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游梁式抽油机的工作原理游梁式抽油机是有杆抽油系统的地面驱动装置，它由动力机、减速器、机架和连杆机构等部分组成。
减速器将动力机的高速旋转运动变为曲柄轴的低速旋转运动;曲柄轴的低速旋转圆周运动由连杆机构变为驴头悬绳器的上下往复直线运动，从而带动抽油泵进行抽油工作。
游梁式抽油机是机械采油设备中问世最早的抽油机机种，基本结构如图1所示：图1 常规游梁式抽油机基本机构图1-刹车装置2-电动机3-减速器皮带轮4-减速器5-动力输入轴6-中间轴7-输出轴8-曲柄9-曲柄销10-支架11-曲柄平衡块12-连杆13-横梁轴14-横梁15-游梁平衡块16-游梁17-支架轴18-驴头19-悬绳器20-底座常规游梁式抽油机的运动分析（下图为ppt 演示文稿，请双击打开相关内容）常规游梁式抽油机的运动分析常规游梁式抽油机的悬点载荷计算一、抽油机悬点载荷简介当游梁式抽油机通过抽油杆的上下往复运动带动井下抽油泵工作时，在抽油机的驴头悬点上作用有下列几类载荷：(1)静载荷包括抽油杆自重以及油管内外的液体静压作用于抽油泵柱塞上的液柱静载荷。
(2)动载荷由于抽油杆柱和油管内的液体作非匀速运动而产生的抽油杆柱动载荷以及作用于抽油泵柱塞上的液柱动载荷。
(3)各种摩擦阻力产生的载荷包括光杆和盘根盒间的摩擦力、抽油杆和油液间的摩擦力、抽油杆(尤其是接箍)和油管间的摩擦力、油液在杆管所形成的环形空间中的流动阻力、油液通过泵阀和柱塞内孔的局部水力阻力，还有柱塞和泵筒之间的摩擦阻力。
抽油机有杆泵运动1个周期内的4个阶段1—抽油杆; 2—油管; 3—泵筒有杆泵的具体运行过程：1.电机提供动力给齿轮箱。
齿轮箱降低输出角速度同时提高输出转矩。
2.曲柄逆时针转动同时带动配重块。
曲柄是通过联接杆连接游梁的，游梁提升和沉降活塞。
驴头在最低位置的时候，标志着下冲程的止点。
可以注意到曲柄和连接杆此时在一条直线上。
3.上冲程提升驴头和活塞，随之油背举升。
在上止点，所有的铰链在一条直线。
游梁式抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆，以曲柄，连杆和游梁后臂为三个活动杆所构成的四连结构。
1.1四连杆机构运动分析：图1复数矢量法： 为了对机构进行运动分析，先建立坐标系，并将各构件表示为杆矢量。
结构封闭矢量方程式的复数矢量形式：3121234i i i l e l e l e l ϕϕϕ+=+ (1)应用欧拉公式cos sin i e i θθθ=+将(1)的实部、虚部分离，得1122433112233cos cos cos sin sin sin l l l l l l l ϕϕϕϕϕϕ+=+⎫⎬+=⎭(2)由此方程组可求得两个未知方位角23,ϕϕ。
当要求解3ϕ时，应将2ϕ消去可得2222234134313311412cos 2cos()2cos l l l l l l l l l l ϕϕϕϕ=++---- (3)解得2223tan(/2)()/()B A B C A C ϕ=+-- (4)33233sin arctancos B l A l ϕϕϕ+=+ (5)其中：411112222323cos sin 2A l l B l A B l l C l ϕϕ=-=-++-=(4)式中负号对应的四连杆机构的图形如图2所示，在求得3ϕ之后，可利用(5)求得2ϕ。
图2由于初始状态1ϕ有个初始角度，定义为01ϕ，因此，我们可以得到关于011t ϕϕω=+，ω是曲柄的角速度。
而通过图形3分析，我们得到OA 的角度0312πθϕϕ=--。
因此悬点E 的位移公式为||s OA θ=⨯，速度||ds d v OA dt dtθ==，加速度2222||dv d s d a OA dt dt dtθ===。
图3已知附录4给出四连杆各段尺寸，前臂AO=4315mm ，后臂BO=2495mm ，连杆BD=3675mm ，曲柄半径O ’D=R=950mm ，根据已知条件我们推出''||||||||OO O D OB BD +>+违背了抽油系统的四连结构基本原则。
新型抽油机载荷、扭矩计算公式及平衡调整方法一、抽油机载荷、扭矩计算公式1、双驴头抽油机:悬点最大载荷：P max =(P’液+ P’杆)×(1+Sn2/2390) kN悬点最小载荷：P min =P’杆（1-Sn2/1470）kN减速器曲柄轴最大扭矩：M max =0.22S（P max-P min）kN.m2、高原皮带式抽油机:悬点最大载荷：P max= P’液+ P’杆kN悬点最小载荷：P min = P’杆kN减速器输出轴最大扭矩：M max= 0.5R(P max-P min)=0.5R P’液kN.m平衡箱总配重：P配= 0.5(P max+P min) kN式中：P’液—抽油泵柱塞全断面上的液柱重力（沉没度太大时要考虑动液面深度），kN；☆P’液=ρf gLA Qρf—井液密度，t/m3；g—重力加速度（=9.81m/s2）；A Q—柱塞全断面积，m2；L——下泵深度，m；P’杆—抽油杆在井液中的重力，kN；☆P’杆=9.81×10-3L P杆（1-ρf/ρr）P杆—每米抽油杆在空气中的重量，kgρr—抽油杆密度（对钢杆ρr=7.85t/m3）ArrayS—冲程长度，m；n—冲程次数, min-1R—悬绳器驱动摩擦轮节圆半径，m；二、双驴头抽油机平衡调整双驴头抽油机安装前应根据油井井况和抽油机工况，初步估算平衡块的组合和平衡块的位置，以避免出现严重的不平衡现象。
投产后，应根据曲柄轴实际净扭矩情况，调整平衡，以保证抽油机在最佳状态下工作，现介绍两种平衡调整的计算方法。
1、安装前初步估算平衡（1）估算所需的平衡力矩M平（据已有数据选用三式之一）M平＝0.47×（P＇杆－B＋P＇液/2）×S千牛吨·米M平＝0.235×S×（Pmax+Pmin）千牛吨·米M平＝0.51×（|M上max|+|M下min|）千牛吨·米式中：P＇杆——抽油杆在油液中的重量（千牛吨）P＇液——动液面以上，泵柱塞全断面上液柱的重量（千牛吨）S——所用冲程长度（米）M上max，M下min分别为上、下冲程悬点负荷在曲柄轴上产生的载荷扭矩代数和的最大、最小值（千牛顿·米）P′杆＝q′LP′液＝r·F·e·g Pmax·M上max＝［Pmax －B］·TF100·M下min＝［Pmin －B］·TF280·式中：q′—每米抽油杆在油液中的重量（千牛顿）L—泵挂深度（米）r—油液密度（千克/米3）e—动液面至井口的深度（米）F—泵柱塞断面积（米2）g—重力加速度值：取g=9.8米/秒2B—抽油机结构不平衡力(千牛顿)，查抽油机铭牌或说明书的平衡力矩图解。
第二节抽油机悬点运动规律及悬点载荷一、教学目的了解抽油机悬点的运动规律，抽油机悬点静载和动载的计算方法以及最大载荷、最小载荷的位置及其计算值。
二、教学重点、难点教学重点：1、悬点运动规律；2、载荷计算。
教学难点：1、最大载荷和最小载荷的计算。
三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形和动画。
四、教学内容本节主要介绍两个方面的问题：1.抽油机悬点运动规律.2.抽油机悬点载荷计算.（一）抽油机悬点运动规律1、简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件：r/l≈0、r/b≈0游梁和连杆的连接点B的运动可看做简谐运动，即认为B点的运动规律和D点做圆运动时在垂直中心线上的投影(C点)的运动规律相同。
则B 点经过t 时间(曲柄转角φ)时位移为：)cos 1()cos 1(t r r S B ωφ-=-=以下死点为坐标零点，向上为坐标正方向，则悬点A 的位移为：)cos 1(t r b aS b a S B A ω-==A 点的速度为:tr b a dt dS v A A ωωsin ==A 点的加速度为:tr b a dt dv W A A ωωcos 2==2、简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律 假设条件：l r l r =<<λ 410把B 点绕游梁支点的弧线运动近似地看做直线运动，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑块运动。
A 点位移：b ar SA )sin 2cos 1(2φλφ+-=A 点速度:b ar dt dS v A A )2sin 2(sin φλφω+==A 点加速度:b ar dt dv W A A )2cos (cos 2φλφω+==)1(220m axl r S a +=︒=ωϕ)1(22180m axl r S a --=︒=ωϕ(二)抽油机悬点载荷计算1、悬点所承受的载荷 （1）静载荷包括：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压力对悬点载荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响。
①抽油杆柱载荷 上冲程：gLq gL f W r s r r ==ρ （即杆柱在空气中的重力）下冲程：Lg q g L f W rl s r r '=-=')(ρρ （即杆柱在液体中的重力）b q q q r s l s r r=-='ρρρ/)(sl s b ρρρ/)(-=②作用在柱塞上的液柱载荷 上冲程:游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为：gL f f W l r p l ρ)(-=下冲程:游动阀打开，液柱载荷作用于油管，而不作用于悬点。
③沉没压力(泵口压力)对悬点载荷的影响上冲程：在沉没压力作用下，井内液体克服泵入口设备的阻力进入泵内，此时液流所具有的压力即吸入压力。
吸入压力作用在柱塞底部产生向上的载荷pi n p i i f p p f p P )(∆-==下冲程：吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。
④井口回压对悬点载荷的影响液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产生附加的载荷。
上冲程：增加悬点载荷:)(r p h hu f f p P -= 下冲程：减小抽油杆柱载荷:rh hd f p P =（2）动载荷(惯性载荷、振动载荷) ①惯性载荷(忽略杆液弹性影响)ε 下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。
)1(220m ax l r S a +=︒=ωϕ)1(22180m ax lrSa--=︒=ωϕ抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷：上冲程：⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛=+=lrsNWlrNSgWlrSgWIrrrru117901302)1(2222πω取r/l=1/4时，14402SNWIrru=下冲程：)1()1(22rSNWrSWIrrrd--=--=ω液柱引起的悬点最大惯性载荷：上冲程：εεω⎪⎭⎫⎝⎛+=+=lrSNWlrSgWIlllu11790)1(222下冲程中液柱不随悬点运动，没有液柱惯性载荷。
悬点最大惯性载荷： 上冲程：luru u I I I +=下冲程： rdd I I =②振动载荷抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。
其数值与抽油杆柱的长度、载荷变化周期及抽油机结构有关。
(在考虑抽油杆柱弹性时最大载荷计算时介绍) （3）摩擦载荷1)抽油杆柱与油管的摩擦力 （杆管） 2)柱塞与衬套之间的摩擦力 （柱塞与衬套） 3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液） 4)液柱与油管之间的摩擦力 （管液） 5)液体通过游动阀的摩擦力 （阀阻力） 上冲程主要受1)、2)、4)影响，增加悬点载荷； 下冲程主要受1)、2)、3)、5)影响，减小悬点载荷。
①抽油杆柱与液柱之间的摩擦力抽油杆柱与液柱间的摩擦发生在下冲程，摩擦力方向向上。
阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化，最大值为：max222])1(ln )1(1[2v m m m m L F rl --+-=πμ把悬点看做简谐运动，则602max SNS πωυ==主要决定因素：液体粘度和抽油杆的运动速度。
②液柱与油管间的摩擦力上冲程时，游动阀关闭，油管内的液柱随抽油杆柱和柱塞上行，图3-18 标准型凡尔的流量系数④杆管摩擦力：Nf F rt ⋅=⑤柱塞与衬套之间的摩擦力：14094.0-=epp d d F抽油杆柱载荷、液柱载荷及惯性载荷是构成悬点载荷的三项基本载荷。
稠油井内摩擦载荷及大沉没度井的沉没压力产生的载荷突出；在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生柱塞与泵内液面的撞2l p l则：)1(17902m ax l rSN W W W P r l r ++'+'=rd r I W P +'=min )1(17902lrSN W Lg q r r --'= （2）考虑抽油杆柱弹性时悬点最大载荷的计算 初变形期：从上冲程开始到液柱载荷加载完毕的过程。
初变形期之后，抽油杆柱带着活塞随悬点做变速运动。
在此过程⎪⎭ ⎝++==L t n n t x u nn ωπω2sin )12(sin )12(),(002抽油杆柱的自由纵振在悬点上引起的振动载荷为:[]t n n aV Ef xuEf F nn r x rv 022)12(sin )12()1(8ωπ∂∂++-=-=∑∞==悬点的的振动载荷是t 0ω的周期函数。
v aEf F rv =max所以，最大振动载荷发生在......2,20πω=t 处，实际上由于存在阻尼，振动将会随时间衰减，故最大振动载荷发生在20πω=t 处，即：aL t m ==02ωπ②抽油杆柱的惯性载荷初变形期之后抽油杆柱随悬点做变速运动，必然会由于强迫运动而在抽油杆柱内产生附加的动载荷。
为了使问题简化，把强迫运动产生的动载荷只考虑为抽油杆柱随悬点做加速度运动而产生的惯性载荷。
惯性载荷的大小取决于抽油杆柱的质量、悬点加速度及其在杆柱上的分布。
悬点加速度的变化决定于抽油机的几何结构。
简谐运动时，悬点加速度为：t S a '=ωωcos 22抽油杆柱距悬点x 处的加速度为：)(cos 22ax t S a x -'=ωω 在x 处单元体上的惯性力将为：dx axt S q dF r i )(cos 22-'=ωω积分后可得任一时间作用在整个抽油杆柱L 上的总惯性力：⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-'=⎰a L t t s a Ef dx a x t g S q F r r Li ''20sin sin 2)(cos 2ωωωωω度等于悬点运动速度，即0sin 2sin 2t ss r r ωωαωυυλλ===油管下端固定时悬点最大载荷为：)sin(2max aLS a Ef W W P r r l r ωαωλ++'+'=b.油管下端未固定初变形期末悬点运动速度：λλαωυsin 2S=五、教学后记通过本节的学习，绝大数学生都了解了抽油机悬点按简谐运动和曲柄滑块机构运动时悬点的运动规律；了解了动载荷、静载荷以及其它载荷的计算方法，并了解了最大载荷和最小载荷的计算，最大载荷和最小载荷出现的位置。
六、教学参考书1、张琪，采油工程原理与设计2、崔振华等编，“有杆抽油设备与技术”系列丛书七、复习思考题1、抽油机悬点运动可简化为哪几种运动规律？简化条件是什么？不同运动规律的S A、 A、a A如何建立的？何时出现a max？2、抽油机悬点分析在上、下冲程时各承受哪几种载荷？3、杆为刚体、弹性体时悬点最大，最小载荷各发生在何时？如何确定P max、P min？4、P.109公式Ⅰ-Ⅴ中考虑了哪几种载荷？各公式的适用条件分别是什么？。
