游梁式抽油机运动学分析.doc

一曲柄摇杆机构杆长计算目前，游梁式抽油机采用的是四杆机构原理。

国内外使用的游梁式抽油机四杆机构的循环主要有三种：对称循环、近视对称循环和非对称循环。

我们采用近视对称循环四杆机构，为了方便与计算，认为游梁旋转的上下极限转角相等。

由石油天然气行业标准查得游梁的最大转角055α=，因此游梁旋转上下极限位置与水平夹角分别为27.52α︒=。

游梁式抽油机采用的是四杆机构为曲柄摇杆机构，其原理简图如图一所示。

图一：执行机构的原理简图曲柄摇杆机构的两位置如下图二、图三所示，曲柄的半径为R，连杆的长度为L连，游梁回转中心与曲柄回转中心距离为l。

由设计说明书知游梁的前臂长度=6L前m, 游梁的后臂长度=3.162L后m，游梁支撑中心到底座距离=2.8H1m，曲柄转动轴中心到底座的直距离2=2H m，游梁支撑中心到曲柄转动轴中心的水平距离=4.1L m。

实用文档实用文档图二：游梁水平示意图图三：游梁后臂上仰最大角示意图由图示两位置状态知：222212() 4.1(2.82) 4.18l L H H m=+-=+-=实用文档1221120.8arctan()arctan()11.054.127.5211.0527.539 2.6314.18 3.162=1.0181.8245;0.8065.H H L L R m L R l L m L m R m οοοοοβαββββ-======+=+=+===-=-=-==连后连连二 驴头的结构设计及重量计算驴头用来将游梁前端的往复圆弧运动变为抽油杆的垂直直线往复运动，为了保证在一定冲程长度下，将圆弧运动变为悬点的直线运动，驴头的圆弧面长度应为:max =~S 弧（1.2 1.3）Smax S 为驴头悬点的最大冲程。

由设计说明书知：max S =6m ，取max 1.2S S =弧，则1.267.2S m =⨯=弧驴头的最大转角为55α︒=， S R α=⋅弧驴，因此7.2===7.504m 55 3.14180S R α⨯弧驴 驴头的材料选厚为100mm 耐磨板的45钢。

异相型游梁式抽油机设计摘要抽油设备中，以游梁式抽油机最为普遍，数量也最多。

游梁式抽油机具有机构简单、可靠性高等优点，因而在油田得到了广泛应用。

随着石油工业的发展，目前，为了增加抽油机的适应性、可靠性、经济性和先进性，提高抽油效率，减少动力消耗，改善抽油机的运动特性、动力特性与平衡特性。

因此国内外抽油机的总的发展趋势是向着超大载荷，长冲程，低冲次，精确平衡，自动化，智能化，节能化，高适应性方向发展。

异相型游梁式抽油机是油田应用最为广泛的一种节能型抽油机。

它的设计原理与方法对抽油设备具有通用性。

本文介绍了异相型游梁式抽油机工作原理与节能原理，进行了运动学和动力学分析计算、平衡计算。

为此，将曲柄回转运动分成24等分，逐点计算悬点的光杆因数、扭矩因数、加速度、载荷值；曲柄扭矩计算、平衡率计算及交变载荷系数计算等。

由于计算工作量大，在手算基础上采用了计算机的Excel软件优选了抽油机的几何尺寸。

对主要部件进行了选择计算，合理选择电动机和双圆弧齿轮减速器，设计了窄V带传动装置。

最后对各结构进行了应力和强度校核。

设计显示：如果异相型游梁式抽油机的几何尺寸得到优化，节能效果是显著的。

关键字：异相型抽油机，扭矩因数，悬点载荷，净扭矩AbstractPumping equipment, with the most common beam pumping unit, also most.beam pumping unit has the advantages of simple structure, high reliability, and has been widely applied in the field.Along with the development of the petroleum industry, now, in order to increase the adaptability of the pumping unit, reliability, economy and advanced, improve the efficiency of oil, reduce power consumption, improve the motion characteristics and pumping dynamic characteristics and balance.So the general development trend and pumping unit is large load, and long stroke to flush times, low precision balance, automation, energy saving, intelligent, and high adaptability.Out-of-phase type beam pumping unit is the most widely used oil pumping unit is an energy-saving.It's design principle and method of pumping equipment.The paper introduces the beam pumping unit type out-of-phase working principle and the energy saving principle, kinematics and dynamics analysis and calculation, the equilibrium calculation.Therefore, will turn into twenty-four equal crank movement point, the calculation of strength factor, hanging point torque factor, acceleration, load value, Crank torque calculation, balance ratio and alternating load coefficient calculation, etc. Due to the big workload is calculated based on the hand, using computers Excel the optimum geometric dimension of the pumping unit.The choice of main components, reasonable choice of double circular-arc gear reducer motors and narrow, design the V belt transmission device.Finally the stress on the structure and intensity.Design shows that: if out-of-phase type beam pumping unit, the optimized geometry size energy-saving effect is remarkable.Keywords: Out-of-phase type unit, torque factor, hanging point load, net torque目录前言 (1)1概述 (3)1.1国内外抽油机技术发展概况 (3)1.2抽油机的类型与结构及主要参数 (3)1.2.1 抽油机的类型 (3)1.2.2 抽油机的结构 (4)1.2.3 游梁式抽油机主要参数 (7)1.3近几年抽油机的研究重点及研究中应重视的问题 (7)1.3.1 抽油机的研究重点 (7)1.3.2 抽油机研究中应该重视的问题 (10)1.4异相型游梁式抽油机特、点工作原理与节能原理 (11)1.4.1 异相型游梁式抽油机特点 (11)1.4.2 工作原理 (11)1.4.3 节能原理 (11)2设计数据 (13)2.1设计数据 (13)2.2抽油机几何结构尺寸 (13)2.3抽油机模型示功图: (13)3设计与计算 (17)3.1异相型游梁式抽油机几何尺寸参数计算 (17)3.1.1 几何关系计算式 (17)3.1.2 符号含义 (17)3.1.3 各个点参数计算 (18)3.1.4 扭矩因数和光杆位置因数计算 (21)3.2抽油机运动学计算 (23)3.2.1 光杆（悬点）加速度计算式 (23)3.2.2 加速度计算 (23)3.2.3 加速度曲线 (24)3.3抽油机动力学计算 (24)3.3.1 悬点载荷计算式 (25)3.3.2 减速器扭矩计算 (26)3.3.3 曲柄轴净扭矩曲线 (27)、交变载荷系数CLF的计算 (28)3.3.4 平衡率P3.4传动系统设计 (28)3.4.1 电动机的计算与选择 (28)3.4.2 计算传动比及减速器的选择 (30)3.4.3 传动装置的运动和动力参数的计算及窄V带选择 (31)4 抽油机的各部件的强度计算与校核 (36)4.1连杆的应力分析与强度校核 (36)4.2游梁的应力分析及强度校核 (38)4.3滚动轴承的选择和寿命计算 (40)4.3.1 选取轴承并计算轴承支反力 (40)4.3.2 计算当量载荷 (41)4.3.3 计算轴承寿命 (42)5 结论 (43)6 谢辞 (44)7 参考文献 (46)异相型游梁式抽油机设计前言本设计通过对异相型游梁式抽油机的优化设计，改进了以往常规型抽油机的高能耗、曲柄净扭矩波动变化大、扭矩峰值高、加速度变化幅度大等特性。

游梁式抽油机文献综述前言有杆抽油系统是国内外油田最主要的，也是至今一直在机械采油方式中占主导地位的人工举升方式。

有杆抽油系统主要由抽油机、抽油杆、抽油泵等三部分组成，抽油机是有杆抽油系统最主要的举升设备。

根据是否具有游梁，抽油机可以分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。

由于游梁式抽油机具有结构简单、工作可靠等优点，游梁式抽油机一直是国内外油田应用最广泛的举升设备。

游梁式抽油机井数量多，其工作性能，特别是节能性能直接影响采油的成本。

因此，完善和发展游梁式抽油机设计理论，研制节能效果显著的节能型游梁式抽油机对于抽油机井的节能降耗、提高举升系统的经济效益具有重要的实际意义。

第一章抽油机功能及国内外研究现状1.1抽油机功能在石油液气的开采过程中，抽油机是重要的举升设备。

除了利用底层本身的能量进行自喷采油外，目前所用一切人工举升采油设备基本都是抽油机。

人工举升采油法称之为机械采油法。

典型的机械采油法包括无杆抽油和有杆抽油两种。

有杆抽油设备对应的采油机械由地面驱动设备（各种抽油机）、井下工作设备（各类抽油泵）和能量传递装臵（抽油杆或油液举升机构）等组成。

有杆抽油设备按照抽油泵运行方式又分为抽油杆往复运动类和旋转运动类，前者是通过下入井内的抽油杆带动井下的抽油泵柱塞上下往复运动，将油液送至地面。

有杆抽油设备的地面驱动设备主要有游梁抽油机和无游梁抽油机两种。

无杆抽油设备是各种不采用抽油杆传递动力的抽油设备的总称，此类设备由水电活塞机、电力离心沉没泵和振动泵、电动潜油离心泵、液压驱动类和气举采油设备组成。

游梁式抽油机是有杆抽油设备系统的地面装臵，它由动力机、减速器、机架和四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。

曲柄轴的旋转运动经由四连杆机构变为悬绳器的往复运动。

悬绳器下面连接抽油杆柱，由抽油杆柱带动抽油泵柱塞（或活塞），在泵筒内作上下往复直线运动，从而将油井内的油液举升到地面。

1.2国内抽油机研究现状抽油机是有杆抽油系统中最主要举升设备。

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加速度的极值发生在驴头的上下死点
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二、抽油机驴头悬点载荷分析. 静载荷——抽油杆柱和液柱载荷、泵的沉没
压力、井口油压
悬点载荷 动载荷——抽油杆柱和液柱的惯性载荷、振
动和冲击载荷、摩擦载荷等
1.抽油杆柱载荷 上冲程——抽油杆柱在空气中的重力Wr
Wr f r L s g qr L
(3-14)
(3-9)
(4)A点的加速度方程：
dVA a 2 WA r (cos cos 2 ) dt b
(3-10)
(5)A点最大位移(光杆冲程)： a a S X A max X B max 2r b b
(3-11) 9
(6)A点加速度的极值 加速度的极值点
dW A d
(2)加速度与惯性载荷的关系：
一个冲程可分为四个阶段：如图3-20
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表3-4 加速度对悬点载荷的影响
冲 程 00－900 加速度 惯性力 向上 向下 向下 向上 向下 向上 向上 向下 对悬点载荷的影响 增大悬点载荷 减小悬点载荷 减小悬点载荷 增大悬点载荷
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上冲 程 900－1800 1800－2700 下冲 程 2700－3600
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上冲程主要受(1) (2) (3)的影响，增加悬点载荷； 下冲程主要受 (1) (2) (4) (5)的影响，减少悬点载
荷。； 分析的关键： (1)摩擦力与运动物体的方向相反； (2)上冲程产生的摩擦载荷总是使悬点载荷增加；下 冲程正好相反。 （3）有三种情况没有摩擦力存在。]
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5.其它载荷 (1)振动载荷——由于交变载荷(惯性载荷的变 化和液柱载荷的交替作用)引起抽油杆柱的振动， 从而产生振动载荷。（一般对于下泵不太深、冲 数不大的井，可忽略。） (2)沉没压力和井口压力 由于沉没压力使悬点载荷减轻，（上冲程， 产生向上顶浮作用；下冲程无）；井口压力（即 井口回压）使悬点载荷增加，（下冲程减轻抽油 杆柱载荷）二者方向相反，可部分抵消，因此， 在计算中可忽略。

摘要现在油田的采油方式有两种：一种是利用地层本身的能量来举升原油，称作自喷采油法；另一类是人为的利用机械设备将原油举升到地面，称作机械采油法。

自喷采油法是最经济的方法，但是随着油田的开发，地层压力的降低，地层能量的消耗，油田不能再采用自喷采油法，就需要利用机械采油法。

机械采油法，有杆抽油是国内外油田最主要的，也是至今在机械采油方式中占绝对主导地位的人工举升方式。

有杆抽油系统主要由抽油机、抽油杆、抽油泵三部分组成，抽油机是有杆抽油系统最主要的升举设备。

根据其是否有游梁，抽油机可以划分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。

而常规游梁抽油机自诞生以来，历经百年，经历了各种工况和各种地域油田生产的考验，经久不衰。

目前仍在国内外普通使用。

常规游梁式抽油机以其结构简单、耐用、操作简便、维护费用低等明显优势，一直占据着有杆系采油地面设备的主导地位。

所以研究有杆类采油设备是非常有意义的。

本文介绍了常规抽油机工作原理与节能原理，设计过程中对抽油机运动学和动力学分析与计算，阐述了常规游梁式抽油机运动规律。

游梁式抽油机驴头的悬点载荷标志抽油机的工作能力的重要参数之一，而看它是否节能，其技术指标是抽油机的电动机实耗功率的大小及减速器的工作状态。

本设计全面概述了常规性抽油机的发展概况，抽油机的优化设计及其节能原理，对抽油机得几何参数，运动参数，动力学参数进行了全面的分析计算，以对常规游梁式抽油机进行优化设计。

关键词：常规游梁式抽油机；结构设计计算；优化AbstractMethod of oilfield exploitation of crude oil is divided into two kinds: one kind is uses thehigh energy to lift crude oil, known as the flowing production method; another kind is the use of mechanical equipment for the crude oil onto the ground, called the mechanical recovery method. Flowing production method is the mosteconomical, but with the development of oil fields, lower formation pressure,formation energy consumption, oil field can not use the flowing production method,need to use mechanical recovery method. Machinery production equipment from the mode of production can be divided into two kinds: rod production equipment and no rod production equipment, and rod production equipment for the main part,so the energy problem rod production equipment is very meaningful.Beam pumping unit is the main equipment for the production of rod oil extraction equipment in oil field. In some oil fields in China try to use technology to replace theconventional beam pumping machine is advanced, but because the cost is too high, the cost recovery period is too long, so in the field or in the beam pumping unit.This paper introduces the conventional pumping unit working principle and theprinciple of energy saving pumping unit, the analysis and calculation of the kinematics and dynamics of machine design process, the conventional beampumping oil machine movement law. One of the important parameters of the beampumping unit horsehead of the pumping unit horsehead load mark working ability,and to see whether it is energy saving, the technical indicators are motor pumping unit of the actual power consumption and the size of the reducer working state. The design of a comprehensive overview of the development of the conventionalpumping unit, optimizing design and energy-saving principle of oil drawing machine,the geometrical parameters, pumping motion parameters, the kinetic parameterswere analyzed to calculate.目录常规游梁式抽油机设计与仿真第一章绪论1.1游梁式抽油机技术发展抽油机产生和使用由来已久，已有百年的历史。

(9)电机座：它的主要作用是承载电机的重量，它 自成一体与抽油机底座由螺丝连接，它上面有井字 钢，目的是为了调整电机的前、后、左、右位置， 保持电机轮与减速器轮的“四点一线”，它是由槽 钢焊接而成。
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(10)电机：电机是动力的来源，一般采用感应 式三相交流电动机。它固定在电机座上由皮带 传送动力至减速器大皮带轮。前后对上有两条 顶丝可调节皮带的松紧度。
（8）检查三角皮带，应无损伤。皮带 松紧合适。
（9）检查电器部分及配电箱。
25
26
二、 抽油泵：抽油泵 也称深井泵．它是有杆 机械采油的一种专用设 备，泵在油井井筒中动 液面以下一定深度，依 靠抽油杆传递抽油机动 力，将原油抽出地面．
1、分类：按泵在井
内安装的方式，分为管
式泵和杆式泵两种。
(11)刹车装置：刹车也叫制动器，它是由手 柄、刹车中间座、拉杆、锁死弹簧、刹车轮、 刹车片等部件组成。刹车片与刹车轮接触时发 生摩擦而起到制动作用，所以也叫制动器。
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(12)大皮带轮：电动机把旋转的动力传给皮带，再由 皮带传给大皮带轮，由大皮带轮带动输入轴，它是减 速器做功的桥梁。
(13)尾轴承：它起着尾梁和游梁相连的作用，减小摩 擦使游梁上下运动较轻便。
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(2)曲柄平衡 是将平衡块加在曲柄上，适用于10吨(也叫10型)以上重 型抽油机。这种干衡方式减小了游梁平衡引起的抽油机摆 动，调整比较方便。但是，曲柄上有很大的负荷和离心力。 (3)复合平衡 在一台抽油机上同时使用游梁平衡和曲柄平衡。特点： 小范围调整时，可调整游梁平衡，大范围调整时，则调整 曲柄平衡块．这种平衡方式适用于中深井。 (4)气动平衡 利用气体的可压缩性来储存和释放能量达到平衡的目的， 可用于10吨以上重型抽油机，这种平衡方式减少了抽油机 的动负荷及震动，但其装置精度要求高，加工麻烦。

力旋 流 器 磨 蚀 分 析 ［ ］ Ｊ ．化 工 机 械 ， ０ ７ ３ ６ ： ２０ ， ４（ ）
３１ — ２０ ７３ ．
５ 结 语
基 于离 散 相模 型 ， 合 冲刷 磨 损模 型 模 拟压 裂 结
［ ］ 张 晓 东 ， 俊 华 ． 于 Ｆ ＵＥ ５ 李 基 Ｌ ＮＴ 的 锥 形 节 流 阀 流 场 数
３ ４井喷 砂器 两 侧 喷 砂 孔偏 磨 形 貌 ， ２ 与模 拟 结 果基
本 一致 。
由于喷砂 器 竖 直 放 置 情 况 下 压 裂 管 柱 偏 心 所 造 成
的 。随着施 工 时间 的逐 渐 增 加 ， 种 偏磨 现 象 会 更 这
加严 重 。喷砂 器 偏 磨 形 貌 与 现 场 施 工 结 果 基 本 吻 合， 验证 了基 于离散 相 模 型 的 冲刷 磨 损 模 型 可 以定
值模 拟 Ｅ；石 油矿 场机 械 ，０ ９ ３ （） ５—２ Ｊ． ２ ０ ，８ ９ ：０５ ．
收 稿 日期 ： ０ ２０ —０ ２ １ ２１
基 金 项 目 ： 龙 江 省 科 技 攻 关 项 目 （ ０ Ａ５ ７ 黑 ＧＺ ８ ０ ） 作 者 简 介 ： 龙 庆 （ ９ ２）男 ， 宁 复 县人 ， 授 ， 士 ， 要 从 事 石 油 钻 采 机 械 设计 理论 研 究 。 邹 １６ ， 辽 教 博 主
邹龙庆 ， 周 亮
（ 北石油大学 机械科学与工程学 院， 东 黑龙 江 大庆 １ ３ １ ） ３ ８ ６
摘 要 ： 用 Ｓ ｌ ｗｏｋ 软 建 立 了相 应 的 运 动 和 动 力 解 析 方 程 。 采 ｏｉ ｒ ｓ ｄ 并
４ ４ 与现场 磨损情 况 比较 ．
管柱各 种工 况下 的 内部 流场 、 磨损 形貌 ， 拟结果 显 模

标题六
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(1) 通过上面对游梁式抽油机驴头悬点运动规律的研 究可以看出,1个冲程过程中 , 悬点速度时刻在发生变 化 , 悬点加速度也不断地跟随变化,运动规律复杂。 (2) 可以看出借助于先进的计算机仿真技术,在开发初 期就可对其结构进行优化 , 可大大缩短产品生产周期, 降低成本。
常规游梁式抽油机简述
145工作室
组长：张成涛 组员：孟庆迪、赵的玉、张伟鹏 汇报人：张成涛 ppt：张伟鹏
一 二
结构组成
工作原理
计算仿真 应用范围优缺点 前景分析 参考文献
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三 四
五
六
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标题一
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标题二
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标题三
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一.结构组成
标题二
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标题三
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标题四
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标题五
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标题六
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标题一
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标题二
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标题三
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五.抽油机发展趋势
标题四
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标题五
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标题一
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基于Pro/E的抽油机运动学仿真分析
• 对抽油机悬点做了运动学理论分析，得出 悬点位移、速度和加速度计算公式。采用Pro / E软件中的模块对CYJY10—3—53HB型抽油 机进行机构运动学仿真研究,得出抽油机悬点 位移、速度和加速度随时间变化曲线。研究结 果表明,这种抽油机1个冲程过程中,悬点速度 时刻在发生变化，加速度也不断地跟随变化, 运动规律复杂。从研究中可以看出,借助先进 的计算机仿真技术,在抽油机开发初期就可对 其结构进行优化,可大大缩短产品生产周期,降 低成本。 抽油机是油田重要的地面设备,它的 性能直接 关系到采油效率的高低。掌握抽油 机悬点的位移、速度和加速度的变化规律是进 行抽油机结构优化设计的基础

第三章有杆泵采油第三节游梁式抽油机的平衡一、抽油机平衡原理（一）抽油机不平衡的原因：抽油机在工作过程中悬点承受的是不对称的脉动载荷，上冲程载荷很大，下冲程载荷较小，这样就会造成上冲程电动机做功很大，下冲程电机做负功，即悬点拉着电机旋转。

因此也就会造成抽油机不平衡。

（二）抽油机不平衡的危害：抽油机运转不平衡，影响电机的工作效率，使电机的功率因数降低，加大电机的功率损耗，减小电机的寿命；抽油机运转不平衡会使抽油机发生振动，严重时会造成翻抽油机的恶性事故，影响抽油机的寿命。

因此抽油机必须利用平衡装置调节达到运转平衡。

（三）平衡原理1．平衡原则及平衡条件抽油机达到平衡的原则是：（1）电动机在上下冲程中做功相等；（2）上、下冲程中电机的电流峰值相等；（3）上、下冲程中的曲柄轴峰值扭矩相等。

抽油平衡原理，如图3-31所示：在抽油机游梁后端加一重物，在下冲程中电机和下冲程的悬点载荷一起对重A：物做功，把重物升高储存位能w,md d w A A A +=则得到电机在下冲程中做的功为：d w md A A A -=式中 w A —— 下冲程中悬点载荷和电机对平衡系统做的功，即平衡系统储存的能量；d A —— 悬点在下冲程中做的功； md A —— 电机在下冲程中做的功。

在上冲程中平衡系统放出能量，帮助电机对悬点做功： mu w u A A A += 则得电机在上冲程中做的功为：W u mu A A A -= 式中 u A —— 悬点在上冲程中做的功；mu A —— 电机在上冲程中做的功。

根据第一条平衡原则： md mu A A = 即w u d w A A A A -=-可得到平衡系统在下冲程中应储存的能量为：2du w A A A +=（3-50） 上式说明抽油机的平衡条件为：平衡系统下冲程中储存的能量要等于悬点在上、下冲程中做功之和的一半。

2．平衡系统要达到平衡需要的平衡功当只考虑静载荷做功时，悬点在上冲程中做的功为：s W W A L r u )('+'=；下冲程做的功为：s W A r d '=。

游梁式抽油机常见故障分析及处理方法摘要：游梁式抽油机工作过程中需要长期在野外运行，并且此采油设备的工作强度较大，大部分的游梁式抽油机需要在24小时内进行连续工作。

在游梁式抽油机工作期间，会因为相应零件的磨损而产生不同类型的机械故障，影响了游梁式抽油机的正常运行。

本文针对游梁式抽油机的故障因素进行列举，简单分析了抽油机整机振动，发生异响以及刹车不及时的故障原因，并且根据其主要的问题提出具体的处理方法。

因为游梁式抽油机工作性质以及工作时长的影响，在设备运行期间，需要进行定期的检查以及保养，保证抽油机能够发挥出实际的工作效果。

关键词：游梁氏；油烟机；故障分析；处理方法引言：游梁式抽油机在运行过程中会因为各方面的因素影响到机械设备的整体运行效果，在运行故障产生后，如果没有施工人员及时处理，很可能会发生翻机的现象，影响了游梁式抽油机的运行效率。

对此，施工人员需要针对抽油机的运行状态进行观察，一旦发生故障，及时进行检修，并且根据各个零件的磨损情况进行定期的更换，保证抽油机的实际运行情况。

一、游梁式抽油机常见故障分析（一）抽油机整机振动游梁式抽油机在工作过程中，会出现振动的现象，如果抽油机底座与基础之间的接触不实，安装有空隙，以及抽油机底板与底座之间不够牢固都会加大抽油机的振动幅度[1]。

在抽油机长时间的运行下，会增加各个连接部位螺栓之间的松动，增加抽油机运行风险。

游梁式抽油机安装位置的地基，没有夯实，随着抽油机的运行，支架的支腿底座与抽油机的底座之间出现缝隙，或者出现前后支腿处在不同高度的现象；抽油机在安装过程中，相关参数出现误差，使得光杆与井口之间偏差过大，增加驴头的负载，致使机器运行期间的电流不平衡，出现抽油机碰泵、刮卡等现象，从而引起抽油机的振动；驴头悬点载荷超出预计范围。

（二）抽油机异响在游梁式抽油机运行过程中，会出现不同程度的异响。

例如，在抽油机转动时，会听到“哐当”、“咯噔”的声音，或者出现有规律以及无规律的声音。

5.1 曲柄 ......................................................................................................................... 49 5.2 连杆 ........................................................................................................................ 49 5.3 游梁 ........................................................................................................................ 50 5.4 驴头 ........................................................................................................................ 51 5.5 横梁 ........................................................................................................................ 52 5.6 常规游梁抽油机装配体........................................................................................... 53 参考文献 ............................................................................................................................ 55 致谢.................................................................................................................................... 56

目录任务书第1章概述1.1抽油机类型、特点、应用等陈述1.2抽油机存在的问题1.3抽油机的发展方向第2章常规游梁式抽油机传动方案计2.1简述系统的组成工作原理等2.2 绘制系统的机构（运动）简图第3章曲柄摇杆机构设计3.1 设计参数分析与确定·（的有示意图）3.2 按K设计曲柄摇杆机构3.3 曲柄摇杆机构优化设计分析3.3.1满足有曲柄条件？3.3.2满足传动角条件？（结合图分析）3.3.3满足a最小吗？3.4结论和机构运动简图第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4.1 传动比分配和电动机选择4.2 各轴转速计算4.3各轴功率计算4.4各轴扭矩计算第5章齿轮减速器设计计算5.1 高速级齿轮传动设计计算运动和动力参数的确定计算过程5.2 低速级齿轮传动设计计算运动和动力参数的确定计算过程5.3结论及运动简图第6章带传动设计计算6.1 带链传动的方案比较6.2 带传动设计计算运动和动力参数的确定计算过程（参见例题）6.3结论及运动简图第7章轴系部件设计计算7.1 各轴初算轴径7.2 轴的结构设计内容包括：选择轴承、轴承配置、轴上零件定位、固定等。

最后要有设计结果：图7.3滚动轴承寿命验算7.4轴的强度和刚度验算第8章连接件的选择和计算8.1 齿轮连接平键的选择与计算3根轴8.2 带轮连接平键的选择与计算大小带轮8.3螺纹连接件的选择轴承座孔旁、箱盖与箱座、地脚等第9章设计结论汇总已知条件：结论：曲柄摇杆机构各杆长、齿轮减速器参数（输入输出扭矩、传动比、齿轮齿数、中心距）、带传动参数（带根数、大小带轮直径、传动比）总结参考书目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装备01 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。

摘要常规型抽油机，是机械采油设备中问世最早，应用最广泛，结构最简单的设备。

抽油机是石油工业中的一项重要组成部分，在抽油机驱动下，带动其他设备运转，实现油井的机械式开采。

主要分为游梁式和无梁式两大类。

游梁式抽油机主要由发动机、三角带、曲柄、连杆、横梁、游梁、驴头、悬绳器、支架、撬座、制动系统及平衡重组成。

随着时代的发展，对环保节能要求的不断提高，在理论与实践相结合的基础之上，目前国内外抽油机的总的发展趋势是向着超大载荷，长冲程，低冲次，精确平衡，自动化，智能化，节能化，高适应性，无游梁长冲程方向发展。

本设计主要根据抽油机的四杆机构（曲柄——连杆——横梁——游梁）的工作原理。

本文介绍了常规抽油机工作原理与节能原理，以及设计过程中对抽油机运动学和动力学分析与计算，阐述了这种设备的运动规律。

游梁式抽油机驴头的悬点载荷标志抽油机的工作能力的重要参数之一，而看它是否节能，其技术指标是抽油机的电动机实耗功率的大小及减速器的工作状态。

本设计全面概述了常规性抽油机的发展概况，抽油机的优化设计及其节能原理。

另外，设计者对抽油机得几何参数，运动参数，动力学参数进行了全面的分析计算。

此外，本设计不仅采用了计算机编程来计算抽油机的运动和动力学参数，而且采用了Auto CAD绘图软件，并附有中英文对照资料。

关键词：常规型抽油机；悬点载荷；结构；设计计算AbstractConwentional beam-pumping unit to take out the oil machine,publishing in the machine oil extraction equapments at the earliest stage,applied extensive,the most simple equipments in structure.Pumping unit is an important component in the petroleum industry, driving by the pumping units，and the other equipments are running in order to achieve the mechanized exploitation of the oil well. It is mainly classified beam and non- beam two categories. Beam style pumping unit mainly consists of the engine, triangle belt, crank, connecting rod, beam, beam, donkey head, hanging a rope device, cradles, pry block, brake system and balance weight. With the development of the ages, the requirements of energy-saving and the consciousness of environmental protection enhancement, on the basis of the combining of the theory and practice, the current domestic and international pumping unit’s overall development trend is toward super-load, long stroke, low stroke times, precise balance, automatic, intelligent, energy- saving, high adaptability and non-beam long stroke direction. This design was mainly according to the principle of four-pole framework (crank -- connecting rod -- beam -- beam) of pumping unit’s.In this article ,working routine and power-saving technology of the conventional beam-pumping unit will be introduced, and during the designing procedure, the analysis of kinetic and dynamic to the pumping units express law of motion of this kind of equipment .The air load of beam style pumping unit is one of the important parameters, which is the first sign of the work capacity, and see it whether energy-saving, the technical indicators are the size of the electromotor consumption power and the work state of the pletely this design said the difference al mutually a development general situation that took out the oil machine excellent to turn the design and it economized on energy the principle .Moreover,designed to taking ou the oil machine get several parameter,sport parameter ,the dynamics parameter carried on the analytical calculation completely.In addition, not only computer programming to calculate the movement and dynamics parameters is used in the design, but also the application of the Auto CAD software, simultaneously with Chinese-English information.Key words: Conventional Pumping Unit,；Horsehead load,；Structural Characteristic,；Design Calculation目录第一章绪论 (1)1.1游梁式抽油机技术发展 (1)1.1.1我国抽油机的现状 (1)1.2常规性游梁式抽油机的工作原理及节能原理 (2)1.2.1工作原理 (2)1.2.2节能机理 (2)1.3节能型抽油机技术发展方向 (4)1.3.1智能控制是采油设备发展的方向 (4)1.3.2基础材料的研究应用即将造就一个立式抽油机时代 (5)1.3.3采油设备向通用化和个性化发展 (5)1.3.4采油设备向艺术性发展 (5)1.4游梁式抽油机优化设计数学模型的研究 (5)第二章计算部分 (7)2.1设计原始数据 (7)2.2结构组成 (7)2.3主要参数 (8)2.4建立动力模型示功图 (8)2.5运动学计算 (9)2.5.1常规游梁式抽油机几何关系计算式 (9)2.5.2光杆（悬点）加速度计算式 (10)2.5.3悬点载荷计算式 (10)2.5.4扭矩因数和光杆位置因数计算式 (10)2.5.5减速器净扭矩计算式 (10)2.5.6抽油机扭矩因数几几何计算 (11)2.6设计原始参数 (11)2.6.1参数 (11)2.6.2抽油机几何结构尺寸 (11)2.7运动学的运算 (12)第三章主要部件的设计计算 (14)3.1电动机的选择计算 (14)3.2计算传动比及减速器的选择 (14)3.2.1抽油机的总传动比 (14)3.2.2选减速器 (15)3.2.3带的传动比 (15)3.3传动装置的运动和动力参数的计算 (15)3.4带传动的设计 (16)第四章抽油机的各结构的强度校核 (19)4.1连杆的应力分析与强度校核 (19)4.2曲柄连接设计强度校核 (20)4.3游梁的应力分析及强度校核 (22)4.4游梁支承的强度校核 (25)4.5滚动轴承的选择和寿命计算 (28)结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录一中文译文 (i)附录二外文资料原文 (v)常规游梁式抽油机设计第一章绪论1.1游梁式抽油机技术发展抽油机产生和使用由来已久，迄今已有百年的历史。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

游梁式抽油机设计计算卢国忠编 05-04游梁式抽油机的主要特点是：游梁在上、下冲程的摆角相等，即上下冲程时间相等。

且减速器被动轴中心处游梁后轴承的正下方。

一、几何计算1.计算(核算) 曲柄半径R和连杆有效长度P己知：冲程S、游梁后臂长C、游梁前臂长A、极距K(参见图1)由余弦定理推导可得：公式： ()b t CK K C CK K CR ψψcos 2cos 2212222-+--+=------(1)R CK K C P t --+=ψcos 222 -------(2)式中：1090δφψ+-=t 2090δφψ--=bH I tng 1-=φ AS mas πδδ4360021⨯==22H I K +=2. 计算光杆位置系数R P ：PR 是在给定的曲柄转角θ时，光杆从下死点计算起的冲程占全冲程的百分比。

(图2)（图3） 公式：10⨯--='=bt t mas S s PR ψψψψ％ -----------(3)曲柄max S PR s ∙='()121δδ∙-=PR式中：b t ψψ, 分别代表下死点和上死点的ψ角的值ρχψ-=()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-J R φϑρsin sin 1 βcos 222PC C P J -+= ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=-CJ P J C 2cos 2221χ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---++=-CP R K KR P C 2)cos(2cos 22221ϕθβ ()φθψβα--+= 上冲程 ()[]φθψβα--++=360 下冲程 二运动计算己知：曲柄角速度ω、曲柄转角θ，分析驴头悬点的位移s 、速度v 、加速度a 的变化规律。

1. 假定驴头悬点随u 点作简谐振动：()ϑωϑωϑcon C AR a CARv CARs ⨯⨯=⨯⨯=-⨯=2sin cos 1 以C AR S 2max =代入得： ()ϑωϑωϑc o s 21s i n 21c o s 1212m a xm a x m a x S a S v S s ==-=2max max 21ωS a =2.接严格的数学推导 ⎪⎭⎫⎝⎛+=P R S a 121max 2max ω三动力计算1．从示功图上求悬点载荷W示功图是抽油机悬点载荷W 与光杆位置PR 的关系曲线图。

游梁式抽油机总体效率很低，一般低于30％，因此游梁式抽油机耗 30％， 游梁式抽油机总体效率很低，一般低于30％，因此游梁式抽油机耗 能高成为采油成本居高不下的原因。” 正是在以上理论的指导下， 能高成为采油成本居高不下的原因。
有人提出改进地面设施节能30%以上的期望目标。 上面所说总体效率很低的“游梁式抽油机”实际是机械采油系统的 代称，应该指由抽油机—抽油杆—抽油泵组成的采油系统，系统的 基本构成如图１所示，
有关游梁式抽油机能耗问题的讨论
在该系统中抽油机是系统的 动力提供装置，它所提供的 能量是包括抽油泵、抽油杆、 油管以及电机、输出管线等 等在内的机械采油系统能量 消耗总和，在游梁式抽油 机—抽油杆—抽油泵组成的 机械采油系统中，抽油机的 效率是最高的，设计合理的 常规游梁式抽油机，不计减 速器效率的情况下效率可达 90%以上，其他结构形式 的抽油机是难以做到的，系 统的效率较低，主要是抽油 图１ 机械三抽采油系统基本构成 泵、抽油杆等的效率较低， 即使是抽油机、电机的综合 因此在这个有多个系统组成的串联动力传动 效率达到1，则系统的效率 系统中， 系统中，研究节能问题需要从提高三抽系统效率 仍然为30～45%，
游梁式抽油机运转时，输出轴上的净扭矩等于悬点载荷在曲柄上产生的扭矩 与曲柄产生的平衡力矩作用之和，抽油机启动时通常是在上下死点位置时启 动，此位置时游梁式抽油机扭矩因数最小，悬点载荷在曲柄上产生的力矩和 曲柄本身产生的平衡力矩都接近于零，这时曲柄净扭矩和电机驱动力矩也是 最小的，如果抽油机停机在上下死点位置时，一个人的力量就可以推动抽油 机转动一定的角度，如果是下死点启动由于曲柄位置最高，储备足够能量将 更有利于抽油机的启动，游梁式抽油机光杆是做近似余弦加速度规律运动的， 无突变载荷，这些因素都有利于抽油机的启动，相反启动扭矩大是某些非游 梁式抽油机的特点。从另一方面讲，即便是抽油机起动力矩真的很大，由于 电动机本身具有较强的抗过载能力，短时间的过载使用，使电动机功率提高 到额定功率的两倍左右也不会对电动机产生影响。 因此从抽油机正常使用来看无需人为增大电机功率，如果用户在使用过程中 测量电机电流与电机额定电流相差较大，可以更换较小的电机。