直线式抽油机应急刹车装置设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 直线式抽油机应急刹车装置设计 摘要 直线式抽油机使用皮带或 钢丝绳拉动配重箱做垂直运动，若在运 行过程中发生皮带断裂或抽油杆断，会 导致配重箱坠落，皮带、光杆随之甩出， 对人员、设备安全造成威胁。本文设计 了一套应急刹车装置模型，在发生以上 突发事件时能够及时对配重箱制动，防 止发生安全事故。 中国论文网 /8/view-12875909.htm 关键词 直线式抽油机；刹车装 置；单片机；应急 中图分类号 TE933 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2012）69- 0062-02 直线式抽油机目前在我作业区应 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 用较为广泛，相比传统游梁式抽油机具 有占地面积小、装配简易、参数调节方 便准确等优点，负载平衡效果好，节能 效果明显。但是，由于直线式抽油机的 设计特点，其本身也存在一定的安全隐 患：当油井发生抽油杆上部分杆断或抽 油机皮带断裂会造成配重箱迅速坠落， 皮带、光杆容易甩出轨道，导致安全事 故的发生。 1 抽油机结构分析 直线式抽油机又称塔式抽油机， 目前在我作业区应用的主要有三类，分 别为辽宁盘锦石油机械厂、中国东营胜 利高原有限公司以及冀东机械厂生产， 其主要结构原理基本相同，本文将针对 我作业区应用较为广泛的盘锦石油机械 厂生产的直线式抽油机进行分析。 当抽油机发生失载时系统受力平 衡被打破，配重箱在重力作用下迅速坠 落，从而带动皮带、光杆等部件运动， 因此应急刹车装置的主要作用对象应为 配重箱，建立一套能够迅速制止配重箱 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 下落的刹车装置是本设计的目的。 2 应急刹车硬件设计 本刹车装置安装在配重箱上，利 用刹车器与配重箱滑轨的摩擦力使配重 箱制动。具体设计方案如下： 1）系统框图 刹车装置主要由：失载传感器、 运算放大器、A/D 转换、单片机、继电 器、电磁铁以及刹车钳五部分构成。其 中失载传感器可以安装在皮带与悬绳器 或配重箱的连接部位，单片机对负荷传 感器的信号进行采样判断，一旦判定抽 油机失载则发出两个指令信号：1）传 输至抽油机控制柜，命令电动机断电； 2）通过继电器将该指令信号放大后触 发电磁铁吸合，继而使安装在配重箱上 的刹车钳产生动作，抱死配重箱滑轨， 最终使得配重箱制动。 2）机械部分 机械部分的设计主要是针对于刹 车钳的设计，刹车钳是刹车装置的关键 部位，也是最终的受力部位，刹车钳必 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 须产生足够的摩擦力来使配重箱制动， 在本设计中我们利用木楔原理。我们知 道，在使用木楔固定家具时只需用很小 的力将木楔钉入却能产生很大的摩擦力 固定家具。 根据木楔原理，我们将刹车钳设 计成楔形，利用楔块的插入产生摩擦力。 如图 2： 图 2 楔形刹车钳原理图 根据受力分析图 3，我们可以发 现楔块在刹车抱死时受到以下几个力的 作用：F,配重箱对楔块的压力；f，楔块 与配重箱滑轨产生的摩擦力。N 与 G 分 别为 F 在水平方向与纵向的两个分力。 不难得知，楔块产生的摩擦力为： f=N*=cosa*F* 式 1 F 的纵向分力 G 为： G=sina*F 式 2 若要使配重箱产生制动效果，需 使楔块受力平衡，即： f=G 式 3 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 = cosa*F*=sina*F 式 4 = = tana 式 5 由式 5 可知，楔块所产生的摩擦 力能否使配重箱产生制动，只与楔角 a 以及摩擦系数 有关，与配重箱的质量 并无直接关系。配重箱的自重越大则楔 块所产生的摩擦力越大。 在实际情况中，我们会在配重箱 两侧滑轨上同时安装刹车钳。因此，式 3 在实际情况中应为： 2f=G =2=tana =a=arc tan（2） 式 6 在这里，我们拟选用摩擦系数较 大的橡胶作为楔块的材质，橡胶与钢的 摩擦系数为 0.75，计算得出楔角的大小 为 56.3。由此可知，在实际使用中， 采用橡胶材质的楔角，只要楔角不大于 56.3，即可实现配重箱的制动。 3）控制部分 刹车装置的控制部分我们采用单 片机为核心的控制单元，配合电磁铁以 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 及相应的联动装置实现楔块的动作。 本系统通过负荷传感器传输负荷 信号，经由运算放大器对信号进行放大。 由于负荷传感器的输出信号为模拟信号， 因此要通过 A/D 转换将模拟信号转换为 数字信号，再输入单片机。单片机对负 荷信号进行判定，发现失载信号后同时 发出两个控制指令。由于电动机断电指 令的执行涉及到具体抽油机的核心控制 单元，目前没有进行深入研究，只对刹 车钳的联动控制部分进行设计。 在本系统中，单片机发出指令为 弱电信号，通过继电器转换为强电信号， 触发电磁铁工作吸合，触动连杆使得楔 块向上运动，楔入刹车钳内产生摩擦力。 3 应急刹车软件设计 本文设计的刹车系统是在应急情 况下启动，因此对响应时间要求较高。 在程序设计上我们放弃采用程序循环的 方式，而采用硬件中断的方式对传输信 号进行读取，提高了程序的可靠性和实 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 效性。 4 结论 本文设计了一套通过单片机控制 的直线式抽油机应急刹车装置。通过受 力分析计算