常規(guī)游梁式抽油機設(shè)計與仿真畢業(yè)答辯課件

常規(guī)游梁式抽油機設(shè)計與仿真指導老師：吳俊飛學生姓名：馬文杰常規(guī)游梁式抽油機設(shè)計與仿真指導老師：吳俊飛1主要內(nèi)容1緒論2計算部分3抽油機各結(jié)構(gòu)強度校核4基于Pro/e主要部件的三維建模5基于Pro/E的抽油機運動學仿真6抽油機的規(guī)范主要內(nèi)容12引言常規(guī)游梁式抽油機以其結(jié)構(gòu)簡單、耐用、操作簡便、維護費用低等明顯優(yōu)勢，一直占據(jù)著有桿系采油地面設(shè)備的主導地位。所以研究有桿類采油設(shè)備是非常有意義的。本文介紹了常規(guī)抽油機工作原理與節(jié)能原理，設(shè)計過程中對抽油機運動學和動力學分析與計算，闡述了常規(guī)游梁式抽油機運動規(guī)律。本設(shè)計全面概述了常規(guī)性抽油機的發(fā)展概況，抽油機的優(yōu)化設(shè)計及其節(jié)能原理，對抽油機得幾何參數(shù)，運動參數(shù)，動力學參數(shù)進行了全面的分析計算，以對常規(guī)游梁式抽油機進行優(yōu)化設(shè)計。引言常規(guī)3結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：4常規(guī)游梁式抽油機的原理介紹由三部分組成：一是地面驅(qū)動設(shè)備即抽油機；二是井下的抽油泵，它懸掛在油井油管的下端；三是抽油桿，它將地面設(shè)備的運動和動力傳遞給井下抽油泵。工作過程是由動力機（電動機、柴油機或天然氣發(fā)動機）經(jīng)傳動皮帶將高速旋轉(zhuǎn)運動傳遞給減速器，經(jīng)三軸兩級減速后，由曲柄連桿機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橛瘟旱纳?、下擺動。掛在驢頭上的懸繩器通過抽油桿帶動抽油泵柱塞作上、下往復運動，將井液抽汲至地面。原理圖：常規(guī)游梁式抽油機的原理介紹由三部分組成：一是地面驅(qū)動設(shè)備即抽5游梁式抽油機設(shè)計的基本理念游梁式抽油機設(shè)計的承載能力（即額定負載）是靠額定扭矩來實現(xiàn)的，也就是說設(shè)計抽油機時首先依據(jù)額定負載來設(shè)計其額定扭矩；在額定扭矩確定后，依據(jù)其額定扭矩和基礎(chǔ)計算式來設(shè)計機架的承載能力。根據(jù)電動機選擇合適的抽油機型號，確定抽油機主要部件尺寸參數(shù)用ProE對抽油機進行三維建模，并通過Mechanism模塊抽油機進行機構(gòu)運動學仿真研究，進一步完善該游梁式抽油機的設(shè)計游梁式抽油機設(shè)計的基本理念游梁式抽油機設(shè)計的承載能力（即額6計算部分和強度校核常規(guī)型游梁式抽油機運動學分析計算主要參數(shù)計算游梁式抽油機的電動機選擇計算游梁式抽油機型號的選擇和參數(shù)尺寸的確定抽油機的各結(jié)構(gòu)的強度校核計算部分和強度校核常規(guī)型游梁式抽油機運動學分析計算7抽油機運動學分析求出驢頭懸點的位移、速度和加速度隨時間變化的規(guī)律，以便為載荷分析和扭矩計算提供運動學數(shù)據(jù)。抽油機運動學分析求出驢頭懸點的位移、速度和加速度隨時間變化的8抽油機運動簡圖中的基本參數(shù)A—游梁前臂長度，mm；C—游梁后臂長度，mm；P—連桿長度，mm；R—曲柄半徑，mm；I—游梁支承中心到減速器輸出軸中心的水平距離，mm；H—游梁支承中心到底座底部的高度，mm；G—減速器輸出軸到底座底部的高度，mm；H-G—曲柄回轉(zhuǎn)中心至中心軸承的垂直距離，mm；ψ—C與K的夾角；S—抽油機的沖程；n—抽油機的沖次；P—額定懸點載荷；K—極距，即游梁支承中心到減速器輸出軸中心的距離，mm；J—曲柄銷中心到游梁支承中心之間的距離,mm；θ—曲柄轉(zhuǎn)角，以曲柄半徑R處于12點鐘位置作為零度，沿曲柄旋轉(zhuǎn)方向度量；Φ—零度線與K的夾角，由零度線到K沿曲柄旋轉(zhuǎn)方向度量；β—C與P的夾角，稱傳動角；x—C與J的夾角；ρ—K與J的夾角；—K與R的夾角；—P與R的夾角。抽油機運動簡圖中的基本參數(shù)A—游梁前臂長度，mm；9主要參數(shù)計算光桿（懸點）加速度計算懸點載荷計算（抽油機驢頭懸點的實際載荷和抽油機正常工作允許的最大的懸點載荷）光桿的最大沖程（調(diào)節(jié)抽油機的沖程調(diào)節(jié)機構(gòu)使光桿獲得的最大位移）扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)計算減速器凈扭矩計算（減速器輸出軸允許的最大扭矩）抽油機額定扭矩計算最高沖次（調(diào)節(jié)帶傳動的傳動比最小時的沖次數(shù)）主要參數(shù)計算光桿（懸點）加速度計算10電動機的選擇計算電機至抽油桿的總傳動效率為：η總=η帶*η減*η軸其中帶傳動、軸承、齒輪傳動、聯(lián)軸器和四連桿執(zhí)行機構(gòu)的傳動效率。取0.94，取0.98，取0.97，取0.99，取0.90。即η帶=0.95，η減=η齒2*η軸3=0.972*0.98-3=0.8856η總=η帶*η減*η軸=0.808.w=12*2/60=1.212根據(jù)公式P=1/η*w*T=44.7KW查《機械設(shè)計手冊第5卷》,選用Y系列電動機Y250S-6，額定功率：P=45Kwn=980r/min并可查機械設(shè)計手冊知電機的各項參數(shù)

電動機的選擇計算電機至抽油桿的總傳動效率為：η總=η帶*η11電機的各項參數(shù)表電機的各項參數(shù)表12游梁式抽油機型號的選擇選取常規(guī)游梁式抽油機國內(nèi)油田廣泛使用、有代表性的常規(guī)游梁式抽油機主要是CYJIO系列機型，為了滿足系統(tǒng)設(shè)計要求（電動機驅(qū)動功率37KW~45KW，轉(zhuǎn)速950~980傳/分鐘的設(shè)計要求），在此我們選用CYJIO-3-53HB型抽油機，該型機主要由蘭石廠和大慶總機械廠生產(chǎn)，該型機主要由蘭石廠和大慶總機械廠生產(chǎn)，主要技術(shù)指標如表所示游梁式抽油機型號的選擇選取常規(guī)游梁式抽油機國內(nèi)油田廣泛使用、13參數(shù)尺寸的確定參數(shù)尺寸的確定14抽油機的各結(jié)構(gòu)的強度校核在第二章確定出整體結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)的基礎(chǔ)上，對抽油機的各結(jié)構(gòu)進行強度校核。對主要零部件的結(jié)構(gòu)和尺寸進行設(shè)計，通過對主要零部件的強度校核進一步驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。通過分析和計算結(jié)果表明，第二章確定的抽油機型號符合設(shè)計條件。（連桿的應(yīng)力分析與強度校核、曲柄連接設(shè)計強度校核、游梁的應(yīng)力分析及強度校核、游梁支承的強度校核、滾動軸承的選擇和壽命計算）抽油機的各結(jié)構(gòu)的強度校核在第二章確定出整體結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)的基15基于Pro/e主要部件的三維建模

曲柄曲柄是傳遞減速器輸出扭矩的主要部件，所以它必須具有一定的強度和傳遞可靠性。曲柄一般可用灰鑄鐵、球墨鑄鐵和鑄鋼制成。基于Pro/e主要部件的三維建模

曲柄16連桿臺抽油機有兩根連桿，它是傳遞力矩的主要受力桿件，其主件可用管材，也可用其他型材如工字鋼、槽鋼等。為了保證兩側(cè)連桿傳動平穩(wěn)和傳遞力矩的均衡一致，兩連桿的工作長度必須完全一致，即達到一定的尺寸公差要求，這一要求通常用專用工藝裝備來保證。所以，選用直徑為80的熱軋圓鋼為主件，而上下接頭均用QT700-2鑄成。連桿17游梁和橫梁游梁是抽油機的主要承載部件，承擔著抽油機的全部工作載荷，因此必須要有足夠的強度和一定的剛度。選用工字鋼為主要部件，經(jīng)過鋼板加強后制成。為了使橫梁和連桿的連接點與橫梁和游梁的連接點在同一水平面上，常將橫梁制作成弓形本設(shè)計橫梁用HT200鑄造而成游梁和橫梁18驢頭驢頭用來將游梁前端的往復圓弧運動變?yōu)槌橛蜅U的垂直直線往復運動，驢頭采用腹板式結(jié)構(gòu)焊接而成，并應(yīng)用側(cè)翻讓位結(jié)構(gòu)進行整修時的讓位驢頭19支架本次設(shè)計的支架全部采用三腿結(jié)構(gòu)，支架前面的2個主腿采用單根的工字鋼或槽鋼制造，后腿采用2個槽鋼對焊，并間斷補強，制作時，將前腿和后腿分開制造，現(xiàn)場安裝時將支架后腿按要求組裝并鎖緊即可。支架20底座本次設(shè)計將電動機座抬高500～1000mm，對于少雨地區(qū)，可將電動機座放置到與主底座對齊的位置

底座21整體三維模型整體三維模型22基于Pro/E的抽油機運動學分析仿真抽油機懸點運動學理論分析游梁式抽油機是以游梁支點和曲柄軸中心的連線做固定桿,以曲柄、連桿和游梁后臂為3個活動桿所構(gòu)成的四連桿機構(gòu),如圖所示通過一系列計算，游梁式抽油機懸點的速度曲線為一“歪曲”的正弦曲線,加速度曲線變化被“歪曲”的余弦曲線。抽油機在一個沖程中,懸點的速度和加速度不僅大小在變化,而且方向也要發(fā)生改變。上沖程的前半沖程為加速運動,加速度為正(加速度方向與運動方向都向上);后半沖程為減速運動(加速度方向與運動方向相反)?；赑ro/E的抽油機運動學分析仿真抽油機懸點運動學理論分23基于Pro/E的抽油機運動學分析仿真抽油機懸點運動學Pro/E分析Pro/E軟件中的Mechanism模塊是專用于進行機構(gòu)運動學分析和仿真的,可以對抽油機驢頭懸點運動規(guī)律進行精確的計算分析。

建立抽油機簡化模型基于Pro/E的抽油機運動學分析仿真抽油機懸點運動學Pro/24先設(shè)置驅(qū)動裝置,再進相應(yīng)計算參數(shù)的設(shè)置,包括計算時間、初始條件等。以抽油機橫梁處于水平位置,且向下運動作為計算的零時刻位置,進行計算后,可得如下結(jié)果曲線。圖為懸點位移隨時間的變化曲線。由圖中可見,抽油機驢頭懸點隨時間的位移關(guān)系曲線基本為正弦規(guī)律。

先設(shè)置驅(qū)動裝置,再進相應(yīng)計算參數(shù)的設(shè)置,包括計算時間、初始條25圖為抽油機懸點速度與時間關(guān)系曲線。由圖中可見,抽油機的懸點速度隨時間按照類似正弦曲線變化。圖為抽油機懸點加速度隨時間關(guān)系曲線。由圖可見,抽油機的懸點加速度隨時間按照類似余弦曲線變化。圖為抽油機懸點速度與時間關(guān)系曲線。由圖中可見,抽油機的懸點速26圖為抽油機懸點位移、速度、加速度在一個沖程中隨時間變化的關(guān)系曲線,由圖可清晰地對比出抽油機懸點的位移、速度和加速度之間的關(guān)系。圖為抽油機懸點位移、速度、加速度在一個沖程中隨時間變化的關(guān)系27通過上面對游梁式抽油機驢頭懸點運動規(guī)律的研究可以看出,1個沖程過程中,懸點速度時刻在發(fā)生變化,懸點加速度也不斷地跟隨變化,運動規(guī)律復雜。得出的抽油機懸點位移、速度和加速度隨時間變化曲線也符合理論分析得到的變化規(guī)律，進一步完善了該游梁式抽油機的設(shè)計可以看出借助于先進的計算機仿真技術(shù),在開發(fā)初期就可對其結(jié)構(gòu)進