维普资讯htp:/www.cqvip.com 第26卷第4期 钻采工艺 调柽变矩型抽油机的优化设计与平衡紋果分析 王玉良 辽宁石油化工大学机械工程学院) 摘要:调径变矩型抽油机将常轨游梁平衡型抽油机的后臂下偏一个角度,变力臂、变配重,实现了变平衡力 矩。文章对其几何尺寸与平衡参数进行了优化设计,证实该机型曲柄轴的均方根扭矩比异相型减少了31.2%,最 大扭矩减少了35.3%,平衡效果显著。但净扭矩曲线存在负值,建议增加曲柄二次平衡,设计成复合平衡型抽油 关键词:调径变矩;抽油机;优化设计;平衡 中图分类号:TE833.1文献标识码:A文章编号:1006-768X(200)04-053-03 调径变矩型抽油机是抽油机大家族中一种新型选取独立的设计变量连杆长度P游梁支撑中心到 抽油机,它采用了前置式气平衡型的传动方式,将常横梁轴承中心的距离C极距K游梁支承中心到减 轨游梁平衡型的平衡方式进行了创造性的改造,试速器输出轴中心的水平距离I曲柄半径R。按文献 图使平衡效果处于最佳状态。经计算与应用表明,[1]的优化策略,首先以上冲程最大扭矩因数TF 该抽油机具有如下特点 上冲程悬点最大加速度anx为目标函数,单目标分 (1)具有前置式抽油机的优点。抽油机的前梁别求其极小值。约束条件游梁对水平线的上下摆 缩短,传动装置与驴头位于同侧,底座尺寸大为减角近似相等,游梁摆角范围8=40~609,防止平衡 少,改善了底座的受力状态。 重落地;要求上下行程时间不等,即存在极位夹角 (2)调径变矩,游梁分为游梁体与吊臂两件,在,控制极位夹角-5°<λ<15°;传动角β<140°; 游梁体尾部铰接,靠更换不同直径的变径销来改变曲柄存在条件K+R<P+C;考虑减速机的安装, 吊臂与游梁体间的夹角,从而改变平衡力臂;配重箱炉头的安装条件,不造成炉头在最低位置时与减速 吊挂在吊臂的尾部,通过人工不停机加减配重块来机相碰,各杆长的比例关系:R/K<0.15,0.8< 改变平衡力矩。最大平衡力矩发生在悬点最大载荷P/K<1.2,0.4<C/A<0.6,0.75<A/K<0.9 位置,直接减少了悬点载荷尖峰扭矩。上、下冲程最等。 大扭矩相近,平衡率接近于1。 (3)节能性好。12型机按理论示功图计算,减 速机输出均方根扭矩比异相型抽油机减少20% 30%。 (4)与曲柄平衡相比,游梁平衡具有结构简单 制造成本低,操作方便。 (5)游梁平衡重能平衡悬点载荷,但当加速度较 大时平衡重产生的动载荷对抽油机工作不利。 图1调径变矩型抽油机结构简图 几何尺寸的优化设计 平衡参数的优选 调径变矩型抽油机与气平衡游梁式抽油机几何 关系计算式完全一致。各杆件尺寸标识如图1示。 调径变矩平衡实际上包括两层意思,一是调整 收稿日期:2003-04-2;修回日期:2003-04-29 作者简介:王玉良(1943-)教授,1967年毕业于东北工学院机械系,现从事机械设计制造及自动化专业的教学及石油机械、流体机械的 科研工作。地址:(11301)辽宁抚顺电话:(0413)664047,6671243。第 26卷 第 4期 钻 采 工 艺 ·53 · 调 径 变矩 型 抽 油机 的优 化 设 计 与平 衡 效 果 分析 王 玉 良 (辽 宁石油化工大学机械工程 学院) 摘 要 ：调径 变矩型抽油 机将 常轨游梁平衡 型抽 油机 的后臂 下偏一个角 度 ，变 力臂 、变 配重 ，实现 了变平衡力 矩 。文章对其几何 尺寸与平衡参 数进行 了优化设计 ，证实该 机 型曲柄 轴 的均方根 扭矩 比异 相型减 少 了 31．2％ ，最 大扭矩减少了35、3％，平衡效果显著。但净扭矩曲线存在负值 ，建议增加曲柄二次平衡 ，设计成复合平衡型抽油 机 。 关键词 ：调径 变矩 ；抽油 机 ；优化设计 ；平衡 中圈分类号 ：TE833．1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1006—768x(2oo3)o4—053—03 调径变矩型抽油机是抽油机大家族 中一种新型 抽油机 ，它采用了前置式气平衡型的传动方式 ，将常 轨游梁平衡型 的平衡方式进行 了创造性 的改造 ，试 图使平衡效果处于最佳状 态。经计算 与应用表 明， 该抽油机具有如下特点 ： (1)具有前置式抽油机 的优点。抽油机 的前 梁 缩短 ，传动装置与 驴头位 于 同侧 ，底座尺 寸大为减 少 ，改善了底座的受力状态 。 (2)调径变矩 ，游梁分为游梁体 与吊臂两件 ，在 游梁体尾部铰接 ，靠更换不 同直径 的变径销来 改变 吊臂与游梁体 间的夹角 ，从而改变平衡力臂 ；配重箱 吊挂在吊臂的尾部 ，通 过人 工不停 机加减 配重块 来 改变平衡力矩。最大平衡力矩发生在悬点最大载荷 位置 ，直接减少 了悬点载荷尖峰扭矩。上 、下冲程最 大扭矩相近 ，平衡率接近于 1。 (3)节 能性好。12型机按理 论示功 图计 算 ，减 速机输出均方根扭矩 比异相 型抽油机减少 20％ ～ 30％ 。 (4)与曲柄平衡 相 比，游梁平衡具有结构简单 ， 制造成本低 ，操作方便。 (5)游梁平衡重能平衡悬点载荷 ，但 当加速度较 大时平衡重产生 的动载荷对抽油机工作不利。 几何 尺寸 的优 化设计 调径变矩型抽油机与气平衡游梁式抽油机几何 关系计算式完全一致 。各杆件 尺寸标识如图 1示 。 选取独立的设计变量 ：连杆长度 P、游梁支撑 中心到 横梁轴承 中心 的距离 C、极距 K、游梁支承中心到减 速器输 出轴中心的水平距离 I、曲柄半径 R。按文献 [1]的优化策略 ，首先以上冲程最大扭矩 因数rIF一 、 上冲程悬点最 大加速度 a～ 为 目标 函数 ，单 目标分 别求其极小值 。约束条件 ：游梁对水平线 的上下摆 角近似相等 ，游梁摆角范围 =40P～60~，防止平衡 重落地 ；要求上下 行程时 间不 等 ，即存 在极 位夹角 ，控制极位夹角 一5。< <15。；传动角 <14&； 曲柄存在条件 +R < P+C；考虑减速机的安装 ， 炉头 的安装条件 ，不造成炉头在最低位置 时与减速 机相碰 ，各 杆长 的 比例关 系 ：R／K < 0．15，0．8< P／K < 1．2，0．4 < C／A < 0．6，0．75 < A／ < 0．9 等。 ! 图 1 调径变矩型抽 油机结构筒 图 平衡参数 的优 选 调径变矩平衡实际上包括两层 意思 ，一是调整 收稿 日期 ：2O03—04—22；．|}回日期 ：2003—04—29 ． 作者简介 ：王玉 良(1943一)，教授 ，1967年毕业 于东北 工学院机械系 ，现从事 机械设计 制造及 自动化专业 的教学及 石油机 械 、流体 机械 的 科研工作。地址 ：(113001)辽宁抚顾 ，电话 ：(0413)6640447。6671243。 ． 维普资讯 http://www.cqvip.com