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1、常规游梁式抽油机设计与仿真,指导老师：吴俊飞 学生姓名：马文杰,主要内容,1 绪论 2 计算部分 3 抽油机各结构强度校核 4 基于Pro/e主要部件的三维建模 5 基于Pro/E的抽油机运动学仿真 6 抽油机的规范,引言,常规游梁式抽油机以其结构简单、耐用、操作简便、维护费用低等明显优势，一直占据着有杆系采油地面设备的主导地位。所以研究有杆类采油设备是非常有意义的。 本文介绍了常规抽油机工作原理与节能原理，设计过程中对抽油机运动学和动力学分析与计算，阐述了常规游梁式抽油机运动规律。本设计全面概述了常规性抽油机的发展概况，抽油机的优化设计及其节能原理，对抽油机得几何参数，运动参数，动力学参数进
2、行了全面的分析计算，以对常规游梁式抽油机进行优化设计。,结构特点：,常规游梁式抽油机的原理介绍,由三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机；二是井下的抽油泵，它悬挂在油井油管的下端；三是抽油杆，它将地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵。 工作过程是由动力机（电动机、柴油机或天然气发动机）经传动皮带将高速旋转运动传递给减速器，经三轴两级减速后，由曲柄连杆机构将旋转运动变为游梁的上、下摆动。挂在驴头上的悬绳器通过抽油杆带动抽油泵柱塞作上、下往复运动，将井液抽汲至地面。,原理图：,游梁式抽油机设计的基本理念,游梁式抽油机设计的承载能力（即额定负载）是靠额定扭矩来实现的，也就是说设计抽油机时首先依据额定负
3、载来设计其额定扭矩； 在额定扭矩确定后，依据其额定扭矩和基础计算式来设计机架的承载能力。 根据电动机选择合适的抽油机型号，确定抽油机主要部件尺寸参数 用ProE对抽油机进行三维建模，并通过Mechanism模块抽油机进行机构运动学仿真研究，进一步完善该游梁式抽油机的设计,计算部分和强度校核,常规型游梁式抽油机运动学分析计算 主要参数计算 游梁式抽油机的电动机选择计算 游梁式抽油机型号的选择和参数尺寸的确定 抽油机的各结构的强度校核,抽油机运动学分析,求出驴头悬点的位移、速度和加速度随时间变化的规律，以便为载荷分析和扭矩计算提供运动学数据。,抽油机运动简图中的基本参数,A游梁前臂长度，mm； C
4、游梁后臂长度，mm； P连杆长度，mm； R曲柄半径，mm； I游梁支承中心到减速器输出轴中心的水平距离，mm； H游梁支承中心到底座底部的高度，mm； G减速器输出轴到底座底部的高度，mm； H-G曲柄回转中心至中心轴承的垂直距离，mm； C与K的夹角； S抽油机的冲程； n抽油机的冲次； P额定悬点载荷； K极距，即游梁支承中心到减速器输出轴中心的距离，mm； J曲柄销中心到游梁支承中心之间的距离,mm； 曲柄转角，以曲柄半径R处于12点钟位置作为零度，沿曲柄旋转方向度量； 零度线与K的夹角，由零度线到K沿曲柄旋转方向度量； C与P的夹角，称传动角； xC与J的夹角； K与J的夹角； K与
5、R的夹角； P与R的夹角。,主要参数计算,光杆（悬点）加速度计算 悬点载荷计算（抽油机驴头悬点的实际载荷和抽油机正常工作允许的最大的悬点载荷 ） 光杆的最大冲程（调节抽油机的冲程调节机构使光杆获得的最大位移） 扭矩因数和光杆位置因数计算 减速器净扭矩计算（减速器输出轴允许的最大扭矩 ） 抽油机额定扭矩计算 最高冲次（调节带传动的传动比最小时的冲次数）,电动机的选择计算,电机至抽油杆的总传动效率为： 总=带*减*轴 其中带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和四连杆执行机构的传动效率。取0.94，取0.98，取0.97，取0.99，取0.90。即带=0.95，减=齿2*轴3=0.972*0.983=0.
6、8856 总=带*减*轴=0.808.w=12*2/60=1.212 根据公式P=1/ * w *T=44.7KW查机械设计手册第5卷,选用Y系列电动机Y250S-6，额定功率：P=45Kw n=980r/min并可查机械设计手册知电机的各项参数,电机的各项参数表,游梁式抽油机型号的选择,选取常规游梁式抽油机国内油田广泛使用、有代表性的常规游梁式抽油机主要是CYJIO系列机型，为了满足系统设计要求（电动机驱动功率37KW45KW，转速950980传/分钟的设计要求），在此我们选用CYJIO-3-53HB型抽油机，该型机主要由兰石厂和大庆总机械厂生产，该型机主要由兰石厂和大庆总机械厂生产，主要技
7、术指标如表所示,参数尺寸的确定,抽油机的各结构的强度校核,在第二章确定出整体结构尺寸和参数的基础上，对抽油机的各结构进行强度校核。对主要零部件的结构和尺寸进行设计，通过对主要零部件的强度校核进一步验证结构设计的合理性。通过分析和计算结果表明，第二章确定的抽油机型号符合设计条件。（连杆的应力分析与强度校核、曲柄连接设计强度校核、游梁的应力分析及强度校核、游梁支承的强度校核、滚动轴承的选择和寿命计算 ）,基于Pro/e主要部件的三维建模,曲柄 曲柄是传递减速器输出扭矩的主要部件，所以它必须具有一定的强度和传递可靠性。曲柄一般可用灰铸铁、球墨铸铁和铸钢制成。,连杆 台抽油机有两根连杆，它是传递力矩的
8、主要受力杆件，其主件可用管材，也可用其他型材如工字钢、槽钢等。为了保证两侧连杆传动平稳和传递力矩的均衡一致，两连杆的工作长度必须完全一致，即达到一定的尺寸公差要求，这一要求通常用专用工艺装备来保证。所以，选用直径为80的热轧圆钢为主件，而上下接头均用QT700-2铸成。,游梁和横梁 游梁是抽油机的主要承载部件，承担着抽油机的全部工作载荷，因此必须要有足够的强度和一定的刚度。选用工字钢为主要部件，经过钢板加强后制成。 为了使横梁和连杆的连接点与横梁和游梁的连接点在同一水平面上，常将横梁制作成弓形本设计横梁用HT200铸造而成,驴头 驴头用来将游梁前端的往复圆弧运动变为抽油杆的垂直直线往复运动，驴
9、头采用腹板式结构焊接而成，并应用侧翻让位结构进行整修时的让位,支架 本次设计的支架全部采用三腿结构，支架前面的2个主腿采用单根的工字钢或槽钢制造，后腿采用2个槽钢对焊，并间断补强，制作时，将前腿和后腿分开制造，现场安装时将支架后腿按要求组装并锁紧即可。,底座 本次设计将电动机座抬高5001000mm，对于少雨地区，可将电动机座放置到与主底座对齐的位置,整体三维模型,基于Pro/E的抽油机运动学分析仿真,抽油机悬点运动学理论分析 游梁式抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆,以曲柄、连杆和游梁后臂为3个活动杆所构成的四连杆机构,如图所示,通过一系列计算，游梁式抽油机悬点的速度曲线为一“歪曲
10、”的正弦曲线,加速度曲线变化被“歪曲”的余弦曲线。抽油机在一个冲程中,悬点的速度和加速度不仅大小在变化,而且方向也要发生改变。上冲程的前半冲程为加速运动,加速度为正(加速度方向与运动方向都向上);后半冲程为减速运动(加速度方向与运动方向相反)。,基于Pro/E的抽油机运动学分析仿真,抽油机悬点运动学Pro/E分析 Pro/E软件中的Mechanism模块是专用于进行机构运动学分析和仿真的,可以对抽油机驴头悬点运动规律进行精确的计算分析。 建立抽油机简化模型,先设置驱动装置,再进相应计算参数的设置,包括计算时间、初始条件等。以抽油机横梁处于水平位置,且向下运动作为计算的零时刻位置,进行计算后,可
11、得如下结果曲线。,图为悬点位移随时间的变化曲线。由图中可见,抽油机驴头悬点随时间的位移关系曲线基本为正弦规律。,图为抽油机悬点速度与时间关系曲线。由图中可见,抽油机的悬点速度随时间按照类似正弦曲线变化。,图为抽油机悬点加速度随时间关系曲线。由图可见,抽油机的悬点加速度随时间按照类似余弦曲线变化。,图为抽油机悬点位移、速度、加速度在一个冲程中随时间变化的关系曲线,由图可清晰地对比出抽油机悬点的位移、速度和加速度之间的关系。,通过上面对游梁式抽油机驴头悬点运动规律的研究可以看出,1个冲程过程中,悬点速度时刻在发生变化,悬点加速度也不断地跟随变化,运动规律复杂。 得出的抽油机悬点位移、速度和加速度随时间变化曲线也符合理论分析得到的变化规律，进一步完善了该游梁式抽油机的设计 可以看出借助于先进的计算机仿真技术,在开发初期就可对其结构进行优化,可大大缩短产品生产周期,降低成本。,抽油机的规范,为了确保抽油机使用中的安全，抽油机关键部件应遵守下列要求： 1）要求确认适用于井底泵的起重能力 2）由于在油井的结构、摩擦和动态加载，潜在额外负荷 3）对游梁式抽油机结构负荷能力的要求，以适应抽油杆的重量和额外负荷,谢谢！,
