始终对准井口中心位置。 为此驴头在制作时是以游梁支点轴承为圆心，以轴 承到驴头前端长为半径画圆弧， 这样可以保证抽油机工作时，头部中心投影与井 眼中心重合。 为了修井需要，驴头必须能从井口移开。本机采用上翻式让位驴头。驴头上 部与游梁上部铰接， 两部件可以连接销轴为中心相对转动，驴头下部与游梁下部 可采用不同方式进行连接紧固，当修井时，松开下部连接，将驴头向上翻转 180°，即完成驴头让位，可进行修井作业。 驴头弧面长应为抽油机最大光杆冲程的 1.2 倍左右，另外驴头必须有足够的 宽度尺寸， 以便驴头移离井口时， 游动系统上下活动自由起吊， 不致碰撞抽油机。336.2.2 横梁的设计横梁是游梁和连杆连接的中间部件。动力经过横梁才能带动游梁作摆动。 本设计的横梁采用型材、板材并与锻件组合焊接。6.2.3支架的设计支架用支架轴承和游梁相连。 当抽油机工作时， 支架承受悬点载荷和连杆力， 是重要的受力部件，因此要求支架具有足够的刚度和强度。 支架用型钢焊制而成，采用塔型（四腿）支架。6.2.4钢丝绳和悬绳器为了保证光杆沿井眼中心作上下往复直线运动，除驴头制成一定的弧面外， 还必须用柔性件使驴头与光杆连接。要求钢丝绳弯成两根，旋向相反，以使钢丝 绳受力后旋转趋势相互抵消，是悬绳器和光杆不受影响。 悬绳器由上、下两条横梁、中间螺旋支柱和光杆卡子等零件组成。77.1与常规型抽油机比较优缺点常规型游梁抽油机简介以常规曲柄平衡抽油机为例，结构示意图如下图所示。34图 7-1常规型游梁抽油机图中，1―底座；2―支架；3―悬绳器；4―驴头；5―游梁；6―横梁 轴承座；7―横梁；8―连杆；9―曲柄销装置；10―曲柄装置；11―减速器； 12―刹车保险装置；13―刹车装置；14―电动机；15―配电箱。 游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平， 一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。对于支架来说，如果抽油载荷 和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油 机连续不间断地工作。7.2与常规型抽油机比较本设计提供的是一种液压抽油机属采油设备。它由机械、电气控制、液压传动系统等部分组成。 它是以液压传动和液压平衡原理实现抽油杆的上下往复运 动。它相对目前国内普遍使用的机械式抽油机具有抽油杆行程大、体积小、重量 轻、节约钢材、自动化程度高等优点。液压式抽油机的主要缺点是：存在装机功 率大、能耗高、自适应能力差等缺点。因在液压系统中利用了平衡油缸及蓄能器 等手段使抽油机下降时系统重量能对主机作功而达到节能省电的目的。 该抽油机 可广泛应用于各类油田作为井下抽油泵的动力源。358结论由于液压抽油机的起步较晚，同时受制造工艺和液压元件可靠性和 效率的限制，液压抽油机发展缓慢，制约了液压抽油机市场份额的扩大，但液压 抽油机的优点成为某些特殊工况下的必需品。 今年来由于制造工艺和液压元件质 量不断提高，特别采油工艺的需要，又会引起人们重视。 本次设计的 YC YJ 8-3 -6 型 液 压 抽油机吸收了常规游梁式抽油机的一 些有点采用游梁式，同时它还具有节能，自动化程度高，适应能力强等特点。这 一特点符合抽油机的发展趋势，因而具有较大的发展空间和市场需求。同时，在 设计过程中我的基础理论知识的带了进一步的加强，尤其是受力分析，零件校核 等方面， 将书本上学到的理论知识应用到实际工作中，对以后自己的学习和工作 都有极大的促进作用。 但是由于对某些知识掌握的不牢固，在设计过程中难免有 不到之处，我将在以后的工作学习中不断的弥补自己的不足，不断的进步，加强 自身的专业知识。36参考文献[1] 邬亦炯、刘卓均,等. 抽油机[M]. 北京：石油工业出版社，1994. [2] 张学鲁、季祥云、罗仁全，等. 游梁式抽油机技术与应用[M]． 北京：石油工 业出版社，2001. [3] 万邦烈． 采油机械的设计计算[M]. 北京：石油工业出版社，1988. [4] 万仁傅、罗英俊，等. 采油技术手册(第四分册)[M]. 北京：石油工业出版社， 1990. [5] 熊忠实. 常用钢材手册[M]。北京：中国物资出版社，1997. [6] 董世民、张士军. 抽油机设计计算与计算机实现[M]. 北京：石油工业出版 社，1994. [7] 机械设计手册》 《 联合编写组． 机械设计手册&上册&&中册&&下册&[M]． 化学工 业出版社． 1979 年版． [8] 周开勤. 机械零件手册[M] . 高等教育出版社． 1994 年． [9] 濮良贵，纪名钢. 机械设计（第七版)[M]. 高等教育出版社． 2001 年． [10] 龚桂义主编． 机械设计课程设计指导书[M]． 高等教育出版社． 1990 年． [11] 甘永立主编． 几何量公差与测量[M]． 上海科学技术出版社． 2001 年． [12] 刘鸿文． 材料力学&上册&&下册&[M]． 高等教育出版社． 1991 年． [13] 张学鲁，季祥云，马任全编著.游梁抽油机技术与应用.北京：石油工业出版 社，6. [14] 郭东、白雪明、纪海涛.弯游梁抽油机的平衡配置设计与分析[J].石油机 械 .2006. [15] 李继志，陈荣振主编. 石油钻采机械概论[M].东营：中国石油大学出版 社.2000 年. [16] 龙以宁. 游梁式抽油机曲柄销可靠性讨论[J]. 石油矿场机械， 1992， （5） 21 ： 6-10. [17] 章敬，李伟，李绍奇等. C YJ 5-1.8 -18HY 型 整 体 弯 游 梁 式 抽 油 机 的 设 计 和 应 用 [B]. 石油矿场机械，)：82-85. [18]黄伟，刘显. CYJ7-2.5-26HY 型抽油机设计及应用[B]. 石油矿场机械， )：33-35.37致谢大学毕业已经临近，本次毕业设计使我学会了很多，使我在大学里学的知识 做了个总结，本次毕业设计让我看到了自己的不足，同时也让我对知识的运用， AUTO CAD画图软件的运用得到了提高，在此同时，在毕业设计过程中也遇到了很 多问题，例如，不间断的设计与修改，不停的摄取新知识，装配图和零件图反复 的完善等等。 整个毕业设计过成让我体会很多。 在此我要谢谢职黎光老师的关心和爱护以及给予我帮助的同学，感谢他们的 帮助使我顺利完成了本次设计。同时我也感谢我的母校是，是她在4年中让我成 长起来，在她的呵护下我学到很多知识，为我今后走向社会、服务于社会打下了 一定的基础。 最后， 感谢机械工程学院的老师为我们评审和答辩，使我们完成大学中最 后一项学习环节，在此对你们表示衷心的感谢！38
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