液壓抽油機(jī)設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 前 言 國內(nèi)各大油田現(xiàn)以游梁式抽油機(jī)為主流，夾雜著鏈條抽油機(jī)等其他抽油機(jī)作為石油開采設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。游梁式抽油機(jī)因為以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為工作的主要機(jī)構(gòu)，必須配以平衡重塊，而且游梁本身也十分笨重；移動不便，制造時消耗材料較多。鏈條抽油機(jī)相對于游梁式占地面積相對小，但是其整體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了安裝與移動的不方便。 利用液壓傳動的相關(guān)技術(shù)可以獲得較大的輸出力，而且液壓傳動有著傳動不受地形的條件限制，參數(shù)調(diào)動靈活等優(yōu)點。隨著近些年來密封與液壓技術(shù)的進(jìn)步，利用液壓力開采石油作為一種新的方法，正受到各國的關(guān)注。我國液壓抽油方法研究 的起步較晚，而且中途有一段時間停滯，故相關(guān)技術(shù)不是很完善，同時可創(chuàng)新的空間也較大。 液壓抽油機(jī)省去了笨重的平衡重等重物，若設(shè)計拆裝方便，可用于野外作業(yè)故障的迅速補(bǔ)救，減少因壞損抽油機(jī)不工作耽誤時間減少產(chǎn)量的弊端；如遇工作要求調(diào)動，迅速拆裝方便運輸，可大大提高機(jī)動性；海上作業(yè)平臺抽油設(shè)備的運輸相對地面大大不便，設(shè)計輕型才有設(shè)備有利于減輕船舶的運輸負(fù)擔(dān)；占地面積小，適用于密集井口的開采作業(yè)，并且泵站的液壓元件，再回路上稍加調(diào)整可以對多臺設(shè)備進(jìn)行動力供給。 因此涉及題目綜合性較強(qiáng)，引起本人興趣，故選中該課題作為畢 業(yè)設(shè)計，希望給自己所學(xué)知識有一個綜合的應(yīng)用的機(jī)會。 本次設(shè)計對個人學(xué)科知識要求比較綜合，涉及到液壓傳動，以及機(jī)械設(shè)計，工程圖學(xué)等幾門專業(yè)知識，而且國內(nèi)可參考的文獻(xiàn)非常少，缺點難以避免，望老師審閱后批評指教。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 目 錄 前言 1. 緒論 4 課題來源及研究的目的和意義 4 課題所涉及的問題在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析 4 課題所涉 及的問題在國外的研究現(xiàn)狀及分析 4 2. 液壓回路的設(shè)計 5 行回路與下行回路基本思路的確定 5 終回路圖的確定 6 3. 液壓元件的選用 7 壓缸的選用 7 壓泵的選用 9 能器的選用 10 壓回路中各元件對應(yīng)型號 10 4機(jī)械部分設(shè)計 10 架部分的設(shè)計 10 正系統(tǒng) 12 壓缸固定部分 13 絲固定 14 5安裝與找正 15 6整體效果 16 致謝 17 參考文獻(xiàn) 18 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 1 緒論 課題來源及研究的目的和意義 隨著原油儲量日益減少，開采難度的增大，油田對新型采油方法以及采油設(shè)備的探索及構(gòu)思也在日益更新中。抽油機(jī)作為一種普及的采油設(shè)備，也在不斷的構(gòu)思和日益更新中。液壓抽油機(jī)作為近些年來迅猛發(fā)展的新型抽油設(shè)備，有著優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備的強(qiáng)項。 增大載荷是本課題研究的目的之一，是在結(jié)構(gòu)最簡，材料最省得方案下盡可能的增大其工作載荷。傳統(tǒng)的游梁抽油機(jī)雖有大載荷的特點，但這種舊型設(shè)備體型笨重，運輸和安裝都較為麻煩，尤其是海上平臺更是不允許過的的大質(zhì)量設(shè)備。能在質(zhì)量 最輕和結(jié)構(gòu)最簡的情況下增大工作載荷，有著方便運輸以及滿足海上平臺開采要求的重要意義。 節(jié)能減排是本課題研究的目的之二。到 1995 年統(tǒng)計的游梁抽油機(jī)總數(shù)約為 4 萬臺，但使用期卻沒有超過 5 年的，如果每年需更換 10%的設(shè)備，使用的鋼材金額會在 元左右。首先不看使用壽命，這種舊型設(shè)備本省的鋼材用量就非常的大。液壓抽油機(jī)工作原理不是曲柄連桿機(jī)構(gòu)或者其變形，工作原理在本身結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)就省去了大量的鋼材，有著改善采油設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的重要意義。 此外結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化方便了安裝，同時也方便了拆卸和運輸，即故障診斷更換壞損元件也相 對方便了許多。在工作上迅速的故障診斷與維修有著增加設(shè)備連續(xù)工作時間的意義。 課題所涉及的問題在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析 我國開始研究液壓抽油機(jī)是從 60 年代開始的。 1966 年北京石油學(xué)院提出“液壓泵 液壓缸”結(jié)構(gòu)的抽油機(jī)，以液壓缸伸縮來完成主要工作，同時用油管做平衡重，并利用其往復(fù)運動增大沖程。 1987 年吉林工業(yè)大學(xué)研制出 液壓抽油機(jī)，同樣以液壓缸做驅(qū)動。 1992 年、 1993 年蘭州石油機(jī)械研究所、浙江大學(xué)先后以“液壓泵 液壓馬達(dá)”結(jié)構(gòu)研制出新型液壓抽油機(jī)。此后至近幾年來，隨著油田開采的要 求，液壓技術(shù)、密封技術(shù)的發(fā)展，液壓元件的成熟，液壓抽油機(jī)業(yè)迅速發(fā)展起來。 以下對上述幾種抽油機(jī)作簡要分析： 液壓抽油機(jī)直接用液壓缸的直線往復(fù)運動工作，具有結(jié)構(gòu)簡單，比常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能的特點。在遼河油田的實驗說明其在北方冬季野外有可連續(xù)運行的能力，其液壓與電氣系統(tǒng)亦是可行的。不足在于：安全保護(hù)措施有所欠缺，對機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用不足等。 12 2500 型滾筒式液壓抽油機(jī)利用換向閥控制液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，以齒輪 齒條機(jī)構(gòu)實現(xiàn)往復(fù)運動，同時采用了機(jī)械平衡方式。在液壓系統(tǒng)上彌補(bǔ)了 的 不足，同時整機(jī)平穩(wěn)運行。 功率回收型液壓抽油機(jī)利用了“變量泵 馬達(dá)”這一特殊元件，實現(xiàn)了“長沖程，低沖次，大載荷”的特點，并有安全保護(hù)功能。最重要的是它通過能量的儲存于轉(zhuǎn)換使功率回收，而且相當(dāng)完全，平衡也是最完美的。 課題所涉及的問題在國外的研究現(xiàn)狀及分析 國外對于液壓抽油機(jī)的研制起步較早，但由于翻譯過的外文文獻(xiàn)較少，這里只做介紹，不做詳細(xì)分析。 1961 年美國 司研制出 沖程 液壓抽油機(jī)，沖程 井深度 6702032m，并在幾個大油田獲得成功的應(yīng)用 性實驗。 1965 年蘇聯(lián)研制出 管平衡式液壓抽油機(jī)，可分開調(diào)節(jié)上下沖程的速度，沖程長度 前，這類產(chǎn)品已形成產(chǎn)品系列。 1977 年加拿大研制出 液壓抽油買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 機(jī)。沖程 10m，最高沖次 5.0/點載荷 此后仍有不少新型液壓抽油機(jī)產(chǎn)品出現(xiàn)，在國外，液壓抽油機(jī)已形成系列產(chǎn)品走向市場，在油田作業(yè)表現(xiàn)出較高的可靠度和采油效益。 2 液壓回路的設(shè)計 行回路與下行回路基本思路的確定 液壓執(zhí)行元件常用的有液壓馬達(dá)與液壓缸。 對于抽油機(jī)來說，其工作為直線 往復(fù)運動，液壓馬達(dá)可配合齒輪齒條機(jī)構(gòu)做直線往復(fù)運動實現(xiàn)長沖程，液壓缸則較短沖程內(nèi)直接實現(xiàn)直線往復(fù)運動。 因沖程為 3m，故選液壓缸為執(zhí)行元件。 為充分利用液壓缸伸長時的力大于收縮時的力之這一特點，機(jī)械結(jié)構(gòu)上決定以液壓缸那個伸長為上行沖程，液壓缸收縮為下行沖程，液壓回路與之對應(yīng)分別為上行回路和下行回路。 思路上參照參考文獻(xiàn) 1，由于懸點始終受到向下的重力，故考慮將下行回路時懸點下降的重力勢能回收，在上行回路時釋放幫助液壓缸的提升，減少液壓泵的排量。 圖 1 上行回路 如圖，上行回路的思路基本如此，由已經(jīng)在下 行回路中回收了重力勢能的蓄能器同液壓泵同時向液壓缸供油，提升懸點?；钊麠U前端排除的油液直接回油箱，以減少阻力，減輕液壓泵的負(fù)擔(dān)。 此處，蓄能器的出口壓力必須大于等于液壓泵的出口壓力，否則將是液壓泵同時向蓄能器和液壓缸供油，適得其反。蓄能其出口壓力大小大約是選點最大載荷除以活塞面積，數(shù)值可暫設(shè)為液壓泵 2能器最低出口壓力 升懸點需要 1 下行回路應(yīng)實現(xiàn)能量的回收利用，故液壓缸排除的油液暫定為全部回收到蓄能器內(nèi)，而液壓泵也同時推動活塞桿下行，即蓄能器回收了重力勢能與液壓泵輸出的能量 ，避免了帶動液壓泵的電機(jī)頻繁停轉(zhuǎn)啟動導(dǎo)致先圈內(nèi)電流變化引起的發(fā)熱等對電動機(jī)的不利損害，或者液壓泵直接卸載導(dǎo)致的能量浪費。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 圖 2 下行回路 如此，得到了上行回路與下行回路的雛形，接下來應(yīng)添加元件，解決控制問題，以及其他可能出現(xiàn)的問題。 在上行回路中，上行回路中，壓力設(shè)定為提前文已經(jīng)提到，并作為后期計算選取元件的重要指導(dǎo)。在下行回路，由于選點載荷依然較大，活塞桿的下落即使無液壓泵供油也會自行發(fā)生，其速度有可能超過液壓泵供油的速度，導(dǎo)致液壓缸成為動力元件，液壓泵成為執(zhí)行元件，即懸點拉著液壓泵和電動機(jī)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其 作負(fù)功，故有必要在液壓泵的出口設(shè)置單向裝置，必須避免選點拉著泵轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象，所以需要在泵的出口處加一個溢流閥。 另外為防止壓力過大損壞蓄能器，而不選取過大容積的蓄能器，故在蓄能器的出口加一個溢流閥引導(dǎo)超出蓄能器設(shè)定最大壓力的有也回油箱。 圖 3 修改后的下行回路 稍作改動后如上圖所示。 回路之間的切換，即液壓缸走向的變化，由行程開關(guān)檢測，電磁換向閥控制，回路中若需要其他的換向閥，盡量統(tǒng)一使用一套行程開關(guān)以減少不必要的元件。 終回路圖的確定 在草紙上設(shè)計了 4 種方式的回路，經(jīng) 壓設(shè)計輔助 軟件進(jìn)行仿真后，留下最后一套方案定稿。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 圖 4 的液壓回路 左圖為檢測上行回路，右圖為檢測下行回路，經(jīng)軟件檢測表明，該回路設(shè)計合理，并滿足使用要求，箭頭方向為液壓油走向。 由于軟件內(nèi)元件庫的元件如蓄能器，液壓泵（該軟件中以泵站形式表示）的圖樣不能更改，故將繪制的液壓回路圖帖于正文中，如下圖所示。 圖 5 最終確定的液壓回路 三個換向閥均在左位時為上行回路，均在右位時切換至下行回路。 3 液壓元件的選用 壓缸的選用 ： 本次設(shè)計選用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸做驅(qū)動元件。 首先保證沖程為 3 米，即液壓 缸行程為 3000手冊活塞行程系列（ 2349買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 1980）第三系列。 液壓缸可以上拉或者上推形式帶動懸點上下動作，故以兩種方法，確定液壓缸需用行程，求出數(shù)據(jù)作對比以選優(yōu)劣。 根據(jù)用途，選擇冶金設(shè)備用 液壓缸。 按機(jī)械設(shè)計手冊（液壓傳動）表 20取工作方式，均以最長行程為宗旨，以頭部法蘭式（ 定方式進(jìn)行計算。 上推：一段剛性固定，一段自由方式。 ， 1 ，2得出： 上拉：一段鉸接，剛性導(dǎo)向，一段剛性固定方式。 ， 1 ， ，得出： 其中 1L 等尺寸在手冊表 20 20查得。 D， d， p 三個參數(shù)在表 20選取，分別以兩種方式計算在對應(yīng)情況下的液壓缸需用行程 S，得下列兩表。 以上推方式的液壓缸許用行程： 10 12 5 16 21 25 40/28 0/36 3/45 0/56 00/70 2590 40/100 60/110 80/125 00/140 20/160 50/180 80/200 20/220 60/250 00/280 1 以上推方式的液壓缸許用行程 以上拉方式的液壓缸許用行程： 10 12 5 16 21 25 40/28 0/36 3/45 p D/d p D/d 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 80/56 00/70 2590 40/100 60/110 80/125 00/140 20/160 50/180 80/200 20/220 60/250 00/280 2 以上拉方式的液壓缸許用行程 經(jīng)對比，選取以上推方式，缸徑 280，桿徑 200，在 10工作，許用行程為 號為 F 11 28010。 沖次為每分鐘 6 次，即周期為 T=10s，行程 h=3m，則有平均速度 工懸點最大載荷為 80上升行程負(fù)重 80 回程落下負(fù)重按以下公式計算：（參照參考文獻(xiàn) 1） 抽油桿的落下負(fù)載 抽油桿重力 活塞桿以及鋼絲接頭等零件重力 運動部件的慣性力 各密封處摩擦阻力 井下油柱液阻力 其中除去活塞桿等重力余參數(shù)直接引用文獻(xiàn) 1中數(shù)據(jù)，得落F= 壓泵的選用 已知液壓缸活塞面積 桿端承壓面積 周期 T=10s，液壓缸的機(jī)械效率和容積效率手冊上未能查到，故取 。 上升沖程，蓄能器與液壓泵同時向液壓缸注油，下降沖程，只有液壓泵向液壓缸供油。買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 故在一個周期內(nèi)，液壓缸內(nèi)進(jìn)入的液壓油體積為活塞腔最大容積與活塞桿腔最大容積之和。該體積為： 300+ ( 300=275043 33V ， 3V 允許上下沖程速度不等，但要 /周期不變，有 0t 下上設(shè)泵的輸出速率為 X ，蓄能器輸出體積為 Y 3又有上上 下 V 考慮到可以使用多個蓄能器并聯(lián)使用，并通過調(diào)整蓄能器工作容量時限要求，故暫設(shè)蓄能器可放出上升行程所需油液的三分之一，即蓄能器實際工作排量為 3V。則下行回路中回收部分油液，當(dāng)壓力過大時，由溢流閥排出。 解得 t， t， X=21346.8 。 則每分鐘流量為 1280808 取泵轉(zhuǎn)速（電動機(jī)轉(zhuǎn)速 3000r/容積效率 泵的排量為 464ml/r，故選取 柱塞泵。 能器的選用 下降沖程時回收油液，液壓缸內(nèi)油液全部進(jìn)入蓄能器，當(dāng)蓄能器壓力一定 時，由溢流閥回油箱。 在下降沖程，重力與液壓泵對活塞的力同時作用，將油液送入蓄能器；上升沖程時懸點重力相對液壓泵與蓄能器的輸出為阻力。 分別計算在上升和下降沖程，就懸點外力對活塞面的作用力： M P 0p 2 M P 即為保障在上升沖程時，蓄能器輸出油液，其出口壓力最小為 。 由于蓄能器在此作“輔助油源”，則充氣壓力 M P ，并取指數(shù) K= 要求釋放油 液 V=61575 由公式 )1() ()1575)1()1/ ()1( 。 先設(shè) 1 ，算得 20 ， 故可選用 0氣囊蓄能器。 考慮到釋放油液的速率，需在 將 61575液全部放出，此處改為 4 個 40號 0三個三通并行連接。 此處出口的溢流閥選用 小壓力設(shè)定為 液壓泵出口處同樣安裝一個該型號的溢流閥，防止下行回路中液 壓泵做負(fù)功最小壓力設(shè)定為 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 壓回路中各元件對應(yīng)型號 元件 型號 件數(shù) 備注 液壓泵 配 3000r/動機(jī) 液壓缸 F 11 28010 1 蓄能器 0 溢流閥 蓄能器出口壓力調(diào)至 壓泵出口壓力調(diào)至 位四通電磁換向閥 4 二位三通電磁換向閥 3 二位二通電磁換向閥 3 手冊總未查到相關(guān)產(chǎn)品，故用三通閥堵住一通作為二通閥用 表 3 液壓元件清單 4 機(jī)械部分設(shè)計 架部分的設(shè)計 塔架可由建筑塔吊的部件改造而來，使用 鋼焊接成型。 整體塔架的各個部分均用 鋼焊接而成。 對塔吊塔架進(jìn)行測繪，得到實體圖后進(jìn)行有限元應(yīng)力分析，如下圖 圖 6 中部塔架零件校核應(yīng)力分析 經(jīng)分析，最大應(yīng)力僅有 且應(yīng)力分布較為均勻，即材料、零件在安全范圍內(nèi)，可以使用。 以下焊接零件同樣進(jìn)行分析。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 圖 7 底部塔架零件校 核應(yīng)力分析 下部分支架應(yīng)力也遠(yuǎn)小于 鋼的屈服強(qiáng)度極限。 與水泥臺地腳螺栓連接的底座部分，通過有限元分析，得知需進(jìn)行加強(qiáng)部分的焊接設(shè)計，以盡量減小應(yīng)力。 圖 8 底座零件校核應(yīng)力分析 左圖為初始設(shè)計未有加強(qiáng)筋設(shè)計時的應(yīng)力分布情況，如右圖，加強(qiáng)后應(yīng)力分布情況得以明顯改善，最大應(yīng)力明顯降低。 正系統(tǒng) 為保證液壓缸與水平地面的垂直度，防止在工作時因傾斜角度過大，隨工作時間的增長產(chǎn)生偏磨損傷，故設(shè)計此系統(tǒng)。 由于塔架各零件均為焊接件，故加工精度不做過高要求，但誤差不會太大，故設(shè)計以下微調(diào)的 方法，幫助液壓缸剛體扶正，即加工誤差在裝配中的補(bǔ)償。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 圖 9 扶正系統(tǒng)示意 在塔架頂端的平面設(shè)置四個下端為粗牙螺紋連接，上端為短銷定位兼連接的螺栓類零件，意義在于通過調(diào)動 4 個零件的高度。調(diào)整固定液壓缸水平面相對于地面的平行程度，來保證液壓缸與水平地面的垂直程度。 圖 10 定位銷零件校核應(yīng)力分析 由該零件承受載荷情況，選用 40鋼。 圖 11 配合定位銷的零件校核應(yīng)力分析 與之連接的兩個零件，由 鋼與 40鋼焊接而成，為保證相關(guān)形狀公差，制造過程為先焊接，再加工孔。由于焊接件形狀復(fù)雜 ，應(yīng)力分布情況也較為復(fù)雜，但仍未超出235屈服強(qiáng)度極限。 壓缸固定部分 連接頂部法蘭與 頂部部件底面的四根無縫鋼管焊接而成的連桿，其應(yīng)力也在安全范圍。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 圖 12 頂部連桿零件校核應(yīng)力分析 連接四根連桿的底部零件，由 100*100 的工字鋼焊接而成，制造時焊接上加強(qiáng)筋，其應(yīng)力情況如下。 圖 13 頂部蓋板零件校核應(yīng)力分析 頂部法蘭直接連接液壓缸缸體，受力最為直接，其應(yīng)力也較大。 圖 14 頂部法蘭零件校核應(yīng)力分析 在兩個臺階之間添加了 圓角之后，應(yīng)力情況改善如下，值得一提的是， 圓角時，最大應(yīng)力反而變大了。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 圖 15 倒 角后應(yīng)力改善情況 絲固定 圖 16 頂部鋼絲固定零件 以銷軸配合于活塞桿前端，兩邊張開并打孔，穿入鋼絲。 5 安裝與找正 安裝時首先在井口附近砌水泥臺，盡量保證水平，然后劃線安裝地腳螺栓 。 待水泥凝固后，將最下端的支座安裝上，此階段需靈活處理與井口的關(guān)系，以方便接下來的塔架加高，水泥臺劃線必須注意，井口的抽油桿出口應(yīng)在中心，誤差不允許過大。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 圖 17 底座的固定 圖 18 井口裝置與劃線位置 隨后支起 2 層塔架 ，安裝至扶正裝置，即圖 9 所示位置零件即可，隨后在地面安裝塔架上部分，但不安裝液壓缸。 圖 19 上部分安裝情況 其目的在于，質(zhì)量尚輕，安裝拆卸較為方便。將該部件安裝于塔架上，利用法蘭盤的 8個螺孔和工程線、重錘等建筑用垂直度測量設(shè)備，通過調(diào)整 4 個螺栓的高度，保證重錘線與井口抽油桿出口在同一直線上， 螺栓上端類似銷軸，但與之配合的孔侑足夠大的 間隙， 圖 20 扶正裝置原理幾何解析 即如上圖所示，較大的配合間隙可以調(diào)整三角形 頂 點相對于 中心垂線的位置，如次可避免因鋼絲繩拉動方向不與地面垂直，導(dǎo)致塔架在水平方向上受力，使之整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。該買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 誤差來自于地面水泥臺的水平程度以及機(jī)械加工時塔架自身的傾斜，但誤差不會太大，否則塔架產(chǎn)品不合格或者水泥臺需要重新搭建。 此后卸下上端的部件，安裝液壓缸，再次將上端的部件安裝于 塔架上。此時圖 20 位置上的三角形頂點與抽油桿共線。法蘭盤上用于安裝螺栓的孔也是較為松動，為的是在安裝液壓缸時，調(diào)整螺栓松緊，使液壓缸軸線與 抽油桿垂直，放置在工作時徑向受力，造成偏磨。 因為重力，以及懸點