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(guò)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(guò)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(guò)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，液容箱，控制閥，傳動(dòng)輪 Hydraulic pumping unit designABSTRACTA hydraulic drive type oil pumping unit, by including hydraulic pumps, motors, control valves, piping accessories, including hydraulic components and mechanical parts associated with the assembly as a whole constitutes a group of hydraulic components, through which the hydraulic parts of the hydraulic motor drive wheel or gear wheel surface, or trough-type structure corresponding to the transmission side and the oil wells pump connecting rod connecting the belt or chain or rope-style flexible transmission parts matched to form reciprocating machine working bodies. Through the mechanical, electrical, hydraulic components, the assembly constituted by the work group with stroke and rushed revision control system to adjust and control the aircraft reciprocating body traction pump oil wells set by the stroke and the rushing back and forth consecutive working . Motor power output shaft and the pump rotor shaft directly or through a coupling component to achieve with the connection, via the hydraulic control valve, the working fluid filters, piping, accessories will be the working fluid between the tank and pump together into groups and work-loop hydraulic control, hydraulic components that make up the hydraulic power source part. One kind of slider-style disk drive low speed high torque hydraulic motor drive plate assembly wheel peripheral surface with a direct and flexible rope or belt or chain drive transmission parts corresponding with the structure of the drive wheel, which constitute the components of the power conversion and transmission parts. It features: simple structure, manufacture, use, maintenance costs low, clear energy.KEY WORDS： hydraulic pump , the tank liquid , the control valve , wheel drive III目錄前言一種液壓傳動(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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾器過(guò)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梗苿?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(guò)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(guò)程相對(duì)迅速。第1章 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況和應(yīng)用1.1 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(wèn)題。1.2 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(guò)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(wèn)短變化范圍大的場(chǎng)合。（3）工作過(guò)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)。2.1 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。2.2 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 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)3.1 帶、減速器設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)?；窘M成零件為帶輪（主動(dòng)輪和從動(dòng)輪）和傳動(dòng)帶，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)是把電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)一定的傳動(dòng)比傳給減速器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與減速器通過(guò)帶間接連接起來(lái)。選電機(jī)的型號(hào)Y200L-8，查表的，設(shè)計(jì)抽油桿的沖次。3.1.1 V帶設(shè)計(jì)1、傳動(dòng)比的確定查表得帶得傳動(dòng)比一般推薦.本次設(shè)計(jì)取查表得則減速器的輸入轉(zhuǎn)速減速器的總的降速比2、皮帶確定查表得則電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率（1）帶型號(hào)選擇查表得選擇V帶的型號(hào)為C型查表得初選小帶輪的直徑為則大帶輪的直徑 （2）帶速計(jì)算 查表得符合推薦值范圍故合適（3）中心距及帶長(zhǎng)計(jì)算 （式3.1）則帶入數(shù)據(jù)有初取 （式3.2）查表得取 （式3.3）則實(shí)際中心距中心距變換范圍（4）帶包角的驗(yàn)算符合（5）V帶根數(shù)的確定查表得則根數(shù) 取(6）初拉力得計(jì)算由機(jī)械設(shè)計(jì)P149表8-3的則實(shí)際(7)壓軸力的計(jì)算 (8)小帶輪尺寸設(shè)計(jì)查表得電機(jī)Y200L-8輸出軸的直徑，長(zhǎng)度鍵槽的寬，,則鍵槽的高度=.查表得帶和輪連接時(shí)的各個(gè)參數(shù)(9)選帶輪的材料為Q235,小帶輪零件圖如圖3.1： 圖3.1 小帶輪零件圖3.1.2 減速器設(shè)計(jì)I級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)(1)傳動(dòng)比計(jì)算 查表得 本次設(shè)計(jì)取系數(shù)為1.4則(2)功率、轉(zhuǎn)速計(jì)算有設(shè)計(jì)要求可得齒輪的轉(zhuǎn)速不高，故選擇八級(jí)精度。(3)齒輪材料的選擇選擇小齒輪的材料為，硬度為280HBS，大齒輪的材料為45號(hào)鋼，硬度為240HBS，兩者相差40HBS(4)齒數(shù)的選擇選小齒輪的齒數(shù)為取(5)齒輪具體的設(shè)計(jì)初選螺旋角，載荷系數(shù)，查表得選齒寬系數(shù)，查表得選區(qū)域系數(shù)。查表得材料的彈性影響系數(shù)查表得則小齒輪的轉(zhuǎn)距查表得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （式3.4）查表得接觸疲勞壽命系數(shù)取失效概率，安全系數(shù) （式3.5） 小齒輪的分度圓直徑 （式3.6） 計(jì)算圓周速度v計(jì)算齒寬不b及模數(shù) 齒高寬高比查表得使用系數(shù)，8級(jí)精度查表得得 則縱向重合度查表得，則載荷系數(shù)則校合分度圓直徑計(jì)算模數(shù)齒跟彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)動(dòng)載系數(shù)縱向重合度 查表得螺旋角影響系數(shù)則當(dāng)量齒數(shù)查表得取齒型系數(shù)得查表得應(yīng)力校合系數(shù)計(jì)算大小齒輪的查表得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限查表得取疲勞壽命系數(shù)取彎曲疲勞安全系數(shù)則 小齒輪大齒輪大齒輪的數(shù)值大則設(shè)計(jì)模數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，為了符合兩者取，就可以滿足強(qiáng)度，但為了同是滿足強(qiáng)度，取分度圓直徑則取，則取則中心距按圓整后的中心距修正螺旋角變化不大不需要修改，則大齒輪的分度圓直徑為 (6)齒輪幾何要素的尺寸計(jì)算查表得得大齒輪的齒頂圓直徑為大齒輪的齒根圓直徑為小齒輪的齒頂圓直徑為小齒輪的齒根圓直徑為則小齒輪的寬度為取大齒輪的寬度為（7）小齒輪的具體結(jié)構(gòu)和尺寸如圖3.2圖3.2 小齒輪零件圖II級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)(1)傳動(dòng)比的分配(2)功率和轉(zhuǎn)速的計(jì)算由設(shè)計(jì)要求可得齒輪的轉(zhuǎn)速不高，故選擇八級(jí)精度。(3)齒輪材料的選擇選擇小齒輪的材料為40Cr，硬度為280HBS，大齒輪的材料為45號(hào)鋼，硬度為240HBS，兩者相差40HBS(4)齒數(shù)的選擇初選小齒輪的齒數(shù)為則大齒輪的齒數(shù)取(5)齒輪具體的設(shè)計(jì)初選螺旋角，載荷系數(shù)，查表得選齒寬系數(shù)，查表得選區(qū)域系數(shù)。查表得材料的彈性影響系數(shù)查表得得小齒輪的轉(zhuǎn)距查表得得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查表得取接觸疲勞壽命系數(shù)取失效概率，安全系數(shù)由式10-12得 由式得小齒輪的分度圓直徑計(jì)算圓周速度V計(jì)算齒寬不b及模數(shù)齒高寬高比查表得使用系數(shù)，8級(jí)精度查表得得 則縱向重合度查表得，則載荷系數(shù)則校合分度圓直徑計(jì)算模數(shù)齒跟彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)動(dòng)載系數(shù)由縱向重合度 查表得螺旋角影響系數(shù)則當(dāng)量齒數(shù)查表得取齒型系數(shù)得查取應(yīng)力校合系數(shù)計(jì)算大小齒輪的查表得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限查表得疲勞壽命系數(shù)取彎曲疲勞安全系數(shù) 小齒輪大齒輪大齒輪的數(shù)值大則設(shè)計(jì)模數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，為了符合兩者取，就可以滿足強(qiáng)度，但為了同是滿足強(qiáng)度，取分度圓直徑則取，則取則中心距按圓整后的中心距修正螺旋角變化不大不需要修改，則大齒輪的分度圓直徑為 (6)齒輪幾何要素的尺寸計(jì)算查表得大齒輪的齒頂圓直徑為大齒輪的齒根圓直徑為小齒輪的齒頂圓直徑為 小齒輪的齒根圓直徑為則小齒輪的寬度為取大齒輪的寬度為3.1.3 減速器軸計(jì)算及軸承選擇1、減速器軸徑的計(jì)算軸徑的初算（式3.7）其中P為軸所傳遞的功率,n為軸的轉(zhuǎn)速,C可由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)P18表3-1得出,本次設(shè)計(jì)取。抽油機(jī)長(zhǎng)期連續(xù)工作，減速器作為動(dòng)力輸出，所以對(duì)減速器軸的要求較高查表選軸的材料為20Cr，許用彎曲應(yīng)力，剪切疲勞極限彎曲疲勞極限屈服強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度極限硬度5662HBS由, 由, 由, 2、具體結(jié)構(gòu)和尺寸的計(jì)算 根據(jù)前面帶輪的寬度，減速器軸的寬度及軸承端蓋厚度，及各部分間隙可算得減速器一軸的長(zhǎng)度。 由計(jì)算的，取與減速器相連軸的直徑為d=42mm，為了滿足軸向定位要求需要制出一軸肩查表可得r=1.6mm,取安裝軸處的直徑d=50mm，為了滿足軸向定位要求需要制出一軸肩查表可得r=1.6mm，則此時(shí)軸的直徑為d=56mm為了方便定位在齒輪安裝處需設(shè)計(jì)一軸肩查表得r=2mm，則安裝齒輪處的直徑降為d=56mm，同樣在安裝軸承處設(shè)軸肩的高度r=1.6，安裝軸處的直徑降為d=50mm具體設(shè)計(jì)如圖3.3圖3.3 減速器一軸零件圖同樣的方法可設(shè)計(jì)的軸二的具體尺寸和結(jié)構(gòu)如如圖3.4：圖3.4 減速器二軸零件圖3、軸承的選取本次設(shè)計(jì)采用滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。基本結(jié)構(gòu)分為四部分：1、內(nèi)圈2、外圈3、滾動(dòng)體4、保持架。由設(shè)計(jì)可知減速器軸承既承受軸向力，又承受徑向力。查表得選擇圓錐滾子軸承機(jī)構(gòu)代號(hào)30000，由軸一支撐處的直徑選一軸選擇軸承代號(hào)30210小徑大徑寬由軸二支撐處的直徑選二軸的軸承型號(hào)為30216小徑大徑寬由軸三支撐處的直徑選三軸的軸承型號(hào)為30228小徑大徑寬。4、鍵的選擇本次設(shè)計(jì)減速器所使用的鍵全部選用平鍵，由設(shè)計(jì)圖可得軸一安裝齒輪處的直徑d=56mm，查表可得鍵的基本尺寸b=16mm，h=10mm，選長(zhǎng)度L=125mm.安裝帶輪處軸的直徑為d=42mm，查表可得鍵的基本尺寸b=12mm，h=8mm，選長(zhǎng)度L=110mm。軸二安裝齒輪處的軸徑均為d=86mm，查表可得鍵的基本尺寸b=25mm，h=14mm，選長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)=160mm，L=90mm。3.1.4 減速器軸的校核減速器軸的校核，減速器共有三軸，我們著重對(duì)一軸進(jìn)行校核。軸一簡(jiǎn)化圖如如圖3.5：圖3.5 軸一簡(jiǎn)化圖1、軸上的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的計(jì)算由上面的計(jì)算可知軸上的功率，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩2、齒輪上作用力的計(jì)算由上面的計(jì)算可知齒輪的分度圓直徑則有,，式中，3、軸的尺寸設(shè)計(jì)如上面4、軸上載荷的計(jì)算從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩中可以看出C截面為軸的危險(xiǎn)面現(xiàn)在將C處的數(shù)據(jù)列于表3.1：表3.1載 荷水平面垂直面支反力F 彎矩M總彎矩扭矩T5、校核軸的強(qiáng)度軸單向轉(zhuǎn)動(dòng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力取查表得其中W可查表得到查表15-1得 因此軸是安全的。3.2 四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1 四桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算1、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的條件查表得曲柄連桿機(jī)構(gòu)則桿長(zhǎng)條件如下：(1)組成周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。(2)最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度其余兩桿的長(zhǎng)度之和。取曲柄的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=500mm，出設(shè)計(jì)其它的尺寸如圖3.6：圖3.62、轉(zhuǎn)角的計(jì)算如上圖所示L1為曲柄原動(dòng)件，S2C,S2D分別為搖桿L3的兩個(gè)極限位置出選擇各個(gè)參數(shù)如圖當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)的L1,L2處在同一直線及S1BD在同一直線時(shí)則根據(jù)余弦公式其中a ，b為相鄰的邊則有當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)L1,L2重合時(shí)及AS1C在同一直線時(shí)則有則曲桿L3的轉(zhuǎn)角初選轉(zhuǎn)角，如最后有不合適的地方，稍加以調(diào)整3.2.2 曲柄的設(shè)計(jì)由上面計(jì)算可得減速器三軸的直徑為d=136.14mm取d=140mm曲柄的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=500mm,選曲柄的材料為Q235A,具體結(jié)構(gòu)和尺寸如如圖3.7圖3.7 曲柄零件圖3.2.3 連桿的設(shè)計(jì)選連桿的材料為Q235A，具體的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖3.8如圖3.8連桿零件圖3.3 鏈輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)3.3.1 材料的選擇鏈輪機(jī)構(gòu)是將四桿機(jī)構(gòu)和天輪連接器來(lái)的重要部件，同時(shí)也是將四桿機(jī)構(gòu)所傳遞動(dòng)力通過(guò)鋼絲繩傳送給天輪，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。鏈輪為傳遞動(dòng)力的重要部件，對(duì)材料的要求較高。小鏈輪為主動(dòng)輪，查表得選小鏈輪的材料為20Cr，熱處理的方式滲碳、淬火、回火，處理后硬度5060HBC,齒數(shù)大鏈輪為從動(dòng)輪選擇材料為Q235,熱處理的方式焊接后退火,熱處理后的硬度為140HBS3.3.2 齒數(shù)的確定已知傳遞的功率不大由查表得選擇滾子鏈,鏈速最大的傳動(dòng)比本次設(shè)計(jì)取因?yàn)樾℃溳喌凝X數(shù),取則大鏈輪的齒數(shù)由四桿機(jī)構(gòu)可得大輪的相對(duì)轉(zhuǎn)速則小鏈輪的速度為3.3.3 當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率 （式3.8）查表得 ，選擇三排鏈則3.3.4 鏈條的型號(hào)和節(jié)距的確定根據(jù)和小鏈輪的轉(zhuǎn)速查表得選擇鏈的型號(hào)40A查表可得鏈條的節(jié)距，滾子直徑排距，則可得鏈輪的寬度為3.3.5 中心距、鏈節(jié)數(shù)的計(jì)算（式3.9）為了使結(jié)構(gòu)緊湊，本次設(shè)計(jì)取中心距 （式3.10）為了使得鏈條的過(guò)渡鏈接，將圓整為 （式3.11）查表得則鏈傳動(dòng)的最大中心距3.3.6 鏈輪各個(gè)尺寸的計(jì)算小鏈輪的尺寸查表可得分度圓直徑 （式3.12）齒頂圓直徑 （式3.13）齒根圓直徑 （式3.14）同理的大鏈輪的尺寸參數(shù)分度圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑 3.3.7 具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖小鏈輪圖如如圖3.9所示. 圖3.9 小鏈輪零件圖大鏈輪圖如如圖3.10圖3.10 大鏈輪零件圖3.4 天輪及滑輪設(shè)計(jì)3.4.1 天輪設(shè)計(jì)1、材料的選擇選天輪的材料為ZG452、天輪的具體幾何尺寸的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)沖程為5.0米，則曲柄連桿機(jī)構(gòu)從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)滑輪所轉(zhuǎn)過(guò)的周長(zhǎng)為L(zhǎng)=2.5米。取大天輪的直徑為，則天輪所轉(zhuǎn)過(guò)的弧度，大小天輪同軸則小天輪的所轉(zhuǎn)過(guò)的角度取大鏈輪距天輪的距離為兩米，則可算出曲柄連桿機(jī)構(gòu)從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)時(shí)小天輪所轉(zhuǎn)過(guò)的鋼絲長(zhǎng)度L草圖如如圖3.11所示圖3.11由圖可知根據(jù)余弦公式其中a、b為相鄰的邊當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)處在最低點(diǎn)時(shí)有則3594mm當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)處在最高點(diǎn)時(shí)有則則根據(jù)，可得小天輪的直徑為了設(shè)計(jì)的方便取小鏈輪一體的滑輪的直徑.具體的分布是大天輪在中間，兩個(gè)小天輪對(duì)稱分布在大天輪的倆邊3、天輪軸承的選取由結(jié)構(gòu)可得天輪軸承主要承受軸向力，所以我們選深溝球軸承, 查表得結(jié)構(gòu)代號(hào)為60000，選軸承的型號(hào)為6036內(nèi)徑外徑寬,4、天輪軸的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用軸輪一體式具體的尺寸和結(jié)構(gòu)圖如圖3.12圖3.12 天輪零件圖3.4.2 滑輪設(shè)計(jì)1、材料的選擇選擇滑輪的材料為HT2502、滑輪的具體設(shè)計(jì)取滑輪的直徑3、滑輪軸承的選取由結(jié)構(gòu)可得滑倫軸承主要承受軸向力，所以我們也選深溝球軸承,由機(jī)械設(shè)計(jì)P309表13-1得結(jié)構(gòu)代號(hào)為60000，選軸承的型號(hào)為6036內(nèi)徑外徑寬,4、滑輪軸的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用軸輪連體式，具體的尺寸和結(jié)構(gòu)如圖3.13圖3.13 滑輪零件圖3.5 支承座設(shè)計(jì) 支承座分為上下兩個(gè)部，主要是用來(lái)支撐軸承。本次設(shè)計(jì)共有三處使用：1、四桿機(jī)構(gòu)處支撐大鏈輪2、桁架上支撐天輪處3、懸架支撐滑輪處。3.5.1 材料的選取因?yàn)橹С凶屋S承,故選擇支承座的材料為HT200，桁架兩處的輪使用的軸承相同，都選軸承的型號(hào)為6036，內(nèi)徑外徑寬,3.5.2 具體結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)由上面軸承的選擇可得出支撐座的內(nèi)徑為280mm,具體的結(jié)構(gòu)和尺寸如設(shè)計(jì)如圖3.14、 3.15所示，支承座上圖3.14 軸承座上支承座下圖3.15 軸承座下第4章 抽油機(jī)深井泵抽油裝置及基礎(chǔ)理論計(jì)算機(jī)械舉升采油方式是目前大慶油田的最主要的、也是應(yīng)用最為廣泛的是采油方式。在機(jī)械舉升工藝中，抽油機(jī)深井泵采油是應(yīng)用井?dāng)?shù)最多的舉升工藝。在本章節(jié)中，重點(diǎn)介紹抽油機(jī)深井泵采油的基礎(chǔ)理論、技術(shù)發(fā)展、測(cè)試技術(shù)以及節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用。4.1 抽油機(jī)深井泵抽油裝置抽油機(jī)深井泵抽油裝置 是指由抽油機(jī)、抽油桿、深井泵組成的抽油系統(tǒng)。它借助于抽油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，將動(dòng)力機(jī)（一般為電動(dòng)機(jī)）的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈼U的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用抽油桿帶動(dòng)深井泵柱塞進(jìn)行抽油。4.1.1 抽油機(jī)抽油機(jī)是抽油機(jī)深井泵抽油系統(tǒng)中的主要地面設(shè)備。游梁式抽油機(jī)主要由游梁-連桿-曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動(dòng)力設(shè)備、輔助設(shè)備等四大部份組成。工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)將高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)通過(guò)皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動(dòng)曲柄軸做低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲柄通過(guò)連桿經(jīng)橫梁帶動(dòng)游梁作上下往擺動(dòng)，掛在驢頭上的懸繩器便帶動(dòng)抽油桿作上下往復(fù)動(dòng)動(dòng)。游梁式抽油機(jī)按照結(jié)構(gòu)主要分為兩大類：即普通式游梁式抽油機(jī)和前置式游梁式抽油機(jī)。隨著抽油機(jī)制造技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，自20世紀(jì)90年代后，陸續(xù)開發(fā)了不同形式的以節(jié)能為目的的抽油機(jī)，節(jié)能抽油機(jī)仍然屬于普通式游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)。關(guān)于節(jié)能型抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將在節(jié)能技術(shù)中加以介紹。普通式游梁式抽油機(jī)和前置式游梁式抽油機(jī)兩者的主要組成部分相同，只是游梁與連桿的連接位置不同。普通抽油機(jī)一般采用機(jī)械平衡，而前置式抽油機(jī)最初多采用氣動(dòng)平衡，但由于技術(shù)上的不完善，后來(lái)使用機(jī)械平衡的方法，目前在我廠使用的前置式抽油機(jī)均為機(jī)械平衡。前置式抽油機(jī)上沖程曲柄轉(zhuǎn)角為195，下沖程曲柄轉(zhuǎn)角165，使得上沖程較下沖程慢。我國(guó)已制定了游梁式抽油機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)，其型號(hào)表示方法如下：CYJ 10 3 53 H B F-復(fù)合平衡 平衡方式代號(hào) Y-游梁平衡 B-曲柄平衡 Q-氣動(dòng)平衡 減速箱形式代號(hào)：H為點(diǎn)嚙合雙圓弧齒輪；漸開線人字齒輪省略 減速箱曲柄軸最大允許扭矩，KN.m 光桿最大沖程 m 懸點(diǎn)最大載荷 10KN CYJ-常規(guī)型 游梁式抽油機(jī)系列代號(hào) CYJQ-前置型 CYJY-偏置型4.1.2 抽油泵1 抽油泵是抽油機(jī)深井泵抽油系統(tǒng)中的井下設(shè)備。由于它的工作環(huán)境復(fù)雜，條件惡劣，而且它工作的好壞直接關(guān)系到油井的產(chǎn)量，因而應(yīng)滿足以下一般要求：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，質(zhì)量好。連接部分密封可靠；（2）制造材料耐磨，抗腐蝕性好，使用壽命長(zhǎng)；（3）規(guī)格能滿足排量要求，適應(yīng)性強(qiáng)；（4）便于起下。抽油泵主要由工作筒、柱塞及固定凡爾、游動(dòng)凡爾組成。按照抽油泵在油管中的固定方式分為桿式泵和管式泵。在我廠主要應(yīng)用管式泵。我國(guó)已制定了抽油泵系列標(biāo)準(zhǔn)，其型號(hào)表示方法如下：CYB 38 R H A M 4.5-1.5-0.6 加長(zhǎng)短節(jié)長(zhǎng)度 m 柱塞長(zhǎng)度 m 泵筒長(zhǎng)度 m 定位部件形式：C-皮碗式；M-機(jī)械式 定位部位：A-定筒式、頂部定位 B-定筒式、底部定位 T-動(dòng)筒式、頂部定位 泵筒形式：H-金屬柱塞厚壁筒 L-金屬柱塞組合泵筒 W-金屬柱塞薄壁筒 S-軟柱塞薄壁筒 P-軟柱塞厚壁筒 抽油泵形式：R-桿式泵；T-管式泵 公稱直徑 mm 抽油泵代號(hào) 抽油泵柱塞和泵筒配合分為三個(gè)等級(jí)，其間隙值見下表間隙等級(jí)直徑上的間隙（m）2070>70120>120170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：公稱直徑（mm）試驗(yàn)壓力（MPa）間隙等級(jí)最大漏失量（L/min）32101054511196381255351421441456201645561847892094571878032131702309862617832721169310395312133835524.1.3 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。4.2 抽油泵的工作原理4.2.1 泵的抽汲過(guò)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(guò)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(guò)程，條件是泵內(nèi)壓力高于柱塞以上液柱壓力。4.2.2 泵的理論排量泵的工作過(guò)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。式中：fp柱塞面積，m2 s光桿沖程 m D泵徑 m每分鐘排量Vm每日排量：4.3 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。4.3.1 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(guò)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：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，s=7850Kg/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：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d(m)截面積（cm2）空氣中每米抽油桿重量（Kg/m）161922252.002.853.803.911.642.303.073.17（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。（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： 式中：Pi吸入壓力pi作用在柱塞底部產(chǎn)生的載荷 N pi吸入壓力 Pa fp柱塞截面積 m2 pn沉沒壓力 Pa pi液流通過(guò)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：式中：vf-液體通過(guò)固定凡爾閥孔的流速，m/s; fp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)NRe： 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)：下沖程時(shí)：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： 液柱的慣性力Il為： 式中：-考慮油管過(guò)流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù)： ftf-油管過(guò)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) 下死點(diǎn)時(shí)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Iru為：下沖程時(shí)液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷Ird為：上沖程時(shí)液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷Ilu為：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(guò)抽油桿柱重量的1.5%。（2）柱塞與襯套之間的摩擦力：當(dāng)泵徑不超過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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。4.3.2 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： 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、Pi i及液柱慣性載荷。此時(shí)可得：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?，F(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 公式 公式 公式 公式 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。第5章 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率及節(jié)能技術(shù)抽油機(jī)井的耗能占全廠總能耗的三分之一以上，是全廠能耗占有比例最大的一個(gè)部份，因而采取節(jié)能降耗技術(shù)措施，提高機(jī)采井系統(tǒng)效率是降低我廠維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)油田可持續(xù)發(fā)展的重要手段，這與每