链条式抽油机的设计

1、前 言链条抽油机是我国首创的一种性能优良、结构新颖的新型抽油机，较其它类型的抽油机有许多无可比拟的优点，如体积小，重量轻，耗能少，冲次低，冲程长，悬点加速度变化小，减速器扭矩小和易于安装等，特别适合于稠油、高凝油和深层油的开采。对游梁式抽油机进行增大行程的改进设计时，存在着造价高，外形尺寸大，使用中消耗功率多等问题。按照采油工艺的要求，国内外都在研制长冲程，大载荷，低冲次，高效节能的抽油机。其中链条抽油机具有结构简单，质量轻，耗能少，冲次低，冲程长，悬点加速度变化小，惯性载荷小，运行平稳，减速器额定扭矩小和易于安装等特点本文阐述了一种新型的链条抽油机，利用增大转角机构原理、滑轮组增倍原理对现有

2、抽油机进行了改进，对改进部分进行详细的设计，对零部件进行必要的强度校核。由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸cad/proe、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:2215891151 改进后的抽油机具有结构简单、质量轻、耗能少、冲次少、长冲程、悬点加速度变化小、惯性载荷小、运行平稳、减速器输出扭矩小、易于安装、维护使用方便等优点，能够满足抽油机一年365天无人看守连续工作的目的。1 绪论1.1选题的目的与意义随着油田开发的转移，我国大多数油田都已进入开发的中后期，逐渐丧失自喷能力，基本上已从自喷

3、转入机采。80年代初，我国拥有机采油井2万口，占油井总数的57.3%，机采原油产量占总产量的27%。到80年代末，我国拥有机采油井3万口，占油井总数的85%，机采原油产量占总产量的80%。在这些机采油井中，采用抽油机有杆式抽油占90%，采用电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气举等其他无杆式抽油占10%。随着油田进一步开发，机采油井的比重将进一步加大，其中主要采用有杆式抽油。由此可见，抽油机在石油工业中具有举足轻重、非同小可的重要地位。抽油机的产生和使用由来已久，迄今已有百年的历史。应用最广，普及最广的应属游梁式抽油机，它结构简单、易损件少、可靠性高、耐久性好，操作维修方便。但是，在开采稠油、高凝油、

4、深层油、特别是高含水油田时，使用常规游梁式抽油机已无法实现更经济、有效地开采。对游梁式抽油机进行增大行程的改进设计时，存在着造价高，外形尺寸大，使用中消耗功率多等问题。按照采油工艺的要求， 国内外都在研制长冲程，大载荷，低冲次， 高效节能的抽油机 。其中链条抽油机具有结构简单，质量轻，耗能少，冲次低，冲程长，悬点加速度变化小，惯性载荷小，运行平稳，减速器额定扭矩小和易于安装，设计改进发展空间大等特点，得到了普遍发展。1.2发展的趋势抽油机的产生和使用由来已久，迄今已有百年的历史。应用最广，普及最广的应属游梁式抽油机，早在120年前就诞生了，目前，在世界各个产油国仍在大面积的广泛应用。美国拥有4

5、0万台，我国拥有2 .7万台，一百多年来，游梁式抽油机的结构和原理没有实质性变化。我国的抽油机制造业已有40年历史，经过了进口修配、仿制试制、设计研制三个阶段。50年代以进口为主，修配为辅。60-70年代在仿制的基础上进行试制，1975年制定国产抽油机基本形式与参数，1980年制定抽油机结构尺寸和技术条件。从此开始自行设计，研究制造国产抽油机，逐步实现国产化，不仅满足自给，而且还部分出口，目前，我国已有兰州石油机械厂、兰州通用石油机械厂、宝鸡石油机械厂、第二石油机械厂、等30多家抽油机制造厂，年生产抽油机上万台，兰州石油机械厂、兰州通用石油机械厂、宝鸡石油机械厂、第二石油机械厂等厂家先后获得a

6、pi商标使用许可证，抽油机出口美国，从而使国产抽油机打入国际市场，跻身于世界先进行列。现有技术所提供的抽油机，主要有游梁式抽油机、异型抽油机、链条式抽油机等，其中游梁式抽油机是我国使用最早，用量最大的一种类型，它具有结构简单，运行可靠，使用寿命最长，维护方便等优点，它的不足之处在于驴头尺寸过大，因而自重大，能耗高，冲程短，随着油田开发的转移,我国大多数油田都已进入开发的中后期油井普遍出现稠油、高凝油、深层油、特别是高含水油田时，使用常规游梁式抽油机已无法实现更经济、有效地开采。对游梁式抽油机进行增大行程的改进设计时，存在着造价高，外形尺寸大等缺点。因此，国内外都在研制长冲程，大载荷，低冲次，

7、高效节能的抽油机。其中链条抽油机以其结构简单，质量轻，耗能少，冲次低， 冲程长，悬点加速度变化小，惯性载荷小，运行平稳、减速器额定扭矩小、易于安装，设计改进和发展空间大等诸多优点，受到各国研究者的亲眯，得到了普遍发展。1.3本课题主要讨论的问题本次设计利用增大转角机构原理，改进抽油机的设计，从而达到整机结构合理、悬点载荷大、冲程长、冲次少，减速机输出扭矩小，重量轻，动力传动系统带动链轮传动装置往复运动，同时复动增距滑轮组随之往复运动，利用滑轮组的增倍原理和动力传动系统实现复动增距动力消耗与同类机型相比降低10%，维护使用方便，满足抽油机一年365天连续工作的目的,结合实际，解决具体生产问题。抽

8、油机的工作性能指标包括悬点载荷、冲程、冲次、减速机扭矩、单井井口产量等技术参数。随着油田不断开发，油井含水比不断增大，泵挂深度不断增加，动液面不断下降，势必引起悬点负荷增大，同时引起减速器扭矩的增大，泵径、冲程、冲次也要根据工况的变化而经常调节。抽油机常年连续运转，工况复杂多变，加之无人监护，管理不便，因而要求其工作必须可靠。对于油矿设备来说，可靠性是最重要的技术指标，抽油机发生故障将会造成停产待修、油井破坏等重大事故和严重经济损失。加之游梁式抽油机改进设计诸多不利因素，针对上述实际情况，本次设计链条抽油机改进方案是符合实际需求的。2 总体方案确定2.1方案确定本次设计利用增大转角机构原理，改

9、进抽油机的设计，从而达到整机结构合理、悬点载荷大、冲程长、冲次少，减速机输出扭矩小，重量轻，动力传动系统带动链轮传动装置往复运动，同时复动增距滑轮组随之往复运动，利用滑轮组的增倍原理和动力传动系统实现复动增距。改进费用，动力消耗低于游梁式抽油机，且维护方便。通过这次改进设计，使链条抽油机能够在较为苛刻的环境下良好的工作，满足抽油机一年365天无人看守、连续工作的目的，适应的工作范围面更宽。因此本方改进案符合实际需求。2.2结构和工作原理(1)、结构草图如图2.1及图2.2：图2.1总装草图 主视图图2.2总装草图 侧视图1.底座2.电机3.大带轮4.减速器5.曲柄6.连杆7.重力平衡块8.链条

10、9.大链轮10.小链轮11.小滑轮12.定位轮机构13.轴承1 14.悬架15.推杆机构 16.抽油杆17.桁架18.轴承2 19.小带轮(2)、工作原理如上两图所示，当悬绳器处在最低位置时，重力平衡机构7尾部处在上摆角的最高位置，浮动增距滑轮组和拉杆及平衡块处在最高位置，曲柄连杆机构处在上支点换向位置，此时，各部件储存的势能最大，开启电机2动力经带轮传动机构3、减速器4带动曲柄连杆机构6逆时针转动，各部件储存的势能变为动能做功，曲柄连杆机构6中的连杆牵动横轴17带动重力平衡块7绕着主轴承座转动下行，传动链条8在重力平衡块7的拉动下带动天轮机构13中的小直径滑轮逆时针缠绕传动钢丝绳8，再由小链

11、轮11带动轴转动而使大链轮跟着转动同时由大链轮9带动小链轮10转动。此时，小链轮带动轴转动，通过定位滑轮14牵拉悬绳器带动抽油杆16上行抽油，当重力平衡块7带动复动增距滑轮组和拉杆下行到最低位置时，曲柄连杆机构6逆时针旋转至下止点换向位置，各部件储存的势能降到最小，悬绳器带动抽油杆16上行至最高位置，抽油工作行程结束，电动机2继续运行，通过前述的动力传动系统带动曲柄5继续逆时针转动，曲柄连杆机构转过下止点换向位置，通过曲柄连杆机构6中的连杆推动横梁17和重力平衡块7向上移动，这时通过抽油杆16的惯性作用带动定位轮12顺时针旋转，同时通过小链轮10带动大链轮9从而使小链轮11顺时针旋转，此时各部

12、件将动能转变为势能储存起来，同时与悬绳器相连的抽油杆16从最高位置下落，将重力势能转化为动能对传动部件做功，曲柄连杆机构到达止点的换向位置，抽油机空载行程结束，电动机2连续运转，动力传动系统带动曲柄6继续逆时针转动。曲柄连杆机构转过上止点换向位置，连杆6牵拉横轴17和重力平衡块7带动复动增距滑轮组和拉杆绕着主轴承座转动下行，开始下一个抽油工作循环。3 传动装置设计3.1带、减速器设计带传动是一种挠性传动。基本组成零件为带轮（主动轮和从动轮）和传动带，具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点。本次设计带传动是把电机的转速通过一定的传动比传给减速器，实现电机与减速器通过带间接连接起来。选电

13、机的型号y200l-8，查表的，设计抽油杆的冲次3.1.1 v带设计1、传动比的确定查表得带得传动比一般推荐.本次设计取查表得则减速器的输入转速减速器的总的降速比2、皮带确定查表得则电动机的计算功率（1）带型号选择-查表得选择v带的型号为c型查表得初选小带轮的直径为则大带轮的直径（2）带速计算 查表得符合推荐值范围故合适（3）中心距及带长计算 （3.1）则带入数据有初取 （3.2）查表得取 （3.3）则实际中心距中心距变换范围（4）带包角的验算符合（5）v带根数的确定查表得则根数 取根4=z(6）初拉力得计算由机械设计p149表8-3的则实际(7)压轴力的计算(8)小带轮尺寸设计查表得电机y2

14、00l-8输出轴的直径，长度键槽的宽，,则键槽的高度=.查表得带和轮连接时的各个参数(9)选带轮的材料为q235,小带轮零件图如图3-1：图3-1 小带轮零件图3.1.2减速器设计i级齿轮传动设计(1)传动比计算查表得本次设计取系数为1.4则(2)功率、转速计算有设计要求可得齿轮的转速不高，故选择八级精度。(3)齿轮材料的选择选择小齿轮的材料为，硬度为280hbs，大齿轮的材料为45号钢，硬度为240hbs，两者相差40hbs(4)齿数的选择选小齿轮的齿数为取(5)齿轮具体的设计初选螺旋角，载荷系数，查表得选齿宽系数，查表得选区域系数。查表得材料的弹性影响系数查表得则小齿轮的转距查表得小齿轮的

15、接触疲劳强度大齿轮的接触疲劳强度应力循环次数 (3.4)查表得接触疲劳寿命系数取失效概率，安全系数 （3.5）小齿轮的分度圆直径 (3.6) 计算圆周速度v计xxxxxxxxxx.此处删除无数+n个字，完整设计请加扣扣:2215891151图4-2桁架零件图4.3 桁架悬出部分的强度校核我国近几年现场使用的抽油机悬点载荷能力多为8o120kn，本次设计为100kn.现在对悬架进行校核。受力简化图如图4.3所示：图4.3悬架的校核1 受力分析在水平方向有：在竖直方向有：联合方程可得2 悬架进行校核选择角钢的得材料为q235查表得角钢的许用应力，截面面积 （4.1）故此悬架架是安全的。4.4链轮传

16、动装置设计4.4.1材料的选择链轮机构是将四杆机构和天轮连接器来的重要部件，同时也是将四杆机构所传递动力通过钢丝链条传送给小链轮，从而完成整个系统的运作。链轮为传递动力的重要部件，对材料的要求较高。小链轮为主动轮，查表得选小链轮的材料为20cr，热处理的方式渗碳、淬火、回火，处理后硬度5060hbc,齿数大链轮为从动轮选择材料为q235,热处理的方式焊接后退火,热处理后的硬度为140hbs4.4.2齿数的确定已知传递的功率不大由查表得选择滚子链,链速最大的传动比本次设计取因为小链轮的齿数,取则大链轮的齿数由四杆机构可得大轮的相对转速则小链轮的速度为4.4.3当量的单排链的计算功率 （4.2）查

17、表得 ，选择三排链则4.4.4链条的型号和节距的确定根据和小链轮的转速查表得选择链的型号40a查表可得链条的节距，滚子直径排距，则可得链轮的宽度为4.4.5中心距、链节数的计算 （4.3）为了使结构紧凑，本次设计取中心距 （4.4）为了使得链条的过渡链接，将圆整为 （4.5）查表得则链传动的最大中心距4.4.6链轮各个尺寸的计算小链轮的尺寸查表可得分度圆直径 （4.6）齿顶圆直径 （4.7）齿根圆直径 （4.8）同理的大链轮的尺寸参数分度圆直径，齿顶圆直径，齿根圆直径 4.4.7具体结构的设计图小链轮图如如图3.9所示. 图4-4 小链轮零件图大链轮图如图4-5图4-5 大链轮零件图4.5滑轮

18、设计4.5.1滑轮设计1、材料的选择选择滑轮的材料为ht2502、滑轮的具体设计取滑轮的直径3、滑轮轴承的选取由结构可得滑伦轴承主要承受轴向力，所以我们也选深沟球轴承,由机械设计p309表13-1得结构代号为60000，选轴承的型号为6036内径外径宽,4、滑轮轴的设计本次设计采用轴轮连体式，具体的尺寸和结构如图4-6图4-6 滑轮零件图4.6支承座设计 支承座分为上下两个部，主要是用来支撑轴承。本次设计共有三处使用：1、四杆机构处支撑大链轮2、桁架上支撑天轮处3、悬架支撑滑轮处。4.6.1材料的选取因为支承座支撑轴承,故选择支承座的材料为ht200，桁架两处的轮使用的轴承相同，都选轴承的型号

19、为6036，内径外径宽,4.6.2具体结构和尺寸的设计由上面轴承的选择可得出支撑座的内径为280mm,具体的结构和尺寸如设计如图4-7,4-8所示，支承座上图4-7 轴承座上支承座下图4-8 轴承座下4.7增设失载保护装置为了防止光杆或钢丝绳断裂而引起重达6t的往返架主体突然下落，进而撞击破坏机架，设计了电磁式失载保护装置。当发生失载时，主电源即自动切断使重锤下落，实施刹车。待故障处理后，按下控制箱内的复位按钮，使重锤复位。4.8改善润滑系统润滑不充分是造成机器零部件过早磨损的主要原因。链条抽油机原有的润滑系统不能对换向机构实施润滑，致使换向机构早期磨损，并产生换向噪音，甚至影响换向机构正常运

20、转。为此，重新设计润滑系统，增加对换向机构及导轨的润滑，可明显减轻机件的磨损，降低换向噪音，从而提高了整机的使用寿命4.9气平衡改为重力平衡气平衡系统由于受磨损、漏气及其他因素的影响，使抽油机经常于不平衡状态下运转，从而导致整机过早损坏和可靠性变差。鉴于目前油田待修理的链条抽油机数量较多的状况，先从平衡原理上进行改进，采用较可靠的重力平衡代替气平衡，去掉平衡缸、平衡链轮和空气包，加固往返架主体，配挂放置平衡块的配重箱，最大平衡重达6500kg。根据悬点载荷的不同，选择相应的重力平衡。小结1.本次设计利用增大转角机构原理，改进抽油机的设计，从而达到整机结构合理、悬点载荷大、冲程长、冲次少，减速机

21、输出扭矩小，重量轻。2.动力传动系统带动链轮传动装置往复运动，同时复动增距滑轮组随之往复运动，利用链轮轮组的增倍原理和动力传动系统实现复动增距动力消耗与同类机型相比降低10%。3.维护使用方便，满足抽油机一年365天连续工作的目的,结合实际解决具体生产或社会实际问题。4.通过重力平衡机构可以使抽油杆在抽油和下行的过程中更加节省发动机的动力消耗。5.增加了过载保护，使得对抽油杆拉绳的突然断裂有了很好的防御方法。6.由于此次是本人第一次设计，所以因资历尚浅带来的一些技术性问题可能没有察觉，该设计的存在的问题我会不断地对其进行完善。致 谢 本次毕业设计论文是在我的指导老师廖结安老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的教学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。正是由于廖结安老师的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。廖结安老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想上给我以广泛点播，在此谨向廖结安老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在论文即将完成之