东北石油大学工程训练研究报告2012年6月18日目录任务书第1章概述 (1)1.1 抽油机的特点 (1)1.2 抽油机分类 (1)1.3 抽油机的发展趋势 (2)第2章常规游梁式抽油机传动方案设计 (3)2.1抽油机系统的组成 (3)2.2抽油机工作原理 (3)2.2系统的机构（运动）简图 (4)第3章曲柄摇杆机构设计 (4)3.1 设计参数分析与确定• (4)3.2 按K设计曲柄摇杆机构 (5)3.3 曲柄摇杆机构优化设计分析 (6)3.4结论和机构运动简图.......................... 错误！未定义书签。
第4章常规游梁式抽油机传动系统运动和动力参数分析计算 .. (8)4.1 传动比分配和电动机选择 (8)4.2 各轴转速计算 (10)4.3各轴扭矩计算 (10)4.4各轴功率计算 (10)第5章齿轮减速器设计计算 (11)5.1 高速级齿轮传动设计计算 (11)5.2 低速级齿轮传动设计计算 (12)5.3结论及运动简图 (14)第6章带传动设计计算 (14)6.1 带链传动的方案比较 (14)6.2 带传动设计计算 (15)6.3结论及运动简图 (16)第7章轴系部件设计计算 (16)7.1 各轴初算轴径 (16)7.2 轴的结构设计 (17)7.3滚动轴承寿命验算 (18)7.4轴的强度和刚度验算 (22)第8章连接件的选择和计算 (26)8.1 齿轮连接平键的选择与计算 (26)8.2 带轮连接平键的选择与计算 (27)8.3螺纹连接件的选择 (28)第9章设计结论汇总 (29)总结 (31)参考书目 (31)东北石油大学工程训练任务书课程机械设计基础题目常规游梁式抽油机传动系统设计专业姓名学号主要内容、基本要求、主要参考资料等一、设计的目的1、综合利用所学的知识，培养解决生产实际问题的能力。
2、掌握一般的机械传动系统设计方法和步骤。
3、掌握基本机构一般的设计方法和步骤。
4、熟悉和运用设计标准、规范及相关资料。
培养独立解决问题的能力。
二、机械设计的一般过程1、设计前的准备；2、总体方案设计；3、总体结构设计；4、零部件设计；5、联系厂家，生产样机，现场实验；6、根据实验，修改设计；7、编写设计说明书和使用说明书8、鉴定三、课程设计题目1、功能抽油机是将原油从井下举升到地面的主要采油设备之一。
常用的有杆抽油设备主要由三部分组成：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。
三部分之间的相互位置关系如图1所示。
抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而实现将原油从井下举升到地面的目的。
悬点载荷P、抽油杆冲程S和冲次n是抽油机工作的三个重要参数。
悬点指执行系统与抽油杆的联结点，悬点载荷P（kN）指抽油机工作过程中作用于悬点的载荷；抽油杆冲程S（m）指抽油杆上下往复运动的最大位移；冲次n（次/min）指单位时间内柱塞往复运动的次数。
假设悬点载荷P的静力示功图如图2所示。
在柱塞上冲程过程中，由于举升原油，作用于悬点的载荷为P1，它等于原油的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量；在柱塞下冲程过程中，原油已释放，此时作用于悬点的载荷为P2，它就等于抽油杆和柱塞自身的重量。
四、原始数据及设计要求假设电动机作匀速转动，抽油杆（或执行系统）的运动周期为T。
两种油井工况图1 抽油机系统示意图图2 静力示功图分别为：工况1：抽油杆上冲程的时间为8T/15，下冲程的时间为7T/15。
工况2：抽油杆上冲程时间与下冲程时间相等。
两种工况下抽油机的设计参数如表1所示。
表1 抽油机的设计参数五、设计任务1、根据任务要求，进行抽油机机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图。
2、根据设计参数和设计要求，采用优化算法进行执行系统（执行机构）的运动尺寸设计，优化目标为抽油杆上冲程悬点加速度为最小，并应使执行系统具有较好的传力性能。
3、建立执行系统输入、输出（悬点）之间的位移、速度和加速度关系，并编程进行数值计算，绘制一个周期内悬点位移、速度和加速度线图（取抽油杆最低位置作为机构零位）。
4、选择电动机型号，分配减速传动系统中各级传动的传动比，并进行传动机构的工作能力设计计算。
（注：选作完成齿轮减速器装配图设计）。
5、编写研究报告一份。
设计说明书应包括以下内容：1）功能分解；2）原始数据及计算；3）简述方案设计思路及讨论、改进；4）执行机构设计步骤或分析计算过程；5）传动系统设计计算；6）对所设计的结果分析讨论；7）感想与建议。
六、参考资料1、《机械设计基础》高等教育出版社杨可桢程光蕴主编（第五版）19992、《机械原理》高等教育出版社孙桓等主编（第七版）20063、《机械设计》高等教育出版社濮良贵主编（第七版）20064、《机械原理课程设计》科学出版社，王淑仁主编20065、《机械设计课程设计》华中科技大学出版社，唐增宝等主编（第二版）19986、其它机械原理和机械设计课程设计书籍和有关机械方案设计手册完成期限指导教师专业负责人年月日第一章概述1.1抽油机的特点抽油机是将石油从地下开采到地上的采油设备，俗称“磕头机”，它的产生和使用由来已久，已有百年历史。
其中应用最早、普及最广的是游梁式抽油机，早在130年前就诞生了。
常规游梁式抽油机具有结构简单、容易制造、可靠性高、耐久性好、维修方便、适应现场工况等优点，在采油机械中占有举足轻重的地位，在今后相当长的一段时间内仍是油田首选的采油设备。
但是由于常规游梁式抽油机本身的结构特征，决定了其具有平衡效果差，曲柄轴净扭矩波动大，存在负扭矩、工作效率低和能耗大等缺点。
1.2 抽油机分类随着油田的发展，有杆抽油技术取得了突破性的进展，尤其是近十几年来，科学工作者不断的开展对新型节能抽油机的研究，在理论和实践上均取得了很大的进展。
越来越多的新型抽油机相继研制成功，对油田的发展做出了贡献。
目前在用的有杆式抽油机主要分为以下几类：保持游梁和曲柄主体结构的抽油机(第1代抽油机);以无游梁或者塔架长冲程为主体结构的抽油机(第2代抽油机);以抽油、作业、侧试一体化，一次投资少等特点的多功能无游梁抽油机(第3代抽油机)。
第1代抽油机分为常规型、变型、退化游梁和斜直井4种类型，包括25种抽油机。
其中.变型抽油机是在对常规游梁机不同零部件、平衡方式和传动方式进行改造的基础上分为变驴头、变曲柄、变平衡、变传动和变游梁五种类型。
图1 常规游梁式抽油机图 2 斜直井抽油机第2代抽油机分为高架曲柄型、电动机换向型、机械换向利和其他无游梁型4种类型，包括13种抽油机。
高架曲柄型抽油机(包括天轮式抽油机、渐开线异形抽油机和曲柄连杆型无游梁式抽油机)主要特点是采用曲柄连杆机构传动.支架高。
电动机换向型抽油机(包括宽皮带长冲程抽油机、电动油泵、摩擦式抽油机、立式数控抽油机)主要特点是采用正反转电动机实现抽油杆柱的上下往复运动。
机械换向型抽油机(包括直线往复式抽油机、链式液压抽油机、液缸型液压抽油机和链条抽油机)主要特点是通过变向减速器，或者液压换向阀，或者机械换向装置,实现抽油杆柱的上下往复运动。
第3代抽油机分为单柄型、直驱多功能型和高架作业型3种类型，包括4种抽油机。
其中，单曲柄型抽油机(包括井U式抽汕机和单柄柔性倍程抽油机)的主要特点是采用单曲柄机构传动.具有抽油、作业、测试一体化等多功能。
近期还在油田应用了电磁直驱式、高架抽油作业机等，功能多，能耗低.1.3 抽油机的发展趋势目前，抽油机的发展趋势主要有以下几个方面。
1）朝着大型化方向发展随着世界油气资源的不断开发，开采油层深度逐年增加，石油含水量也不断增加，采用大泵提液采油工艺和开采稠油等都要求使用大型抽油机。
因此，国外近几年来出现了许多大载荷的抽油机，例如前置式气平衡抽油机最大载荷213 ，气囊平衡抽油机最大载荷227 。
随着生产的需要，将来还会有更大载荷的抽油机出现。
2）朝着低能耗方向发展为了减少能耗，提高经济效益，近年来国、内外有关专家研制了许多节能型抽油机，如异相型抽油机、双驴头抽油机、摆杆抽油机、渐开线抽油机、磨擦换向抽油机等。
3）朝着高适应性方向发展抽油机应具备较高的适应性，以便拓宽其使用范围，例如适应各种自然地理和地质构造条件抽油的需要；适应各种成分石油抽汲的需要；适应各种类型油井抽汲的需要；适应深井抽汲的需要；适应长冲程的需要；适应节电的需要；适应无电源和间歇抽汲的需要；适应优化抽油的需要等。
4）朝着长冲程无游梁抽油机方向发展近年来，国内、外研制并应用了多种类型的长冲程抽油机，其中包括增大冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机。
5）朝着自动化和智能化方向发展目前，我国生产抽油机的厂家有十几家，产品主要是以游梁式抽油机为主，其研制和开发的各种节能型游梁式抽油机，如偏置式节能抽油机、双驴头异型抽油机、偏轮式高效节能抽油机、渐开线抽油机均以在全国各油田得到了一定的推广应用，并取得了显著的经济效益。
其中1）偏置式节能抽油机，一般可节电15%-35%；2）双驴头异型抽油机，一般可节电30%以上；3）偏轮式高效节能抽油机，一般可节电30%-50%；4）渐开线抽油机，一般可节电20%-30%。
另外，高转差电机等节能电机在提高系统效率和节能方面有较大效果，但是造价较高，难以代替普通异步机。
在长期的油田使用中，人们普遍认为常规游梁式抽油机既有它的优势，也有能耗高的缺点。
为克服常规抽油机能耗高的缺点，目前国、内外研究者主要采取了两个途径：一是在常规游梁式抽油机的基础上改变结构尺寸参数，即改变扭矩因数使悬点扭矩曲线产生变位，或按照变矩平衡原理，研制开发了许多节能高效的新型节能游梁式抽油机，使传统的游梁式抽油机又呈现出了强大的生命力；另一个是从原理到结构形式上另辟新径，研制开发非四连杆机构的新型节能抽油机，如立式无游梁抽油机、电动潜油螺杆泵和无杆泵等。
这两大抽油机都已在油田上被广泛采用。
第2章常规游梁式抽油机传动方案设计2.1抽油机系统的组成抽油机是将原油从井下举升到地面的主要采油设备之一。
常用的有杆抽油设备主要由三部分组成：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。
三部分之间的相互位置关系如图3所示。
抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而实现将原油从井下举升到地面的目的。
2.2抽油机工作原理游梁抽油机的工作原理是由交流电动机恒速运转拖动抽油泵，沿着重力作用方向进行往复运动，从而把原油从数百至数千米的井下抽到地面。
