畢業(yè)設(shè)計(jì)-液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)

液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)摘要一種液壓傳動(dòng)式石油開采抽油機(jī)，由包括液壓泵、馬達(dá)、控制閥、管路輔件在內(nèi)的液壓元件及相關(guān)機(jī)械零件裝配組連為一個(gè)整體構(gòu)成液壓傳動(dòng)部件，通過其中的液壓傳動(dòng)部件中的液壓馬達(dá)傳動(dòng)輪的輪面式或者齒式或者槽式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與相對(duì)應(yīng)的一端與采油油井的抽油泵連接桿相接的帶式或者鏈?zhǔn)交蛘呃K索式柔性傳動(dòng)件相配合，構(gòu)成該機(jī)的往復(fù)工作機(jī)構(gòu)。通過由機(jī)、電、液元器件裝配組連所構(gòu)成的工作沖程和沖次調(diào)整控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)整和控制該機(jī)往復(fù)工作機(jī)構(gòu)，牽引石油油井的抽油泵按設(shè)定的沖程和沖次連續(xù)往復(fù)工作。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸端與液壓泵的轉(zhuǎn)子軸端直接或者經(jīng)由連軸構(gòu)件實(shí)現(xiàn)配合連接，經(jīng)由液壓控制閥、工作液過濾器、管路、附件將工作液容箱和液壓泵之間組連成液壓控制和工作回路，構(gòu)成該液壓傳動(dòng)部件的液壓動(dòng)力源部分。一種滑塊式盤傳動(dòng)低速大扭矩液壓馬達(dá)的傳動(dòng)盤的外周直接裝配輪面?zhèn)溆信c繩或者帶或者鏈?zhǔn)饺嵝詡鲃?dòng)件相對(duì)應(yīng)配合的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)輪，即構(gòu)成該部件的動(dòng)力轉(zhuǎn)換和傳動(dòng)部分。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造、使用、維護(hù)成本低，明顯節(jié)能。關(guān)鍵詞液壓泵1，液容箱2，控制閥3，傳動(dòng)輪4HYDRAULICPUMPINGUNITDESIGNABSTRACTAHYDRAULICDRIVETYPEOILPUMPINGUNIT,BYINCLUDINGHYDRAULICPUMPS,MOTORS,CONTROLVALVES,PIPINGACCESSORIES,INCLUDINGHYDRAULICCOMPONENTSANDMECHANICALPARTSASSOCIATEDWITHTHEASSEMBLYASAWHOLECONSTITUTESAGROUPOFHYDRAULICCOMPONENTS,THROUGHWHICHTHEHYDRAULICPARTSOFTHEHYDRAULICMOTORDRIVEWHEELORGEARWHEELSURFACE,ORTROUGHTYPESTRUCTURECORRESPONDINGTOTHETRANSMISSIONSIDEANDTHEOILWELLSPUMPCONNECTINGRODCONNECTINGTHEBELTORCHAINORROPESTYLEFLEXIBLETRANSMISSIONPARTSMATCHEDTOFORMRECIPROCATINGMACHINEWORKINGBODIESTHROUGHTHEMECHANICAL,ELECTRICAL,HYDRAULICCOMPONENTS,THEASSEMBLYCONSTITUTEDBYTHEWORKGROUPWITHSTROKEANDRUSHEDREVISIONCONTROLSYSTEMTOADJUSTANDCONTROLTHEAIRCRAFTRECIPROCATINGBODYTRACTIONPUMPOILWELLSSETBYTHESTROKEANDTHERUSHINGBACKANDFORTHCONSECUTIVEWORKINGMOTORPOWEROUTPUTSHAFTANDTHEPUMPROTORSHAFTDIRECTLYORTHROUGHACOUPLINGCOMPONENTTOACHIEVEWITHTHECONNECTION,VIATHEHYDRAULICCONTROLVALVE,THEWORKINGFLUIDFILTERS,PIPING,ACCESSORIESWILLBETHEWORKINGFLUIDBETWEENTHETANKANDPUMPTOGETHERINTOGROUPSANDWORKLOOPHYDRAULICCONTROL,HYDRAULICCOMPONENTSTHATMAKEUPTHEHYDRAULICPOWERSOURCEPARTONEKINDOFSLIDERSTYLEDISKDRIVELOWSPEEDHIGHTORQUEHYDRAULICMOTORDRIVEPLATEASSEMBLYWHEELPERIPHERALSURFACEWITHADIRECTANDFLEXIBLEROPEORBELTORCHAINDRIVETRANSMISSIONPARTSCORRESPONDINGWITHTHESTRUCTUREOFTHEDRIVEWHEEL,WHICHCONSTITUTETHECOMPONENTSOFTHEPOWERCONVERSIONANDTRANSMISSIONPARTSITFEATURESSIMPLESTRUCTURE,MANUFACTURE,USE,MAINTENANCECOSTSLOW,CLEARENERGYKEYWORDSHYDRAULICPUMP1,THETANKLIQUID2,THECONTROLVALVE3,WHEELDRIVE4目錄前言7第1章液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況和應(yīng)用1011液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況1012液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用11第2章液壓傳動(dòng)的工作原理和組成1221工作原理1222液壓系統(tǒng)的基本組成12第3章液壓系統(tǒng)工況分析1331運(yùn)動(dòng)分析、負(fù)載分析、負(fù)載計(jì)算1332液壓缸的確定14321液壓缸工作負(fù)載的計(jì)算15322確定缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑15323計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各個(gè)階段的壓力、流量和功率的實(shí)際值16第4章擬定液壓系統(tǒng)圖1741選擇液壓泵型式和液壓回路1742選擇液壓回路和液壓系統(tǒng)的合成17第5章液壓元件的選擇2051選擇液壓泵和電機(jī)20511確定液壓泵的工作壓力、流量20512液壓泵的確定2152輔助元件的選擇2153確定管道尺寸2254確定油箱容積22第6章液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算2261管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算22611判斷液流類型22612沿程壓力損失2262液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算23第7章抽油機(jī)深井泵抽油裝置及基礎(chǔ)理論計(jì)算2471抽油機(jī)深井泵抽油裝置24711抽油機(jī)24712抽油泵26713抽油桿2872抽油泵的工作原理28721泵的抽汲過程28722泵的理論排量2973抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的計(jì)算30731懸點(diǎn)承受的載荷30732懸點(diǎn)最大、最小載荷3774抽油機(jī)平衡、扭矩與功率計(jì)算39741抽油機(jī)平衡計(jì)算39742電機(jī)的選擇與功率計(jì)算4275泵效的計(jì)算44751柱塞沖程46752泵的充滿程度49753提高泵效的措施51第8章抽油機(jī)井系統(tǒng)效率及節(jié)能技術(shù)5381系統(tǒng)效率53811系統(tǒng)效率的影響因素56812提高系統(tǒng)效率的方法5882抽油機(jī)井節(jié)能技術(shù)59821抽油機(jī)的電能消耗的特點(diǎn)59822節(jié)能技術(shù)60附表65前言一種液壓傳動(dòng)式石油開采抽油機(jī)，由包括液壓泵、馬達(dá)、控制閥、管路輔件在內(nèi)的液壓元件及相關(guān)機(jī)械零件裝配組連為一個(gè)整體構(gòu)成液壓傳動(dòng)部件，該部件與底座、支架及其連接構(gòu)件裝配組合構(gòu)成的機(jī)架部分一道構(gòu)成該機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，通過其中的液壓傳動(dòng)部件中的液壓馬達(dá)傳動(dòng)輪的輪面式或者齒式或者槽式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與相對(duì)應(yīng)的一端與采油油井的抽油泵連接桿相接的帶式或者鏈?zhǔn)交蛘呃K索式柔性傳動(dòng)件相配合，構(gòu)成該機(jī)的往復(fù)工作機(jī)構(gòu)，通過由機(jī)、電、液元器件裝配組連所構(gòu)成的工作沖程和沖次調(diào)整控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)整和控制該機(jī)往復(fù)工作機(jī)構(gòu)牽引石油油井的抽油泵按設(shè)定的沖程和沖次連續(xù)往復(fù)工作，其特征是通過連接底座將一種滑塊式具有變排量、變流向結(jié)構(gòu)和功能的液壓泵與相匹配的動(dòng)力電動(dòng)機(jī)裝配組合，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸端與液壓泵的轉(zhuǎn)子軸端直接或者經(jīng)由連軸構(gòu)件實(shí)現(xiàn)配合連接，工作液容箱安裝于連接底座的上部，經(jīng)由液壓控制閥、工作液過濾器、管路、附件將工作液容箱和液壓泵之間組連成液壓控制和工作回路，構(gòu)成該液壓傳動(dòng)部件的液壓動(dòng)力源部分；于一種滑塊式盤傳動(dòng)低速大扭矩液壓馬達(dá)的傳動(dòng)盤的外周直接裝配輪面制備有與繩或者帶或者鏈?zhǔn)饺嵝詡鲃?dòng)件相對(duì)應(yīng)配合的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)輪，即構(gòu)成該部件的動(dòng)力轉(zhuǎn)換和傳動(dòng)部分；將此兩個(gè)部分安裝于裝配有升降導(dǎo)向輪、配置有用于安放由數(shù)塊配重塊疊加組合構(gòu)成的組合體托架的架體之上，通過液壓管路溝通這兩部分之間的液壓回路，即構(gòu)成該傳動(dòng)部件的完整結(jié)構(gòu)；在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，所采用的液壓泵是一個(gè)由變量、換向液壓泵與組合配流閥一體化的泵、閥組合體，其組合配流閥的具體結(jié)構(gòu)是，于泵的殼體的體內(nèi)沿殼體內(nèi)腔軸心線方向平行設(shè)置有兩閥腔，兩閥腔的中部，各有一徑向通液孔與殼體內(nèi)腔溝通，與工作液進(jìn)、回液管路相接的進(jìn)、回油口沿水平方向、平行、并列、垂直于兩閥腔軸線的方向設(shè)置于閥腔壁的外部，兩油口的底孔分別將兩閥腔垂直交匯貫通，閥腔的內(nèi)置件的構(gòu)成及由內(nèi)向外的裝配順序依次是，由內(nèi)閥體、內(nèi)閥芯、內(nèi)壓縮彈簧、內(nèi)腔依次裝配中心閥芯和外壓縮彈簧再由限位卡環(huán)限定的中間閥體和外端部設(shè)置有液壓管路接口的外閥體構(gòu)成；該組合配流閥在泵的工作過程中的配流規(guī)律是，當(dāng)一閥腔的徑向通液孔溝通的是泵的吸液工作腔，則該閥腔的內(nèi)閥芯被吸外移，開通進(jìn)液油口與該吸液工作腔的液流通道，中間閥體連同內(nèi)腔處于關(guān)閉狀態(tài)的中心閥芯一道整體被吸內(nèi)移，開通回液油口經(jīng)由外閥體的徑向通液孔和外端管路接口與所連接管路之間的通道；與此同步，另一閥腔的徑向通液孔溝通的必定是泵的排液工作腔，此時(shí)該閥腔的內(nèi)閥芯關(guān)閉、中間閥體封閉外閥體的徑向通液孔，即進(jìn)、回液油口與泵工作腔的通路同時(shí)關(guān)閉，中間閥體內(nèi)腔的中心閥芯被工作液推動(dòng)外移，開通泵的排液工作腔與外閥體外端的管路接口所連接管路之間的通路；該泵的工作液排量和流向的變換是通過其體內(nèi)變位定子零件的軸心線相對(duì)于轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸線的徑向位移量的變化實(shí)現(xiàn)的，即，徑向位移量增大，則排量增大，徑向位移量減小，則排量減小，徑向位移由轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸線的一側(cè)移動(dòng)至另一側(cè)，則該泵改變工作液流向；變位定子的徑向位移是通過徑向相對(duì)裝配于該泵的殼體上的兩只平衡液缸的活塞桿受到控制液交替往復(fù)推動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，位移量值的確定，即泵工作排量的調(diào)定是通過調(diào)整液缸蓋上的限位螺釘限定活塞復(fù)位位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，平衡液缸的液壓動(dòng)力是由液壓系統(tǒng)中的控制回路提供的；在總體上，液壓傳動(dòng)部件的整個(gè)液壓系統(tǒng)是一個(gè)開式泵控馬達(dá)容積調(diào)速及換向的液壓系統(tǒng)，由液壓動(dòng)力傳動(dòng)工作回路和液壓控制回路兩部分構(gòu)成；液壓動(dòng)力傳動(dòng)工作回路的基本構(gòu)成是，工作液自工作液容箱經(jīng)由供液管路、進(jìn)液油口、組合配流閥進(jìn)入液壓泵的工作腔加壓后，再經(jīng)由組合配流閥、液壓管路進(jìn)入液壓馬達(dá)的工作腔，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)后，再經(jīng)由液壓管路、組合配流閥、工作液回液油口、工作液回液管路、回液過濾器過濾后返回工作液容箱，完成整個(gè)工作循環(huán)；液壓控制回路的基本構(gòu)成是，于泵的端蓋上裝配有工作液壓力繼電器、手動(dòng)節(jié)流閥和二位四通電磁換向閥，端蓋的體內(nèi)設(shè)置有閥腔、裝配有梭閥芯、預(yù)制有相關(guān)通液孔道、設(shè)置有兩端和中間這三個(gè)油口構(gòu)成梭閥結(jié)構(gòu)，經(jīng)由控制管路將組合配流閥的兩只外閥體外端管路接口處分別與梭閥兩端油口接通，梭閥的中間油口經(jīng)由端蓋的體內(nèi)孔道分別與壓力繼電器的控制液接口和電磁換向閥進(jìn)液口接通，該換向閥的兩控制液油口經(jīng)由蓋體體內(nèi)孔道、控制管路分別與徑向相對(duì)裝配于泵的殼體上的兩平衡液缸的油路接口接通，該換向閥的回液口經(jīng)由端蓋體內(nèi)孔道與節(jié)流閥的一端口接通，該節(jié)流閥的另一端口經(jīng)由端蓋的體內(nèi)孔道與泵的工作泄漏液容腔接通，由此構(gòu)成本系統(tǒng)的控制回路；該控制回路在工作狀態(tài)下的適時(shí)控制狀態(tài)是，分別自液壓動(dòng)力傳動(dòng)工作回路中與液壓馬達(dá)進(jìn)、排油口相通的液壓管路引入的工作液至梭閥的兩端接口，經(jīng)梭閥調(diào)控后，由梭閥中間接口輸出壓力控制液，該控制液一路至壓力繼電器，根據(jù)該控制液的實(shí)際工作壓力相對(duì)于壓力繼電器設(shè)定的工作液壓力額定值的超、欠狀況自動(dòng)控制動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)或者停止；該控制液另一路至電磁換向閥，當(dāng)電磁換向閥受電控?fù)Q向，則與該閥相通的兩平衡液缸中的工作液壓力狀態(tài)同時(shí)轉(zhuǎn)換，即高壓變低壓、低壓變高壓，變?yōu)楦咭簤毫ζ胶庖焊椎幕钊麠U推動(dòng)泵的變位定子向變?yōu)榈鸵簤毫顟B(tài)下的平衡液缸的方向移動(dòng)，直到變?yōu)榈鸵簤浩胶庖焊椎幕钊艿较尬宦葆數(shù)南拗仆Ｖ?，移?dòng)的速度取決于節(jié)流閥對(duì)變?yōu)榈蛪旱钠胶庖焊椎墓ぷ饕夯亓魇┬泄?jié)流強(qiáng)度的大小，當(dāng)節(jié)流強(qiáng)度大，則移動(dòng)速度小，與之相應(yīng)的是液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向的過程平滑緩慢，當(dāng)節(jié)流強(qiáng)度小，則移動(dòng)速度大，與之相應(yīng)的是液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向的過程相對(duì)迅速。第1章液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況和應(yīng)用11液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。當(dāng)今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。20世紀(jì)50年代我國(guó)的液壓工業(yè)才開始，液壓元件初用于鍛壓和機(jī)床設(shè)備上。六十年代有了進(jìn)一步的發(fā)展，滲透到了各個(gè)工業(yè)部門，在工程機(jī)械、冶金、機(jī)床、汽車等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。如今的液壓系統(tǒng)技術(shù)向著高壓、高速、高效率、高集成等方向發(fā)展。同時(shí)，新元件的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)的仿真和優(yōu)化等工作，也取得了卓有的成效。工程機(jī)械主要的配套件有動(dòng)力元件、傳動(dòng)元件、液壓元件及電器元件等。內(nèi)燃式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是目前工程機(jī)械動(dòng)力元件基本上都采用的；傳動(dòng)分為機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)等。液力機(jī)械傳動(dòng)時(shí)現(xiàn)在最普遍使用的。液壓元件主要有泵、缸、密封件和液壓附件等。當(dāng)前，我國(guó)的液壓件也已從低壓到高壓形成系列。我國(guó)機(jī)械工業(yè)引進(jìn)并吸收新技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究，獲得了符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的液壓產(chǎn)品。并進(jìn)一步的優(yōu)化自己的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，得到性能更好符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。國(guó)外的工程機(jī)械主要配套件的特點(diǎn)是生產(chǎn)歷史悠久、技術(shù)成熟、生產(chǎn)集中度高、品牌效應(yīng)突出。主機(jī)和配套件是互相影響、互相促進(jìn)的。當(dāng)下，國(guó)外工程機(jī)械配套件的發(fā)展形勢(shì)較好。最近，這些年國(guó)外的工程機(jī)械有一種趨勢(shì)，就是主機(jī)的制造企業(yè)逐步向組裝企業(yè)方向發(fā)展，配套件由供應(yīng)商提供。美國(guó)的凱斯、卡特彼勒，瑞典的沃爾沃等是世界上實(shí)力最強(qiáng)的主機(jī)制造企業(yè)，其配套件的配套能力也是非常強(qiáng)的，數(shù)量上也是逐年大幅的增長(zhǎng)，配套件主由零部件制造企業(yè)來(lái)提供。在科技大爆炸的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了前所未有的影響。這也為今后制造業(yè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)方法與制造技術(shù)模式的改變指明了方向，為數(shù)字化的設(shè)計(jì)資源與制造資源的遠(yuǎn)程共享，提高產(chǎn)品效率奠定了基礎(chǔ)。目前，在液壓領(lǐng)域中，特別是中小企業(yè)在進(jìn)行液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，存在零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復(fù)雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)服務(wù)可以解決這些問題。12液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用1、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)（1）單位功率的重量輕，即在相同功率輸出的條件下，體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)態(tài)特性好。（2）可實(shí)現(xiàn)較大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。（3）工作平穩(wěn)、沖擊小、能快速的啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向。（4）獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩容易。（5）操作方便，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（6）易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，安全性好。（7）液壓元件以實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用。2、液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)（1）液壓系統(tǒng)中存在著泄漏、油液的可壓縮性等，這些都影響運(yùn)動(dòng)的傳遞的準(zhǔn)確性，不宜用于對(duì)傳動(dòng)比要求精確地場(chǎng)合。（2）液壓油對(duì)溫度敏感，因此它的性能會(huì)隨溫度的變化而改變。因此，不宜用于問短變化范圍大的場(chǎng)合。（3）工作過程中存在多的能量損失，液壓傳動(dòng)的效率不高，不宜用于遠(yuǎn)距離傳送。（4）液壓元件的制造精度要求較高，制造成本大，故液壓系統(tǒng)的故障較難診斷排除。3液壓系統(tǒng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用工程機(jī)械裝載機(jī)、推土機(jī)、抽油機(jī)等。汽車工業(yè)平板車、高空作業(yè)等。機(jī)床工業(yè)車床銑、床刨、床磨等。冶金機(jī)械軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)、電爐控制系統(tǒng)等。起重運(yùn)輸機(jī)械起重機(jī)、裝卸機(jī)械等。鑄造機(jī)械加料機(jī)、壓鑄機(jī)等。第2章液壓傳動(dòng)的工作原理和組成液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力（能量）的，它又分為液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)兩種形式。液壓傳動(dòng)中心戶要是以液體壓力能來(lái)進(jìn)行傳遞動(dòng)力的，液力傳動(dòng)主要是以液體動(dòng)能來(lái)傳遞動(dòng)力。液壓系統(tǒng)是利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，G經(jīng)各種控制閥、管路和液壓執(zhí)行元件將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能，來(lái)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和會(huì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。油箱液壓泵溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸及連接這些元件的油管、接頭等組成了驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)。21工作原理液油在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵的作用下經(jīng)濾油器從油箱中被吸出，加油后的液油由泵的進(jìn)油口輸入管路。再經(jīng)開停閥節(jié)流閥換向閥進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞而使工作臺(tái)左右移動(dòng)。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。節(jié)流閥用來(lái)調(diào)節(jié)工作臺(tái)的移動(dòng)速度。調(diào)大節(jié)流閥，進(jìn)入液壓缸的油量增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度就增大；調(diào)小節(jié)流閥，進(jìn)入液壓缸的油量就減少，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減少。故速度是由油量決定的，液壓系統(tǒng)的原理圖見圖2。22液壓系統(tǒng)的基本組成（1）動(dòng)力元件液壓缸將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能，向系統(tǒng)提供壓力介質(zhì)。（2）執(zhí)行元件液壓缸直線運(yùn)動(dòng)，輸出力、位移；液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速。執(zhí)行元件是將介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量輸出裝置。（3）控制元件壓力、方向、流量控制的元件。用來(lái)控制液壓系統(tǒng)所需的壓力、流量、方向和工作性能，以保證執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)各種不同的工作要求。（4）輔助元件油箱、管路、壓力表等。它們對(duì)保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定工作具有非常重要的作用。（5）工作介質(zhì)液壓油。是傳遞能量的介質(zhì)。第3章液壓系統(tǒng)工況分析31運(yùn)動(dòng)分析、負(fù)載分析、負(fù)載計(jì)算繪制動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)圖，如圖11（A）所示。（A）圖表1BC快進(jìn)SVLT4101工進(jìn)252快退SVT1401332液壓缸的確定321液壓缸工作負(fù)載的計(jì)算（1）工作負(fù)載NFW120（2）摩擦阻力靜摩擦阻力UJ20動(dòng)摩擦阻力I1（3）慣性阻力動(dòng)力滑臺(tái)起動(dòng)加速，反向起動(dòng)加速和快退減速制動(dòng)的加速度的絕對(duì)值相等，即V01M/S，T02M/S,故慣性阻力為NTGVGMAF50201/根據(jù)以上的計(jì)算，可得到液壓缸各階段的各各動(dòng)作負(fù)載，見表1所示，并繪制負(fù)載循環(huán)圖，如圖1C所示。表1液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算工況計(jì)算公式液壓缸負(fù)載/N液壓缸推力F/N起動(dòng)FFG20002222加速FD15001667快進(jìn)F10001111工進(jìn)FWFD1300014444反向起動(dòng)FFG20002222加速FFDA15001667快退FF10001111制動(dòng)FFDA500556注液壓缸的機(jī)械效率取09M322確定缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑參見課本資料，初選液壓缸的工作壓力為P125105PA。液壓缸的面積由A計(jì)算，按機(jī)床要求選用A12A2的差動(dòng)連接液壓缸，液壓缸回油腔的被壓取，并初步選定快進(jìn)、快退時(shí)回油壓力損失MPAPB60。MPA702CMPFBA2MX65/液壓缸的內(nèi)徑為CMD1493/4/1圓整取標(biāo)準(zhǔn)直徑D95MM，為實(shí)現(xiàn)快進(jìn)與快退速度相等，采用液壓缸差動(dòng)連接，則D0707D，即D07079567165MM，圓整取標(biāo)準(zhǔn)直徑D71MM。液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算無(wú)桿腔面積A2217084/有桿腔面積D3323計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各個(gè)階段的壓力、流量和功率的實(shí)際值結(jié)果見表3所示。表3液壓缸各工況所需壓力、流量和功率工況負(fù)載F/N回油腔壓力P2P2/105PA進(jìn)油腔壓力P1/105PA輸入流量Q/L/MIN輸入功率P/KW計(jì)算公式啟動(dòng)22220256_加速166772P84_快進(jìn)快速11112237237033P1FP2A2/A1A2QA1A2V1PP1Q103工進(jìn)144446B2310200077P1FP2A2/A1QA1V2PP1Q103啟動(dòng)222202P71_加速166772211_快退快退1111219400750024P1FP2A1/A1QA2V2PP1Q103制動(dòng)55672P176_第4章擬定液壓系統(tǒng)圖41選擇液壓泵型式和液壓回路由工況圖可知，系統(tǒng)循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量?jī)蓚€(gè)階段順序組成。從提高系統(tǒng)的效率考慮，選用限壓式變量葉片泵或雙聯(lián)葉片泵較好。將兩者進(jìn)行比較（見表2）故選用雙聯(lián)葉片泵較好。表2雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵1流量突變時(shí)，液壓沖擊取決于溢流閥的性能，一般沖擊較小1流量突變時(shí)，定子反應(yīng)滯后，液壓沖擊大2內(nèi)部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲小，工作性能較好。2內(nèi)部徑向力不平衡，軸承較大，壓力波動(dòng)及噪聲較大，工作平衡性差3須配有溢流閥、卸載閥組，系統(tǒng)較復(fù)雜3系統(tǒng)較簡(jiǎn)單4有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較高4無(wú)溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升較低42選擇液壓回路和液壓系統(tǒng)的合成1、（1）調(diào)速回路的選擇由工況圖可知，該液壓系統(tǒng)功率較小，工作負(fù)載變化不大，故可選用節(jié)流調(diào)速方式。由于鉆孔屬連續(xù)切削且是正負(fù)載，故采用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速較好。為防止工件鉆通時(shí)工作負(fù)載突然消失而引起前沖現(xiàn)象，在回油路上加背壓閥（見圖3A）。（2）快速運(yùn)動(dòng)回路與速度換接回路的選擇采用液壓缸差動(dòng)連接實(shí)現(xiàn)了快進(jìn)和快退速度相等。在快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)是，系統(tǒng)流量變化較大，故選用行程閥，使其速度換接平穩(wěn)。從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)，回路中通過的流量很大，為保證換向平穩(wěn)，選用電液換向閥的換接回路，換向閥為三位五通閥（見圖3B）。（3）壓力控制回路的選擇由于采用雙泵供油，故用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵的卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。為方便觀察壓力，在液壓泵的出口處，背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)（見圖3C）。2、液壓系統(tǒng)的合成在選定的基本回路的基礎(chǔ)上，綜合考慮多種因素得到完整的液壓系統(tǒng)，如圖所示。（1）在液壓換向回路中串入一個(gè)單向閥6，將工進(jìn)時(shí)的進(jìn)油路、回油路隔斷?？山鉀Q滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路、回油路連通而無(wú)壓力的問題。（2）在回油路上串入一個(gè)液控順序閥7，以防止油液在快進(jìn)階段返回油箱，可解決滑臺(tái)快速前進(jìn)時(shí)，回油路接通油箱而液壓缸無(wú)差動(dòng)連接問題。（3）在電液換向閥的出口處增設(shè)一個(gè)單向閥13，可防止機(jī)床停止時(shí)系統(tǒng)中的油液流回油箱，引起空氣進(jìn)入系統(tǒng)影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的問題。（4）在調(diào)速閥出口處增設(shè)一個(gè)壓力繼電器，可使系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出快速退回信號(hào)。（5）設(shè)置一個(gè)多點(diǎn)壓力計(jì)開關(guān)口12，可方便觀察和調(diào)整系統(tǒng)壓力。電磁鐵和行程閥動(dòng)作順序見表4電磁鐵和行程閥動(dòng)作順序表4工況元件1YA2YA行程閥壓力繼電器快進(jìn)工進(jìn)快退停止圖3A雙聯(lián)葉片泵B三位五通電液換向閥C用行程閥控制的換接回路第5章液壓元件的選擇51選擇液壓泵和電機(jī)511確定液壓泵的工作壓力、流量（1）液壓泵的工作壓力已確定液壓缸的最大工作壓力為25MPA。在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，工進(jìn)是進(jìn)油管路較復(fù)雜，取進(jìn)油路上的壓力損失30105PA,則小流量泵的P1最高工作壓力為P2530105PA55105PA。1P大流量液壓泵只在快速時(shí)向液壓缸供油，由工況圖可知，液壓缸快退時(shí)的進(jìn)油路比較簡(jiǎn)單，取其壓力損失為4105PA，則大流量泵的最高工作壓力為PP21941054105235105PA。（2）液壓泵的流量由工況圖可知，進(jìn)入液壓缸的最大流量在快進(jìn)時(shí)，其值為237L/MIN，最小流量在快退時(shí)，其值為0075L/MIN，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù)K12，則液壓泵最大流量為12237L/MIN2844L/MINQP由于溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/MIN，工進(jìn)時(shí)的流量為02L/MIN，所以小流量泵的流量最小應(yīng)為32L/MIN。512液壓泵的確定根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)，查閱產(chǎn)品目錄，選用相近規(guī)格YYBAA36/6B型雙聯(lián)葉片泵。液壓泵電動(dòng)機(jī)功率為由工況圖可知，液壓缸的最大輸出功率出現(xiàn)在快進(jìn)工況，其值為033KW。此時(shí)，泵的輸出壓力應(yīng)為84105PA，流量為366L/MIN42L/MIN。取泵的總效率P075，則電動(dòng)機(jī)所需功率計(jì)算為/QPP2PKW7840有上述計(jì)算，可選額定功率為11KW的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的電動(dòng)機(jī)。52輔助元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過閥的實(shí)際流量就可選擇各個(gè)閥類元件和輔助元件，其型號(hào)可查閱有關(guān)液壓手冊(cè)。液壓泵選定后，液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)出流量與原定值不同，需重新計(jì)算，見表5。表5快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/（L/MIN）287539/4287011AQ201Q4281QP排出流量/（L/MIN）28370/28531120987/20113641/28721A運(yùn)動(dòng)速度/（L/MIN）610539/4221AQVP028/12QV0931/43QV53確定管道尺寸由于本液壓系統(tǒng)的液壓缸為差動(dòng)連接時(shí)，油管通油量較大，其實(shí)際流量Q約為7528L/MIN1255103M3/S，取允許流速V3M/S。主壓力油管根據(jù)公式計(jì)算DCVQ20圓整后取D20MM。54確定油箱容積按經(jīng)驗(yàn)公式V57，選取油箱容積為VQLVV2546第6章液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算61管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算由于有同類型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，故一般不必驗(yàn)算壓力損失值。下面以工進(jìn)時(shí)的管路壓力損失為例計(jì)算如下已知進(jìn)油管、回油管長(zhǎng)約為L(zhǎng)5M，油管內(nèi)徑D20MM，壓力有的密度為9000KG/M3，工作溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度46M3S。選用LHM32全損耗系統(tǒng)用油，考慮最低溫度為15，右路總的局部阻力系數(shù)為72。611判斷液流類型利用下式計(jì)算出雷諾數(shù)201346203/DVRE為層流。612沿程壓力損失利用公式分別算出進(jìn)、回油壓力損失，然后相加即得到總的沿程損失。沿程壓力損失P175590004646PA局部壓力損失PVPAI042916/90工進(jìn)時(shí)總的沿程損失為AA87584162液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算本機(jī)床的工作時(shí)間主要是工進(jìn)工況，為簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量HP11033109075KW011KW散熱量MVA2210583065K取145當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)即HH014512580AHT最高溫度為T154470120120170抽油泵的等級(jí)與試壓時(shí)的漏失量有關(guān)，管式泵不同等級(jí)漏失量推薦值見下表間隙等級(jí)公稱直徑（MM）試驗(yàn)壓力（MPA）最大漏失量（L/MIN）3210545111963812553514214414562016455618478920945718780321317023098626178327211693103951031213383552713抽油桿我國(guó)生產(chǎn)的抽油桿從級(jí)別上分有C、D、K三種級(jí)別。C級(jí)抽油桿用于輕、中型負(fù)荷的抽油機(jī)井；D級(jí)抽油桿用于中、重負(fù)荷的抽油機(jī)井；K級(jí)抽油桿用于輕、中負(fù)荷有腐蝕性的抽油機(jī)井。大慶油田使用的抽油桿為C級(jí)和D級(jí)抽油桿。由于各個(gè)抽油桿生產(chǎn)廠家采取的加工工藝不一，使用的加工材料不一，抽油桿的機(jī)械性能也各不相同。72抽油泵的工作原理721泵的抽汲過程1、上沖程抽油桿帶動(dòng)柱塞向上運(yùn)動(dòng)，柱塞上的游動(dòng)凡爾受管柱內(nèi)液柱的壓力而關(guān)閉。此時(shí)泵內(nèi)壓力降低，固定凡爾在環(huán)形空間液柱壓力與泵內(nèi)壓力之差（即沉沒壓力）的作用下而打開。如果油管內(nèi)已充滿液體，在井口將排相當(dāng)于柱塞沖程長(zhǎng)度的一段液體，同時(shí)泵內(nèi)吸入液體。造成泵吸入液體的條件是泵內(nèi)壓力低于沉沒壓力。2、下沖程抽油桿帶動(dòng)柱塞向下運(yùn)動(dòng)，固定凡爾立即關(guān)閉，泵內(nèi)壓力升高到大于柱塞以上液柱壓力時(shí)，游動(dòng)凡爾打開，柱塞下部的液體通過游動(dòng)凡爾進(jìn)入柱塞上部，使泵排出液體。所以下沖程是泵向油管排液的過程，條件是泵內(nèi)壓力高于柱塞以上液柱壓力。722泵的理論排量泵的工作過程由三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即柱塞在泵內(nèi)讓出容積、井內(nèi)液體進(jìn)泵內(nèi)和從泵內(nèi)排出液體。理想情況下，柱塞上、下沖程進(jìn)入和排出的液體體積都等于柱塞讓出的體積V。SFP式中FP柱塞面積，M24DFS光桿沖程MD泵徑M每分鐘排量VMSNFP每日排量SNFQPT14073抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的計(jì)算抽油在不同抽汲參數(shù)下工作時(shí)，懸點(diǎn)所承受的載荷是選擇抽油設(shè)備及分析設(shè)備工作狀況的重要依據(jù)。為此了解懸點(diǎn)承受哪些載荷和怎樣計(jì)算這些載荷是十分必要的。731懸點(diǎn)承受的載荷1、靜載荷（1）抽油桿柱載荷驢頭帶動(dòng)抽油桿運(yùn)動(dòng)過程中，抽油桿柱的載荷始終作用于驢頭上。但在下沖程時(shí)，游動(dòng)幾爾打開，油管內(nèi)液體的浮力作用于抽油桿柱上，所以，下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的重力減去液體的浮力，即它在液體中的重力作用在懸點(diǎn)上的載荷。而在上沖程中，游動(dòng)凡爾關(guān)閉，抽油桿柱不受油管內(nèi)液體浮力的影響，所以上沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的載荷是抽油桿在空氣中的重力。上沖程作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的載荷GLQFWRSR式中WR抽油桿在空氣中的重力，N；G重力加速度，M/S2；FP抽油桿截面積，M2；S抽油桿材料（鋼）的密度，S7850KG/M3；L抽油桿長(zhǎng)度M；QR每米抽油桿的質(zhì)量，KG/M。下沖程作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的載荷GLQLFWRSPR式中WR抽油桿在空氣中的重力，N；L液體的密度，KG/M3。為了便于計(jì)算，我們?cè)诒碇辛谐霾煌睆匠橛蜅U在空氣中的每米重量。直徑DM截面積（CM2）空氣中每米抽油桿重量（KG/M）16192002851642302225380391307317（2）作用在柱塞上的液柱載荷在上沖程時(shí)，由于游動(dòng)凡爾關(guān)閉，液柱載荷作用在柱塞上；而下沖程時(shí)，由于游動(dòng)凡爾打開，液柱載荷作用在油管上，因而懸點(diǎn)只在上沖程承受液柱載荷。GLFWRPL（3）沉沒壓力對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響上沖程時(shí)，在沉沒度壓力的作用下，井內(nèi)液體克服泵的入口設(shè)備的阻力進(jìn)入泵內(nèi)，此時(shí)液流所具有的壓力稱吸入壓力，此壓力作用在柱塞底部產(chǎn)生向上的載荷PINPIIFFP式中PI吸入壓力PI作用在柱塞底部產(chǎn)生的載荷NPI吸入壓力PAFP柱塞截面積M2PN沉沒壓力PAPI液流通過泵固定凡爾產(chǎn)生的壓力降PA而在下沖程時(shí)，吸入閥（固定凡爾）關(guān)閉，沉沒壓力對(duì)懸點(diǎn)載荷沒有影響。其中，PI的確定比較復(fù)雜，計(jì)算公式如下20322021791SNFGVFVPPPFI式中VF液體通過固定凡爾閥孔的流速，M/SFP柱塞截面積，M2；F0固定凡爾閥孔截面積，M2；VP柱塞運(yùn)動(dòng)速度，M/S；由實(shí)驗(yàn)確定的閥流量系數(shù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型閥可查圖。但在查圖之前需計(jì)算雷諾數(shù)NREFVD0RE式中D0固定凡爾閥孔徑，M；VF液流速度，M/S；液體運(yùn)動(dòng)粘度，M2/S。（4）井口回壓對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響液流在地面管線流動(dòng)阻力所產(chǎn)生的井口回壓對(duì)懸點(diǎn)產(chǎn)生附加載荷。其性質(zhì)與液體產(chǎn)生的載荷相同，特點(diǎn)是上沖程增大懸點(diǎn)載荷，下沖程減小抽油桿柱載荷。上沖程時(shí)RPHUNFP下沖程時(shí)RD式中PH井口回壓PA由于沉沒壓力和井口回壓在上沖程時(shí)產(chǎn)生的懸點(diǎn)載荷變化方向相反，故此在近似計(jì)算中將其忽略。2、動(dòng)載荷（1）慣性載荷抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，驢頭帶抽油桿和液柱做變速運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生抽油桿和液柱的慣性力。如果忽略抽油桿和液柱的的彈性影響，則可以認(rèn)為抽油桿和液柱的各點(diǎn)與抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)完全一致，產(chǎn)生的慣性力除與抽油桿和液柱的質(zhì)量有關(guān)外，還與懸點(diǎn)加速度的大小成正比。抽油桿的慣性力IR為ARAGW液柱的慣性力IL為ALLAG式中考慮油管過流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù)RTFPFTF油管過流斷面面積如果結(jié)合抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，最大加速度將發(fā)生的上死點(diǎn)和下死點(diǎn)，其加速度值分別為上死點(diǎn)時(shí)12MAXLRS下死點(diǎn)時(shí)AXL以此可求得上沖程時(shí)抽油桿柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷IRURSNWLRNSGLRSGWIRRRRU下沖程時(shí)液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷IRD為1790122LRSNLRSGIRRRD上沖程時(shí)液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷ILU為1790122LRSNWLRSGILLU下沖程時(shí)液柱不隨懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，因而沒有液柱慣性載荷。實(shí)際上由于受抽油桿柱和液柱的彈性影響，抽油桿柱和液柱各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)與懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)并不相同，所以按上述懸點(diǎn)最大加速度計(jì)算的慣性載荷將大于實(shí)際數(shù)值，在液柱中含氣和沖次較低的情況下，計(jì)算點(diǎn)最大載荷時(shí)可忽略液柱慣性載荷。（2）振動(dòng)載荷抽油桿柱作為一彈性體，由于抽油桿柱作變速運(yùn)動(dòng)和液柱載荷周期性地作用在抽油桿上，從而引起抽油桿的彈性振動(dòng)，它所產(chǎn)生的振動(dòng)載荷也作用于懸點(diǎn)上，其數(shù)值與抽油桿的長(zhǎng)度、載荷變化周期及抽油機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)。在一般情況下的理論計(jì)算時(shí)，忽略抽油桿柱的振動(dòng)載荷。3、摩擦載荷抽油機(jī)井工作時(shí)，作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷受以下五部份的影響（1）抽油桿柱與油管之間的摩擦力在直井內(nèi)通常不超過抽油桿柱重量的15。（2）柱塞與襯套之間的摩擦力當(dāng)泵徑不超過70MM時(shí)，其值小于1717N。（3）液柱與抽油桿之間的摩擦力除與抽油桿長(zhǎng)度和運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。（4）液柱與油管之間的摩擦力除與液流速度有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。（5）流體通過游動(dòng)凡爾的摩擦力除與固定凡爾的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。上沖程中作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷主要受（1）（2）及（4）三項(xiàng)影響，其方向是向下，增加懸點(diǎn)載荷。下沖程中作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷主要受（1）（2）（3）及（5）四項(xiàng)影響，其方向是向上，減小懸點(diǎn)載荷。在直井中無(wú)論稠油還是稀油，抽油桿柱與油管、柱塞與襯套之間的摩擦力數(shù)值都不大，均可忽略，但在稠油井內(nèi)，液柱摩擦引起的摩擦載荷則是不可忽略的，但對(duì)于大慶油田而言，原油的性質(zhì)不屬于稠油，因而液柱摩擦引起的摩擦載荷可以忽略。4、抽汲過程中的其它載荷一般情況下，抽油桿柱載荷、作用在柱塞上的液柱載荷及慣性載荷是構(gòu)成懸點(diǎn)載荷的三項(xiàng)基本載荷，在稠油井內(nèi)的摩擦載荷及大沉沒度井中的沉沒壓力對(duì)載荷的影響也是不可忽略的。除上述載荷外，在抽油過程中尚有其它一些載荷，如在低沉沒度井內(nèi)由于泵的充滿程度差，會(huì)發(fā)生柱塞與泵內(nèi)液面的撞擊，產(chǎn)生較大的沖擊載荷，從而影響懸點(diǎn)載荷。各種原因產(chǎn)生的撞擊，雖然可能會(huì)造成較大的懸點(diǎn)載荷，是抽油中的不利因素，但在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)尚無(wú)法預(yù)計(jì)，故在計(jì)算中都不考慮。732懸點(diǎn)最大、最小載荷1計(jì)算懸點(diǎn)最大和最小載荷的一般公式根據(jù)對(duì)懸點(diǎn)所承受的各種載荷的分析，抽油機(jī)工作時(shí)，上、下沖程中懸點(diǎn)載荷的組成是不同的。最大載荷發(fā)生在上沖程中，最小載荷發(fā)生在下沖程中，其值分別如下IVUHULRPFIWPMAXVDDLPIN式中PMAX、PMIN懸點(diǎn)最大和最小載荷；WR、WR上、下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱載荷；WL作用在柱塞上的液柱載荷；IU、ID上、下沖程中作用在懸點(diǎn)上的慣性載荷；PHU、PHD上、下沖程中井口回壓造成的懸點(diǎn)載荷；FU、FD上、下沖程中的最大摩擦載荷；PV振動(dòng)載荷；PI上沖程中吸入壓力作用在活塞上產(chǎn)生的載荷。在下泵深度及沉沒度不很大、井口回壓及沖數(shù)不甚高的稀油直井內(nèi)，在計(jì)算最大和最小載荷時(shí)，通?？梢院雎訮V、FU、FD、PHU、PII及液柱慣性載荷。此時(shí)可得LRSNWPRLR17902MAXLLGQRR2IN如果按將抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，則可忽略R/L的影響。2、計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的其它公式抽油桿在井下工作時(shí)，受力情況是相當(dāng)復(fù)雜的，所有用來(lái)計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的公式都只能得到近似的結(jié)果。現(xiàn)將國(guó)內(nèi)外所用的一些比較簡(jiǎn)便的公式列在下面，供計(jì)算時(shí)參考公式1371MAXSNWPLR公式9022AXLR公式LRSNBPRL1723MAX公式9024AXWRL公式1725MAXSNPLR公式可用于一般井深及低沖數(shù)油井。公式是式的另一種表達(dá)形式，本質(zhì)上是完LRSNWPRLR17902MAX全相同的。公式、和V都是把懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，取RL0。公式只考慮了抽油桿柱產(chǎn)生的慣性載荷，公式和V同時(shí)考慮了抽油桿柱和液柱的慣性載荷?？紤]到摩擦力的影響，在公式和工中的液柱載荷采用W即作用在柱塞整個(gè)截面積上的液柱載荷，而公式V中采用W1即作用在柱塞環(huán)形面積人一人上的液柱載荷。所以，公式V的計(jì)算結(jié)果較公式小。74抽油機(jī)平衡、扭矩與功率計(jì)算741抽油機(jī)平衡計(jì)算如果抽油機(jī)沒有平衡塊，當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于上沖程中懸點(diǎn)承受著最大載荷，所以電動(dòng)機(jī)必須作很大的功才能使驢頭上行；而下沖程中，抽油桿在其自重作用下克服浮力下行，這時(shí)電動(dòng)機(jī)不僅不需要對(duì)外作功，反而接受外來(lái)的能量作負(fù)功。這就造成了抽油機(jī)在上下沖程中的不平衡。抽油機(jī)不平衡造成的后果是（1）上沖程中電動(dòng)機(jī)承受著極大的負(fù)荷，下沖程中抽油機(jī)反而帶著電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而造成功率的浪費(fèi)，降低電動(dòng)機(jī)的效率和壽命O（2）由于負(fù)荷極不均勻，會(huì)使抽油機(jī)發(fā)生激烈振動(dòng)，而影響抽油裝置的壽命。（3）會(huì)破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的均勻性，而影響抽油桿和泵的正常工作。因此，抽油機(jī)必須采用平衡裝置。1、平衡原理抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡，是因?yàn)樯?、下沖程中懸點(diǎn)載荷不同，造成電動(dòng)機(jī)在上、下沖程中所作的功不相等。要使抽油機(jī)在乎衡條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，就應(yīng)使電動(dòng)機(jī)在上、下沖程中都作正功在下沖程中把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)；在上沖程中利用儲(chǔ)存的能量來(lái)幫助電動(dòng)機(jī)作功。下面我們用一個(gè)最簡(jiǎn)單的機(jī)械平衡方式，來(lái)說(shuō)明這種可能性和達(dá)到平衡的基本條件。在抽油機(jī)后梁上加一重物，在下沖程中讓抽油桿自重和電動(dòng)機(jī)一起對(duì)重物作功，則MDWA式中AW下沖程中抽油桿自重和電機(jī)對(duì)重物物所作的功，即重物儲(chǔ)存的功；AD抽油桿柱對(duì)重物所作的功，即懸點(diǎn)在下沖程中作的功；AMD電動(dòng)機(jī)在下沖程中對(duì)重物作的功，即電動(dòng)機(jī)在下沖程中作的功。由上式可得DWMDA在上沖程中，將重物儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)和電動(dòng)機(jī)一起對(duì)懸點(diǎn)作功，則WUMUWU,_式中AU上沖程中懸點(diǎn)作的功；AMU上沖程中電動(dòng)機(jī)作的功。要使抽油機(jī)平衡，應(yīng)該讓電動(dòng)機(jī)在上、下沖程中作的功相等，即MUD所以WUDWA為了達(dá)到平衡，在下沖程需要對(duì)重物作的功和上沖程中需要重物釋放的能量的關(guān)系應(yīng)為2DUWA上式說(shuō)明為了使抽油機(jī)平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，在下沖程中需要儲(chǔ)存的能量應(yīng)該是懸點(diǎn)在上、下沖程中所作功之和的一半。上式是進(jìn)行平衡計(jì)算的基本公式。2、平衡方式為了把下沖程中抽油桿自重作的功和電動(dòng)機(jī)輸出的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，可以采用不同的平衡方式。目前采用的主要有氣動(dòng)平衡和機(jī)械平衡。（1）氣動(dòng)平衡下沖程中通過游梁帶動(dòng)活塞壓縮氣包中的氣體，把下沖程所作的功儲(chǔ)存起來(lái)并轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓縮能。上沖程中被壓縮的氣體膨脹，將儲(chǔ)存的壓縮能轉(zhuǎn)換成膨脹能幫助電動(dòng)機(jī)作功。氣動(dòng)平衡多用于大型抽油機(jī)。這種平衡方式不僅可以大量節(jié)約鋼材，而且可以改善抽油機(jī)的受力情況，但平衡系統(tǒng)的加工制造質(zhì)量要求高。中通過游梁帶動(dòng)的活塞壓縮氣包中的氣體，把下沖程中作的功儲(chǔ)存起來(lái)并（2）機(jī)械平衡在下沖程中，以增加平衡塊的位能來(lái)儲(chǔ)存能量；在上沖程時(shí)平衡重降低位能，來(lái)幫助電動(dòng)機(jī)作功。平衡方式主要有三種游梁平衡在游梁尾部加平衡重，適用于小型抽油機(jī)；曲柄平衡（旋轉(zhuǎn)平衡）平衡重加在曲柄上，這種平衡方式便于調(diào)節(jié)，并可避免在游梁上造成過大的慣性力，適合于大型抽油機(jī)；復(fù)合平衡在游梁尾部和曲柄上都有平衡重，是上述兩種平衡方式的組合，多用于中型抽油機(jī)。3、平衡計(jì)算抽油機(jī)平衡的條件是在一個(gè)抽汲循環(huán)中，重物在下沖程中儲(chǔ)存的能量或上沖程幫助電機(jī)所做的功，應(yīng)等于上沖程和下沖程懸點(diǎn)作功之和的一半。上沖程懸點(diǎn)所作的功SWALRU/下沖程懸點(diǎn)所作的功SWARD/代入公式則得SLRDUW212/742電機(jī)的選擇與功率計(jì)算式中HPH水力功率，KW；Q油井日產(chǎn)量，TD；QT泵的理論排量，MD；1抽汲液體的密度，KGM3；泵效；L有效提升高度，即動(dòng)液面深度，M。光桿功率就是通過光桿來(lái)提升液體和克服井下?lián)p耗所需要的功率。要準(zhǔn)確地計(jì)算光桿功率，必須根據(jù)實(shí)測(cè)示功圖計(jì)算，即106LASNCHPR式中HPPR一光桿功率，KW；A示功圖載荷線包圍的面積，CM2；N數(shù)，RAIN”；S光桿沖程，M；L示長(zhǎng)度，MM；C動(dòng)力儀力比，NMM。上式可算得的光桿功率為平均功率線，如前所述，根據(jù)示功圖繪制扭矩曲線，亦可準(zhǔn)確地求得光桿平均功率。下面的公式可近似地計(jì)算光桿功率；106SNWHPLR式中按柱塞截面積計(jì)算的液柱載荷，N；LS一光桿沖程，M；N沖數(shù)，MIN1。上式是以不考慮抽油桿柱和油管柱彈性變形的理論示功圖為基礎(chǔ)。這里近似地認(rèn)為，它的面積與考慮變形和慣性載荷后的理論示功圖的面積是相等的，并忽略了摩擦載荷的影響。顯然，對(duì)于摩擦載荷大的井，計(jì)算結(jié)果將會(huì)偏小。根據(jù)油井產(chǎn)量計(jì)算得的水力功率，是實(shí)際作功的有效功率，它小于光桿功率。它們之差反映了井下摩擦、桿柱振動(dòng)、慣性以及泵漏失等因素引起的功率損失。而光桿功率除以抽油機(jī)效率除嚴(yán)重的低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)外，一般可取08即可求得需要電動(dòng)機(jī)輸出的平均功率。75泵效的計(jì)算在抽油井生產(chǎn)過程中，實(shí)際產(chǎn)量Q一般都比理論產(chǎn)量QT要低，兩者的比值叫泵效，用表示，即T在正常情況下，若泵效為07O8，就認(rèn)為泵的工作狀況是良好的。有些帶噴井的泵效可能接近或大于L。礦場(chǎng)實(shí)踐表明，平均泵效大都低于07，甚至有的油井泵效低于03。影響泵效的因素很多，但從深井泵工作的三個(gè)基本環(huán)節(jié)柱塞讓出體積，液體進(jìn)泵，液體從泵內(nèi)排出來(lái)看，可歸結(jié)為以下三個(gè)方面1抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮。根據(jù)深井泵的工作特點(diǎn)，抽油桿柱和油管柱在工作過程中因承受著交變載荷而發(fā)生彈性伸縮，使柱塞沖程小于光桿沖程，所以減小了柱塞讓出的體積。2氣體和充不滿的影響。當(dāng)泵內(nèi)吸人氣液混合物后，氣體占據(jù)了柱塞讓出的部分空間，或者當(dāng)泵的排量大于油層供油能力時(shí)液體來(lái)不及進(jìn)入泵內(nèi)，都會(huì)使進(jìn)入泵內(nèi)的液量減少。3漏失影響。柱塞與襯套的間隙及閥和其它連接部件間的漏失都會(huì)使實(shí)際排量減少。只要保證泵的制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量，在下泵后一定時(shí)期內(nèi)，漏失的影響是不大的。但當(dāng)液體有腐蝕性或含砂時(shí)，將會(huì)由于對(duì)泵的腐蝕和磨損使漏失迅速增加。泵內(nèi)結(jié)蠟和沉砂都會(huì)使閥關(guān)閉不嚴(yán)，甚至被卡，從而嚴(yán)重破壞泵的工作。在這些情況下，除改善泵的結(jié)構(gòu)、提高泵的抗磨蝕性能外，主要是采取防砂及防蠟措施，以及定期檢泵來(lái)維持泵的正常工作。實(shí)際產(chǎn)液量可寫為SNFQP140從上述三方面出發(fā)，泵效的一般表達(dá)式可寫為B1式中考慮抽油桿柱和油管柱彈性伸縮后的柱塞沖程與光桿沖程之比，SP表示桿、管彈性伸縮對(duì)泵效的影響；進(jìn)入泵內(nèi)的液體體積與柱塞讓出的泵內(nèi)體積之比，表示泵的充滿活液V程度；泵漏失對(duì)泵效影響的漏失系數(shù)；1由于泵效是以地面產(chǎn)出液的體積計(jì)算，則是考慮地面原油脫BB氣引起體積收縮對(duì)泵效計(jì)算的影響。為吸人條件下被抽汲液1體的體積系數(shù)。為了對(duì)影響泵效的因素進(jìn)行定量計(jì)算和分析，下面分別討論柱塞沖程、充滿系數(shù)及漏失的計(jì)算。751柱塞沖程一般情況下，柱塞沖程小于光桿沖程，它是造成泵效小于1的重要因素。抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮愈大，柱塞沖程與光桿沖程的差別也愈大，泵效就愈低。抽油桿柱所受的載荷不同，則伸縮變形的大小不同。如前所述，抽油桿柱所承受的載荷主要有抽油桿柱及液柱載荷總稱靜載荷；抽油桿柱和液柱的慣性載荷及抽油桿柱的振動(dòng)載荷總稱動(dòng)載荷。下面就分別分析由這些載荷作用所引起的抽油桿柱及油管的彈性變形，以及對(duì)柱塞沖程的影響。由于作用在柱塞上的液柱載荷在上、下沖程中交替地分別由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉(zhuǎn)移到油管，從而引起桿柱和管柱交替地增載和減載，使桿柱和管柱發(fā)生交替地伸長(zhǎng)和縮短。當(dāng)驢頭開始上行時(shí)，游動(dòng)閥關(guān)閉，液柱載荷作用在柱塞上，使抽油桿發(fā)生彈性伸長(zhǎng)。因此，柱塞尚未發(fā)生移動(dòng)時(shí)，懸點(diǎn)這一段距離即為抽油桿柱的伸長(zhǎng)，用R表示當(dāng)懸點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，油管要卸去載荷要縮短一段距離。此時(shí)，柱塞與泵筒之間沒有相對(duì)位移。這段縮短距離使懸點(diǎn)增加了一段無(wú)效位移。用T表示。所以，吸入閥仍然是關(guān)閉的。當(dāng)驢頭繼續(xù)上行時(shí)，柱塞才開始與泵筒發(fā)生相對(duì)位移