异相型游梁式抽油机设计

1、I 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、

2、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 II Abstract Pumping equipment, with the most common beam

3、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, impr

4、ove 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

5、 high adaptability. Out-of-phase type beam pumping unit is the most widely used oil pumping unit is an energy-saving. Its 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 d

6、ynamics 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 calcula

7、tion, 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 st

8、ress on the structure and intensity. III 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 IV 目录 前前 言言 .1 1 1 概述概述.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

9、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 2 设计数设计数据据.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 V 3 3 设计与设计与计计算算.17 3.1 异相型游梁式抽油机

10、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.24 3.3.2 减速器扭矩计算.26 3.3.3 曲柄轴净扭矩曲线.27 3.3.4 平衡率 P 、交变载荷系数 CLF 的计算 .27 3.4 传动系统设计.27 3.4.1 电动机的计算与选择.27 3.4.2 计算传动比及减速器的

11、选择.29 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 VI 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 1 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。使抽 油机在采油

12、过程中增加抽油机的适应性、可靠性、经济性和先进性，降低抽油机 的载荷变化范围，提高抽油效率，减少动力消耗，提高抽油机的平衡效果，从而 增加采油量，创造出更大的经济价值。 异相型游梁式抽油机在油田中广泛应用，在创造价值的同时也存在着问题， 在尺寸设计方面可能一开始不能很好把握尺寸大小的选择，在选择电动机和减速 器时需要在精确计算的前提下认真选择，对各部件及零件的选择也需要达到应力 和强度上的要求，尽量保证了选材的合理性，毕竟时代在进步，在节能、设计构 造和生产率方面还需改进。但是设计显示了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。因此要想是异相型游梁式抽油机达到更好的抽油 和

13、节能效果需要更进一步的优化设计。 本课题的指导思想是： 1.作为一项对大学所学知识的检验，主要目标是通过本课题的设计，了解设 计一个课题所要掌握的有关机械方面的基础知识、基本理论和基本方法。 2.本课题的另一个重要目标是通过课题的设计，加深对课程设计等时间环节 的训练，加深对材料力学和理论力学知识的掌握程度，正确运用学科基础知识， 培养分析和解决抽油机设计实际工程问题的基本能力，这是本设计的着力点。 3.考虑到当今国内外抽油机技术的迅速发展，本设计介绍了异相型游梁式抽 2 油机的工作原理及节能原理，通过设计对石油机械制造技术的发展有一个全面的 了解和正确的认识。 4.通过对设计参数的大量计算，

14、并且编制程序，计算机求解，最终得到比较 优化的设计参数及方案，制作表格和曲线图，结果打印并附说明书。 本设计的主要内容包括：综述了国内外的抽油机技术发展概况；简介了抽油 机的类型和结构；介绍了异相型游梁式抽油机的工作原理及节能原理；对抽油机 几何参数计算；运动学（光杆位移、速度、加速度）计算；动力学（曲柄扭矩） 计算；传动参数（电动机、带传动、减速机）选择计算；游梁及支承、连杆等零 件的强度计算；绘制总装配图与主支承、横梁与连杆连接部件图；编写设计说明 书。 本设计由辽宁石油化工大学，机械设计制造及其自动化专业 0504 班 于大伟 完成，由机械工程学院王玉良教授指导。 3 1 概述 1.1

15、国内外抽油机技术发展概况 我国抽油机发展已有 50 多年的历史。20 世纪 50 年代以进口为主，修配为辅， 主要是进口前苏联 CKH 常规型游梁式抽油机。60- 70 年代，在仿苏的基础上制 造常规型游梁式抽油机。1975 年以后制定并完善了国产抽油机技术标准。80 年 代起抽油机实现了全部国产化，不仅满足自给，而且有部分出口。在此期间，我 国抽油机技术有了飞跃发展，瞄准世界先进水准。随着科技的进步，抽油机亦有 很大的发展，出现很多新型品种，如绳索滑轮式、旋转驴头式、大轮式等游梁式 长冲程抽油机。从设计方法学功能分析的角度讲，抽油机的基本功能相对简单， 必然吸引着各行各业的专家对抽油机进行研

16、究，形成了石油系统内外部抽油机专 业厂、非专业厂一起生产、试制新型抽油机和对抽油机进行研究的百花齐放的局 面。 在世界范围内，研究开发与应用抽油机已有 100 多年的历史。在这百余年采 油实践中，抽油机发生了很大变化，特别是近 20 年来，世界抽油机技术发展较 快，先后研究开发了各种新型抽油机，为更经济有效地开采石油作出了卓越贡献。 起特点是：增强了抽油机的适应性、可靠性、经济性、和先进性；改善了稠油此 乃功能，降低了抽油机载荷与载荷变化范围，提高了抽有效率，减少了动力消耗； 提高了抽油机平衡效果，改善了抽油机的运动特性、动力特性与平衡特性；增大 了抽油机的适用范围，减小了抽油机体积和质量，强

17、化了抽油机自动化与智能化 程度。 1.2 抽油机的类型与结构及主要参数 4 1.2.1 抽油机的类型 抽油机的主要类型有: 游梁式抽油机、宽带式抽油机、链条式抽油机、数控 抽油机、液压抽油机、长冲程抽油机、节能抽油机、计算机控制的抽油机、以及 采用柔性构件作传动的抽油机等。其中游梁式抽油机应用最为普遍，其特点是: 游梁式抽油机结构简单、制造容易、维修方便。特别是它可以常年累月全天候在 野外工作，使用可靠，故障率低，皮实耐用。而其它类型的抽油机一般仅局限在 特定的服役条件下才能发挥它们的优点。 1.2.2 抽油机的结构 抽油机主要由底座,悬绳器,支架总成,驴头,游梁,横梁,连杆装置,曲柄装置,减

18、速 器,游梁支承,电机装置和刹车装置等部件组成。 图 1.1 抽油机结构简图 1底座；2支架；3悬绳器；4驴头；5游梁； 6横梁轴承座；7横梁；8连杆；9曲柄销装置； 5 10曲柄装置；11减速器；12刹车保险装置； 13电动机；14刹车装置 图 1.2 抽油机几何关系简图 a. 底座:有底盘,机座两部分组成.底盘由工字钢,槽钢组焊而成.机座由钢板焊 成箱形结构，机座上安装减速器，底盘前端安装支架，后端安装电机装置，底座 和机座两端各打有中心线标记，以安装找正时使用。 b. 悬绳器：是驴头与光杆相互联接的部件。是由光杆卡瓦、支架、钢丝绳组 成。钢丝绳穿入锥套，并用锌浇结成一体，锥套承受全部载荷

19、。 c. 支架：由型钢组焊而成。支架下端与底座连接。支架配有梯子，供安装和 检修使用。支架可根据用户要求提供塔式构架。三角支架或三点式支架。 d. 驴头：由钢板组焊而成，撤掉左（或右）侧两个销轴时可使驴头向右（或 左）侧转 180 度，是修井作业非常方便，也可以根据用户要求提供上翻悬挂，自 让位等其它形式的驴头。 6 e. 游梁：由钢板组焊而成，前端与驴头连接，后端与横梁连接；中部有四个 长孔，固定在游梁支承上，靠四个调整螺栓对游梁进行微调，使驴头悬点对准井 口中心。 f. 横梁：由钢板组焊而成箱型截面梁，其上装有支座，由芯轴，轴承座和一 个双列向心球面滚子轴承组成。 g. 连杆装置：由无缝钢

20、管和上、下接头组焊而成的连杆，连杆销，曲柄销及 曲柄销轴承座组成。上端靠连杆销与横梁连结，下锥面配合有螺栓与轴承座相连， 曲柄销用左右旋紧螺母紧固在曲柄上，曲柄销螺母可根据需要配备三棱梅花螺母。 h. 曲柄装置：两个曲柄装置对称的固装在减速器的从动轴上，曲柄上有若干 个直径相同的曲柄销孔，将曲柄销 紧固在不同的曲柄销孔里，既可得到不同冲 程长度。曲柄装配有齿条， 用来调节平衡块在曲柄上的位置。 i. 减速器：减速器为分流式两极圆弧齿轮传动机构，其技术规范如前所述。 减速器由电机通过七根窄 V 带带动，从动轴两端装有曲柄，通过连杆、横梁牵动 游梁上下摆动。主动轴一端安装有大袋轮，另一端安装刹车装

21、置，主动轴和中间 轴为齿轮轴。齿轮采用键和过盈配合与轴相联接。从动轴每端开有两个互为 90 的键槽，抽油机工作相当时期后，将曲柄转过 90与新的键槽配合，使最大负载 移到磨损较小的齿上，从而延长使用寿命。由 O 型密封嵌入的轴承盖、挡尘圈、 回油槽和孔等组成了减速器轴端密封结构。箱体部分涂有密封胶。 j. 游梁支承：是由轴、轴承座和两个单列向心、短圆柱滚子轴承组成，轴承 座与游梁相连结。 7 k. 电机装置：电机装在导轨上，导轨紧固在电机底座上。电机相对底座可前 后移动。前后左右四个方向调整距离，电机的轴端靠锥套或键可安装不同直径的 小带轮，使抽油机获得不同的冲次。 l. 刹车装置：刹车是外抱

22、形式，也可根据用户要求提供内涨式。这两种形式 都可平移可靠地刹住转轴。 1.2.3 游梁式抽油机主要参数 a. 悬点载荷：抽油机驴头悬点的实际载荷。 b. 额定悬点载荷：抽油机正常工作允许的最大的悬点载荷。 c. 光杆的最大冲程：调节抽油机的冲程调节机构使光杆获得的最大位移。 d. 最高冲次：调节带传动的传动比最小时的冲次数。 e. 减速器的扭矩：减速器输出轴允许的最大扭矩。 1.3 近几年抽油机的研究重点及研究中应重视的问题 1.3.1 抽油机的研究重点 近几年，在抽油机工作状况和载荷特性研究、抽油机性能有略的评价方法、 游梁式抽油机优化设计数学模型的研究、驱动抽油机的电动机特性研究、抽油机

23、 分类方式的研究、抽油机的模块化设计研究、新设计理论在抽油机设计中的应用、 抽油机平衡最佳条件的研究、对二次平衡技术的认识、新机型的研制、现有抽油 机的增强改造以及抽油机主要零部件的研究等科研成果中取得较大进展。 （1） 抽油机工作状况和载荷特性研究 抽油机所承受的载荷，是设计、评价抽油机的依据，是进行抽油机研究、设 计、分析必须首先解决的问题。抽油机的工作状况为，24h野外连续运转，无人 8 看守，工作环境恶劣。改变了过去认为抽油机工作环境较优、容易满足的认识， 这对减少新型抽油机设计的失误，提高新型抽油机的刨新成功率，有着重要的意 义。 在研究普通抽油机载荷和工作特性的基础上，对某些专用抽

24、油机工作特性的 研究也取得了长足的进展。已经逐渐认识到不同的油藏和开采条件，应该采用具 有不同特性的抽油机。如对稠油等特殊油藏，抽油机的悬点承载能力要大，减速 器的扭矩要大，但平衡重可相对减小，这时以配备大减速器的常规游梁式抽油机 为佳 。设计或分析抽油机的性能，对抽油机的优劣进行评价时，需要给定抽油 机悬点所承受的载荷，即给定抽油机的悬点示功图，因此提出了“模型示功图” 的 概念。 （2） 游梁式抽油机优化设计数学模型的研究 游梁式抽油机是油田应用最多的抽油机机型，也是油田的耗能、费用支出大 项。因此以设计性能优良、满足油田要求、制造成本低、运动动力性能优、节能 效果好的抽油机占领市场一直是

25、抽油机生产厂家和研究单位追求的目标，许多学 者进行抽油机结构参数优化设计研究就是为达到这一目标而展开的。从1984年开 始经过近20年的研究，特别是近l0年的研究，人们对抽油机优化设计的数学模型 已经有了较清楚的认识，这对促进抽油机设计水平的提高具有重要意义。首先， 在进行抽油机优化设计时应该取抽油机的主参数作为优化设计变量，即设计变量 除包含抽油机的杆长等结构参数外，还应包平衡参数等。 在选取寻优目标函数时，除考虑运动参数的优选外，还必须进行动力参数 的优化。一般应按照“能耗要小、质量要轻、练台性能指标要合理的多目标函数 9 寻优准则进行。同时，人们的设计实践表明：选择不同的抽油机“模型示功

26、图” 作 为设计抽油机的标准，所设计出的抽油机结构尺寸和平衡参数，抽油机的运动、 动力性能是有区别的，因此在进行抽油机的优化设计前，有必要先对所设计抽油 机的应用场合进行调研，按照其主要应用油田的示功图特性，选择合理的设计模 型示功图，再进行抽油机参数的优选。 对于抽油机优化设计算法的选取，普遍认为：选用在非劣解中寻优解的算法 较为台适。这主要是因为抽油机优化设计是一多目标优化设计问题，在按照某一 个或少数几个目标确定的最优解，有可能使其他性能指标严重变形，这样首先确 定若干非劣解，就为设计人员进行分析和优选创造了更为广泛的选择空问。利用 上述方法和理论建立的优化算法所设计的抽油机，一般比采用

27、常规技术设计的抽 油机总质量可减轻5 ，能耗下降10左右，有着显著的社会、经济效益。因此， 抽油机优化设计技术应该在抽油机生产厂家广泛推广。 （3） 驱动抽油机的电动机特性研究 选择合适的驱动电动机是抽油机设计、研究和使用工作者关注的重点问题。 抽油机的扭矩特点是渡动较大，且存在负扭矩，这就要求驱动抽油机的电动机， 不仅电动机本身在较宽的载荷率下工作效率较高，而且更重要的是符合抽油机的 载荷状态，使抽油机悬点加速度变化趋于均匀，抽油机主要构件如连杆、支架的 受力，特别是减速器承受的扭矩有所改善，平衡效果变优。即不仅要求驱动抽油 机的电动机节能，而且要求电动机的特性使抽油机的工作状态和有杆采抽系

28、统最 优。这点，已经得到大多数研究人员和油田工程师的认可。研究什么样的电动机 驱动抽油机更为合理，必须建立考虑抽油泵工作状态、抽油杆系统振动和抽油机 10 构件惯性的机器系统动力学方程，并解决抽油机动力学方程与抽油机波动方程的 耦合问题。驱动抽油机的电动机，应该具有以下特点： 在低负载率时效率要比较高； 电动机的机械特性应该与抽油机的工作要求相匹配，一般认为特性较软 对“三抽”系统有利； 要有一定承受过载的能力； 启动力矩要大； 适合于野外工作； 能防止从电动机上窃电； 有利于抽油机的平衡。 特别是电动机的机械特性应满足“三抽”系统的要求，是国外抽油机研究人员 的普遍共识，这点国内在近几年也得

29、到了普遍承认。近几年，各种专为抽油机设 计的电动机或多或少地解决了上述问题。研究表明，对于驱动抽油机的电动机， 片面强调其节能是不可取的。 1.3.2 抽油机研究中应该重视的问题 目前抽油机的研究中，下面几个问题值得引起我们重视： (1) 抽油机机型的选择原则和优劣评价问题什么样的抽油机能够满足油田的 需要，评价的标准是什么，这些标准的可操作性等问题，应该引起设计、研究人 员的重视。 (2) 小型游梁式抽油机的设计。目前，不同的油田使用不同的抽油机，已经 成为油田工程师的共识，这样，设计小型的长冲程抽油机，满足油田的需要，研 11 究小型长冲程抽油机的设计规律，应该成为设计人员重视的问题。 (

30、3) 抽油机的合理选择问题。油田特别是新建油田按照什么原则选择抽油机 机型，应该是抽油机工作者和油田开发工程师共同关心的问题。 (4) 现代设计方法在抽油机设计中的应用问题。 (5) 拖动抽油机电动机的最佳性能研究问题。 (6) 抽油机主要部件和专用部件，如减速器性能、可靠性、设计方法、加工 制造等问题的研究。 1.4 异相型游梁式抽油机特点工作原理与节能原理 1.4.1 异相型游梁式抽油机特点 a. 曲柄中心线和平衡重中心线偏离一个相位角。 b. 曲柄轴中心线至中央轴承座中心水平距离 I 大于游梁后臂长度 C，两者差 接近于曲柄半径 R，即 I-CR。结构上看，加大了力臂减小了连杆拉力，增大

31、抽 油机最大承载能力，扭矩因数下降。这种结构特点使游梁在上下死点时，连杆两 个位置之间存在一个相位夹角，这种机构具有急回特性。 c. 曲柄顺时针方向选转，保证上冲程时间长.下冲程时间短。 1.4.2 工作原理 抽油机的电动机通过 V 带和减速器带动曲柄做旋转运动。曲柄连杆游梁 支承架四杆机构将这一运动转化为驴头的变速上下往复运动，通过钢丝绳和抽 油杆带动抽油泵柱塞做变速的上下往复运动，实现油井开采。 1.4.3 节能原理 a. 抽油机的负载状况影响抽油机的能耗。常规型抽油机加在曲柄的净扭矩 12 成周期变化，有时对电机做功，这样的负载不利于普通电动机的正常工作，是电 机高能耗原因。 b. 普通

32、异步电动机油机的负载状况影响抽油机的能耗。常规型抽油机加在 曲柄的净扭矩成周期变化，有时对电机做功，这样的负载不利于普通电动机的正 常工作，是电机高能耗原因。具有硬特性，适宜拖动均匀负载。常规型抽油机的 负载状况不理想，就形成了它能耗高特性，而异相型抽油机在这方面得到改进。 c. 抽油机工作时曲柄净扭矩的波动由悬点载荷与加速度变化引起。通过改变 抽油机杆件尺寸的配比，使运动规律改变，减小工作扭矩曲线的峰值。在保证冲 次不变的情况下，加长上冲程时间，减少上冲程前半段的加速度变化幅度，使扭 矩峰值减小；同理可以使工作下峰值加大。同时可以改变工作扭矩的形状。异相 型抽油机通过在曲柄上的偏置角的引入，

33、有利于减少电动机的额定功率，达到二 者更好的匹配，也可以改善杆件受力情况。 13 2 设计数据 2.1 设计数据 悬点最大载荷： 冲程： 冲次：KNW100mS2 . 4min/5n 2.2 抽油机几何结构尺寸：（单位：mm） 3780P2195C4655K3180I1064R 2.3 抽油机模型示功图: 在设计抽油机之前，首先要确立抽油系统的地面示功图，它是抽油机动力分 析的起始条件。所谓的模拟示功图是指在抽油机正常的工作条件下，能包容该机 型各种工况，使抽油机的各项动力性能指标受到最恶劣工况考验的示功图。以现 场实际示功图为基础，运用多元统计分析理论，结合理论研究成果和现场试验， 给出了一

34、种能预测在正常稀油工况下油井地面示功图参数的方法。 图 2.1 模拟示功图 14 计算公式： 当， 时 600 60 35 65W 当 ， 时 18060)180( 120 10 90 W 当 ， 时 240180)180( 60 35 90 W 当 ， 时 360240)240( 120 10 55 W 计算过程与结果如下： （1） 时，当 0KNW65 60 35 65 1 （2） 时，当 15KNW75.7315 60 35 65 60 35 65 2 （3） 时，当 30KNW 5 . 8230 60 35 65 60 35 65 3 （4） 时，当 45KNW25.9145 60 3

35、5 65 60 35 65 4 （5） 时，当 60KNW10060 60 35 65 60 35 65 5 （6） 时，当 75 KNW75.98)75180( 120 10 90)180( 120 10 90 6 （7） 时，当 90 KNW 5 . 97)90180( 120 10 90)180( 120 10 90 7 （8） 时，当 105 KNW25.96)105180( 120 10 90)180( 120 10 90 8 （9） 时，当 120 KNW95)120180( 120 10 90)180( 120 10 90 9 （10）时，当 135 KNW75.93)13518

36、0( 120 10 90)180( 120 10 90 10 （11）时，当 150 15 KNW 5 . 92)150180( 120 10 90)180( 120 10 90 11 （12）时，当 165 KNW25.91)165180( 120 10 90)180( 120 10 90 12 （13）时，当 180 KNW90)180180( 120 10 90)180( 120 10 90 13 （14）时，当 195 KNW25.81)180195( 60 35 90)180( 60 35 90 14 （15）时，当 210 KNW 5 . 72)180210( 60 35 90)1

37、80( 60 35 90 15 （16）时，当 225 KNW75.63)180225( 60 35 90)180( 60 35 90 16 （17）时，当 240 KNW55)180240( 60 35 90)180( 60 35 90 17 （18）,255 时当 KNW25.56240255 120 10 55)240( 120 10 55 18 ）（ （19）,270 时当 KNW 5 . 57240270 120 10 55)240( 120 10 55 19 ）（ （20）,285 时当 KNW75.58240285 120 10 55)240( 120 10 55 20 ）（ （

38、21）,300 时当 KNW60240300 120 10 55)240( 120 10 55 21 ）（ （22）,315 时当 KNW25.61240315 120 10 55)240( 120 10 55 22 ）（ 16 （23）,330 时当 KNW 5 . 62240330 120 10 55)240( 120 10 55 23 ）（ （24）,345 时当 KNW75.63240345 120 10 55)240( 120 10 55 24 ）（ 17 3 设计与计算 3.1 异相型游梁式抽油机几何尺寸参数计算 3.1.1 几何关系计算式 hH I arctg （1） cos2

39、222 KRRKJ （2） CP JPC 2 arccos 222 （3） CJ PJC 2 arccos 222 （4） J R sin arcsin （5） （6） （7） CK RPKC b 2 arccos 2 22 （8） CK RPKC t 2 arccos 2 22 （9） 3.1.2 符号含义 A：游梁前臂长度，等于驴头弧面半径与钢丝绳半径之和，m； C：游梁后臂长度，等于游梁支承中心到横梁轴承中心的距离，m； 18 P：连杆长度，等于横梁轴承中心的曲柄销轴承中心的距离，m； R：曲柄半径，等于减速器输出轴中心到曲柄销轴承中心的距离，m； K：极距，等于减速器输出轴中心到游梁支

40、承中心的距离，m； H：游梁支承中心到底座底部的高度，m； I：游梁支承中心到减速器输出轴中心的水平距离，m； J：曲柄销轴承中心到游梁支承中心的距离，m； h：减速器输出轴到底座底部的高度，m； ：K 与曲柄中心线（减使器输出轴中心与曲柄销轴承中心的连线）的夹角， 常规型和异相型游梁式抽油机等于 K 与曲柄中心线在 12 点钟位置时的夹角，前 置型和气平衡游梁式抽油机等于 K 与曲柄中心线在 6 点钟位置时的夹角， （） ； ：曲柄角，观察时，井口在右侧，常规型和异相型游梁式抽油机为曲柄中 心线从 12 点钟位置开始，按顺时针方向的旋转角；气平衡游梁抽油机为曲柄中 心线从 6 点钟位置开始，

41、按顺时针方向的旋转角；前置型游梁式抽油机为曲柄中 心线从 6 点钟位置开始，按逆时针方向的旋转角， （） ； ：C 和 P 之间的夹角， （） ； ：P 和 R 之间的夹角， （） ； ：异相型游梁式抽油机的曲柄平衡重臂中心线与曲柄中心线的偏移角， （） ； ：C 和 K 之间的夹角， （） ； ：光杆在最高位置时，C 和 K 之间的夹角， （） ； t ：光杆在最低位置时，C 和 K 之间的夹角， （） ； b 19 ：游梁处于上、下死点两极限位置，游梁前后位置变化的夹角， （） ； ：C 和 J 之间的夹角， （） ； ：K 和 J 之间的夹角。C、J 在 K 的两侧为正值，在 K 的同侧

42、为负值， （） 。 3.1.3 各个点参数计算 当时， 0 089.43) )31804655( 3180 ( )( 2222 arctg IK I arctg hH I arctg 2 22222 500888.394525.15566977 )089.430cos(10644655210644655)cos(2 KRRKJ 685.77) 378021952 25.1556697737802195 arccos( 2 arccos 22222 CP JPC 391.69) 500888.394521952 378025.155669772195 arccos( 2 arccos 22222

43、 CJ PJC 616.10 500888.3945 )089.430sin(1064 arcsin sin arcsin J R 007.80)616.10(391.69 781.200)089.430(007.80685.77)( 494.81 465521952 )10643780(46552195 arccos 2 )( arccos 222222 CK RPKC b 746.20 465521952 )10643780(46552195 arccos 2 )( arccos 222222 CK RPKC t 当=时， 15 2 22222 938121.374991.14062035

44、 )089.4315cos(10644655210644655)cos(2 KRRKJ 20 303.72) 378021952 91.1406203537802195 arccos( 2 arccos 22222 CP JPC 804.73) 938121.374921952 378091.140620352195 arccos( 2 arccos 22222 CJ PJC 677 . 7 938121.3749 )089.430sin(1064 arcsin sin arcsin J R 481.81)677. 7(804.73 874.181)089.4315(481.81303.72)

45、( 当=时， 30 2 22222 658071.362676.13152648 )089.4330cos(10644655210644655)cos(2 KRRKJ 974.68) 378021952 76.1315264837802195 arccos( 2 arccos 22222 CP JPC 627.76) 658071.362621952 378076.131526482195 arccos( 2 arccos 22222 CJ PJC 810 . 3 658071.3626 )089.4330sin(1064 arcsin sin arcsin J R 437.80)810 .

46、3 (627.76 其余详见表 3.1 . 表 3.1 / 2 JmJ / / / 015.566977253.94550088877.6845263469.39137327 1514.062035913.74993812172.3028873973.8041851 3013.152648763.62665807168.9743068476.62734365 4512.900789023.59176683968.0396954277.43439293 6013.323620533.65015349469.6054155276.08604203 7514.3923283.79372218373.

47、4960776472.81044151 9016.034080814.00425783579.3303762568.07516814 10518.13699624.25875524186.6508902562.38316416 12020.557763984.53406704695.0175366256.14950638 13523.131412834.809512743104.037324249.68265972 21 15025.682552845.067795658113.346500643.22122003 16528.037328035.295028615122.560800136.98963589 18030.035264385.480443813131.192728131.26634882 19531.540205845.616066759138.528460226.47059981 21032.449593125.696454434143.522104323.23486618 22532.701452995.718518426145.011171422.27388537 24032.278621635.681427781142.540475723.8693013 25531.209914285.586583