液壓抽油機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(3)

1、1液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)摘 要一種液壓傳動(dòng)式石油開(kāi)采抽油機(jī)，由包括液壓泵、馬達(dá)、控制閥、管路輔件在內(nèi)的液壓元件及相關(guān)機(jī)械零件裝配組連為一個(gè)整體構(gòu)成液壓傳動(dòng)部件，通過(guò)其中的液壓傳動(dòng)部件中的液壓馬達(dá)傳動(dòng)輪的輪面式或者齒式或者槽式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與相對(duì)應(yīng)的一端與采油油井的抽油泵連接桿相接的帶式或者鏈?zhǔn)交蛘呃K索式柔性傳動(dòng)件相配合，構(gòu)成該機(jī)的往復(fù)工作機(jī)構(gòu)。 通過(guò)由機(jī)、電、液元器件裝配組連所構(gòu)成的工作沖程和沖次調(diào)整控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)整和控制該機(jī)往復(fù)工作機(jī)構(gòu)，牽引石油油井的抽油泵按設(shè)定的沖程和沖次連續(xù)往復(fù)工作。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸端與液壓泵的轉(zhuǎn)子軸端直接或者經(jīng)由連軸構(gòu)件實(shí)現(xiàn)配合連接，經(jīng)由液壓控制閥、工作液過(guò)濾器、管路、附件將工作液

2、容箱和液壓泵之間組連成液壓控制和工作回路，構(gòu)成該液壓傳動(dòng)部件的液壓動(dòng)力源部分。一種滑塊式盤(pán)傳動(dòng)低速大扭矩液壓馬達(dá)的傳動(dòng)盤(pán)的外周直接裝配輪面?zhèn)溆信c繩或者帶或者鏈?zhǔn)饺嵝詡鲃?dòng)件相對(duì)應(yīng)配合的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)輪，即構(gòu)成該部件的動(dòng)力轉(zhuǎn)換和傳動(dòng)部分。其特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造、使用、維護(hù)成本低，明顯節(jié)能。關(guān)鍵詞：液壓泵 1，液容箱 2，控制閥 3，傳動(dòng)輪 4 4Hydraulic pumping unit designABSTRACTA hydraulic drive type oil pumping unit, by including hydraulic pumps, motors, control val

3、ves, piping accessories, including hydraulic components and mechanical parts associated with the assembly as a whole constitutes a group of hydraulic components, through which the hydraulic parts of the hydraulic motor drive wheel or gear wheel surface, or trough-type structure corresponding to the

4、transmission side and the oil wells pump connecting rod connecting the belt or chain or rope-style flexible transmission parts matched to form reciprocating machine working bodies. Through the mechanical, electrical, hydraulic components, the assembly constituted by the work group with stroke and ru

5、shed revision control system to adjust and control the aircraft reciprocating body traction pump oil wells set by the stroke and the rushing back and forth consecutive working . Motor power output shaft and the pump rotor shaft directly or through a coupling component to achieve with the connection,

6、 via the hydraulic control valve, the working fluid filters, piping, accessories will be the working fluid between the tank and pump together into groups and work-loop hydraulic control, hydraulic components that make up the hydraulic power source part. One kind of slider-style disk drive low speed

7、high torque hydraulic motor drive plate assembly wheel peripheral surface with a direct and flexible rope or belt or chain drive transmission parts corresponding with the structure of the drive wheel, which constitute the components of the power conversion and transmission parts. It features: simple

8、 structure, manufacture, use, maintenance costs low, clear energy.KEY WORDS： hydraulic pump 1, the tank liquid 2, the control valve 3, wheel drive 45目錄目錄第第 1 章章 第第 1 1 章液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況和應(yīng)用章液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況和應(yīng)用.71.1 1.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況.71.2 1.2 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用.8第第 2 章章 第第 2 2 章章 液壓傳動(dòng)的工作原理和組成液壓傳動(dòng)的工作原理和組成.92.1 2.1 工作原理.9

9、2.2 2.2 液壓系統(tǒng)的基本組成.9第第 3 章章 第第 3 3 章章 液壓系統(tǒng)工況分析液壓系統(tǒng)工況分析.103.1 3.1 運(yùn)動(dòng)分析、負(fù)載分析、負(fù)載計(jì)算.103.2 3.2 液壓缸的確定.12第第 4 章章 第第 4 4 章章 擬定液壓系統(tǒng)圖擬定液壓系統(tǒng)圖.144.1 4.1 選擇液壓泵型式和液壓回路 .144.2 4.2 選擇液壓回路和液壓系統(tǒng)的合成.14第第 5 章章 第第 5 5 章章 液壓元件的選擇液壓元件的選擇.175.1 5.1 選擇液壓泵和電機(jī).175.2 5.2 輔助元件的選擇.185.3 5.3 確定管道尺寸.195.4 5.4 確定油箱容積.19第第 6 章章 第第 6

10、 6 章章 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn).196.1 6.1 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算.196.2 6.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算.20第第 7 章章 抽油機(jī)抽油機(jī)深井泵抽油裝置及基礎(chǔ)理論計(jì)算深井泵抽油裝置及基礎(chǔ)理論計(jì)算.21我國(guó)生產(chǎn)的抽油桿從級(jí)別上分有我國(guó)生產(chǎn)的抽油桿從級(jí)別上分有 C、D、K 三種級(jí)別。三種級(jí)別。C 級(jí)抽油桿用于輕、中型負(fù)荷的抽油機(jī)井；級(jí)抽油桿用于輕、中型負(fù)荷的抽油機(jī)井；D 級(jí)抽油桿級(jí)抽油桿用于中、重負(fù)荷的抽油機(jī)井；用于中、重負(fù)荷的抽油機(jī)井；K 級(jí)抽油桿用于輕、中負(fù)荷有腐蝕性的抽油機(jī)井。大慶油田使用的抽油桿為級(jí)抽油桿用于輕、中負(fù)荷有腐蝕性的抽油機(jī)井。大慶油田使用的抽油桿為

11、C級(jí)和級(jí)和 D 級(jí)抽油桿。由于各個(gè)抽油桿生產(chǎn)廠(chǎng)家采取的加工工藝不一，使用的加工材料不一，抽油桿的機(jī)械性能級(jí)抽油桿。由于各個(gè)抽油桿生產(chǎn)廠(chǎng)家采取的加工工藝不一，使用的加工材料不一，抽油桿的機(jī)械性能也各不相同。也各不相同。.25二、抽油泵的工作原理二、抽油泵的工作原理.251、上沖程、上沖程.25抽油桿帶動(dòng)柱塞向上運(yùn)動(dòng)，柱塞上的游動(dòng)凡爾受管柱內(nèi)液柱的壓力而關(guān)閉。此時(shí)泵內(nèi)壓力降低，固定凡爾在環(huán)抽油桿帶動(dòng)柱塞向上運(yùn)動(dòng)，柱塞上的游動(dòng)凡爾受管柱內(nèi)液柱的壓力而關(guān)閉。此時(shí)泵內(nèi)壓力降低，固定凡爾在環(huán)形空間液柱壓力與泵內(nèi)壓力之差（即沉沒(méi)壓力）的作用下而打開(kāi)。如果油管內(nèi)已充滿(mǎn)液體，在井口將排相當(dāng)于形空間液柱壓力與泵內(nèi)

12、壓力之差（即沉沒(méi)壓力）的作用下而打開(kāi)。如果油管內(nèi)已充滿(mǎn)液體，在井口將排相當(dāng)于柱塞沖程長(zhǎng)度的一段液體，同時(shí)泵內(nèi)吸入液體。造成泵吸入液體的條件是泵內(nèi)壓力低于沉沒(méi)壓力。柱塞沖程長(zhǎng)度的一段液體，同時(shí)泵內(nèi)吸入液體。造成泵吸入液體的條件是泵內(nèi)壓力低于沉沒(méi)壓力。.252、下沖程、下沖程.26抽油桿帶動(dòng)柱塞向下運(yùn)動(dòng)，固定凡爾立即關(guān)閉，泵內(nèi)壓力升高到大于柱塞以上液柱壓力時(shí)，游動(dòng)凡爾打開(kāi)，柱抽油桿帶動(dòng)柱塞向下運(yùn)動(dòng)，固定凡爾立即關(guān)閉，泵內(nèi)壓力升高到大于柱塞以上液柱壓力時(shí)，游動(dòng)凡爾打開(kāi)，柱塞下部的液體通過(guò)游動(dòng)凡爾進(jìn)入柱塞上部，使泵排出液體。所以下沖程是泵向油管排液的過(guò)程，條件是泵內(nèi)壓塞下部的液體通過(guò)游動(dòng)凡爾進(jìn)入柱塞上

13、部，使泵排出液體。所以下沖程是泵向油管排液的過(guò)程，條件是泵內(nèi)壓6力高于柱塞以上液柱壓力。力高于柱塞以上液柱壓力。.26泵的工作過(guò)程由三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即：柱塞在泵內(nèi)讓出容積、井內(nèi)液體進(jìn)泵內(nèi)和從泵內(nèi)排出液體。理想情況泵的工作過(guò)程由三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即：柱塞在泵內(nèi)讓出容積、井內(nèi)液體進(jìn)泵內(nèi)和從泵內(nèi)排出液體。理想情況下，柱塞上、下沖程進(jìn)入和排出的液體體積都等于柱塞讓出的體積下，柱塞上、下沖程進(jìn)入和排出的液體體積都等于柱塞讓出的體積 V。.26sfVp.26式中：式中：FP柱塞面積，柱塞面積，24Df，M2.26S光桿沖程光桿沖程 M.26D泵徑泵徑 M .26每分鐘排量每分鐘排量 VM.26snfVp

14、m.26每日排量：每日排量：.26snfQpt1440.27三、抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的計(jì)算三、抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的計(jì)算.27抽油在不同抽汲參數(shù)下工作時(shí)，懸點(diǎn)所承受的載荷是選擇抽油設(shè)備及分析設(shè)備工作狀況的重要依據(jù)。為此了解抽油在不同抽汲參數(shù)下工作時(shí)，懸點(diǎn)所承受的載荷是選擇抽油設(shè)備及分析設(shè)備工作狀況的重要依據(jù)。為此了解懸點(diǎn)承受哪些載荷和怎樣計(jì)算這些載荷是十分必要的。懸點(diǎn)承受哪些載荷和怎樣計(jì)算這些載荷是十分必要的。.271、靜載荷、靜載荷.27（1）抽油桿柱載荷）抽油桿柱載荷.27驢頭帶動(dòng)抽油桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，抽油桿柱的載荷始終作用于驢頭上。但在下沖程時(shí)，游動(dòng)幾爾打開(kāi)，油管內(nèi)液體驢頭帶動(dòng)抽油桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，抽油桿柱

15、的載荷始終作用于驢頭上。但在下沖程時(shí)，游動(dòng)幾爾打開(kāi)，油管內(nèi)液體的浮力作用于抽油桿柱上，所以，下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的重力減去液體的浮力，即它在液體中的的浮力作用于抽油桿柱上，所以，下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的重力減去液體的浮力，即它在液體中的重力作用在懸點(diǎn)上的載荷。而在上沖程中，游動(dòng)凡爾關(guān)閉，抽油桿柱不受油管內(nèi)液體浮力的影響，所以上沖程重力作用在懸點(diǎn)上的載荷。而在上沖程中，游動(dòng)凡爾關(guān)閉，抽油桿柱不受油管內(nèi)液體浮力的影響，所以上沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的載荷是抽油桿在空氣中的重力。中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的載荷是抽油桿在空氣中的重力。.27第第 8 8 章章 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率及節(jié)

16、能技術(shù)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率及節(jié)能技術(shù).49一、系統(tǒng)效率一、系統(tǒng)效率.50二、抽油機(jī)井節(jié)能技術(shù)二、抽油機(jī)井節(jié)能技術(shù).55附表附表.617第 1 章 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況和應(yīng)用1.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱(chēng)為流體傳動(dòng)，是據(jù) 17 世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門(mén)技術(shù)。當(dāng)今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。20 世紀(jì) 50 年代我國(guó)的液壓工業(yè)才開(kāi)始，液壓元件初用于鍛壓和機(jī)床設(shè)備上。六十年代有了進(jìn)一步的發(fā)展，滲透到了各個(gè)工業(yè)部門(mén)，在工程機(jī)械、冶金、機(jī)床、汽車(chē)等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。如今的液壓系統(tǒng)技術(shù)向著高壓、高

17、速、高效率、高集成等方向發(fā)展。同時(shí)，新元件的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)的仿真和優(yōu)化等工作，也取得了卓有的成效。工程機(jī)械主要的配套件有動(dòng)力元件、傳動(dòng)元件、液壓元件及電器元件等。內(nèi)燃式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是目前工程機(jī)械動(dòng)力元件基本上都采用的；傳動(dòng)分為機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)等。液力機(jī)械傳動(dòng)時(shí)現(xiàn)在最普遍使用的。液壓元件主要有泵、缸、密封件和液壓附件等。當(dāng)前，我國(guó)的液壓件也已從低壓到高壓形成系列。我國(guó)機(jī)械工業(yè)引進(jìn)并吸收新技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究，獲得了符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的液壓產(chǎn)品。并進(jìn)一步的優(yōu)化自己的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，得到性能更好符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。國(guó)外的工程機(jī)械主要配套件的特點(diǎn)是生產(chǎn)歷史悠久、技術(shù)成熟、生產(chǎn)集中度高、品牌效應(yīng)突出。主機(jī)和配套

18、件是互相影響、互相促進(jìn)的。當(dāng)下，國(guó)外工程機(jī)械配套件的發(fā)展形勢(shì)較好。最近，這些年國(guó)外的工程機(jī)械有一種趨勢(shì)，就是：主機(jī)的制造企業(yè)逐步向組裝企業(yè)方向發(fā)展，配套件由供應(yīng)商提供。美國(guó)的凱斯、卡特彼勒，瑞典的沃爾沃等是世界上實(shí)力最強(qiáng)的主機(jī)制造企業(yè)，其配套件的配套能力也是非常強(qiáng)的，數(shù)量上也是逐年大幅的增長(zhǎng)，配套件主由零部件制造企業(yè)來(lái)提供。在科技大爆炸的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了前所未有的影響。這也為今后制造業(yè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)方法與制造技術(shù)模式的改變指明了方向，為數(shù)字化的設(shè)計(jì)資源與制造資源的遠(yuǎn)程共享，8提高產(chǎn)品效率奠定了基礎(chǔ)。目前，在液壓領(lǐng)域中，特別是中小企業(yè)在進(jìn)行液

19、壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，存在零部件種類(lèi)繁多、系統(tǒng)集成復(fù)雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)服務(wù)可以解決這些問(wèn)題。1.2 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用1、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：（1）單位功率的重量輕，即在相同功率輸出的條件下，體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)態(tài)特性好。（2）可實(shí)現(xiàn)較大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。（3）工作平穩(wěn)、沖擊小、能快速的啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向。（4）獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩容易。（5）操作方便，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（6）易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，安全性好。（7）液壓元件以實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用。2、液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)：（1）液壓系統(tǒng)中存在著泄漏、油液的可壓縮

20、性等，這些都影響運(yùn)動(dòng)的傳遞的準(zhǔn)確性，不宜用于對(duì)傳動(dòng)比要求精確地場(chǎng)合。（2）液壓油對(duì)溫度敏感，因此它的性能會(huì)隨溫度的變化而改變。因此，不宜用于問(wèn)短變化范圍大的場(chǎng)合。（3）工作過(guò)程中存在多的能量損失，液壓傳動(dòng)的效率不高，不宜用于遠(yuǎn)距離傳送。（4）液壓元件的制造精度要求較高，制造成本大，故液壓系統(tǒng)的故障較難診斷排除。3 液壓系統(tǒng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用：工程機(jī)械裝載機(jī)、推土機(jī)、抽油機(jī)等。汽車(chē)工業(yè)平板車(chē)、高空作業(yè)等。機(jī)床工業(yè)車(chē)床銑、床刨、床磨等。冶金機(jī)械軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)、電爐控制系統(tǒng)等。9起重運(yùn)輸機(jī)械起重機(jī)、裝卸機(jī)械等。鑄造機(jī)械加料機(jī)、壓鑄機(jī)等。第 2 章 液壓傳動(dòng)的工作原理和組成液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)來(lái)

21、傳遞動(dòng)力（能量）的，它又分為液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)兩種形式。液壓傳動(dòng)中心戶(hù)要是以液體壓力能來(lái)進(jìn)行傳遞動(dòng)力的，液力傳動(dòng)主要是以液體動(dòng)能來(lái)傳遞動(dòng)力。液壓系統(tǒng)是利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，g 經(jīng)各種控制閥、管路和液壓執(zhí)行元件將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能，來(lái)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和會(huì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。油箱液壓泵溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸及連接這些元件的油管、接頭等組成了驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)。2.1 工作原理液油在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵的作用下經(jīng)濾油器從油箱中被吸出，加油后的液油由泵的進(jìn)油口輸入管路。再經(jīng)開(kāi)停閥節(jié)流閥換向閥進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞而使工作臺(tái)左右移動(dòng)。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回

22、油管排回油箱。節(jié)流閥用來(lái)調(diào)節(jié)工作臺(tái)的移動(dòng)速度。調(diào)大節(jié)流閥，進(jìn)入液壓缸的油量增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度就增大；調(diào)小節(jié)流閥，進(jìn)入液壓缸的油量就減少，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減少。故速度是由油量決定的，液壓系統(tǒng)的原理圖見(jiàn)圖 2。2.2 液壓系統(tǒng)的基本組成（1）動(dòng)力元件：液壓缸將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能，向系統(tǒng)提供壓力介質(zhì)。（2）執(zhí)行元件：液壓缸直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，輸出力、位移；液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速。執(zhí)行元件是將介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量輸出裝置。（3）控制元件：壓力、方向、流量控制的元件。用來(lái)控制液壓系統(tǒng)所需的壓10力、流量、方向和工作性能，以保證執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)各種不同的工作要求。（4）輔助元件：油箱、

23、管路、壓力表等。它們對(duì)保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定工作具有非常重要的作用。（5）工作介質(zhì)：液壓油。是傳遞能量的介質(zhì)。第 3 章 液壓系統(tǒng)工況分析3.1 運(yùn)動(dòng)分析、負(fù)載分析、負(fù)載計(jì)算繪制動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)圖，如圖 1-1（a）所示。11（a）圖表圖表 1 (b) (c)快進(jìn)ssvLt41 . 04 . 0111工進(jìn)ssvLt250004. 001. 0222快退ssvttt1 . 41 . 041. 01213123.2 液壓缸的確定3.2.1 液壓缸工作負(fù)載的計(jì)算液壓缸工作負(fù)載的計(jì)算（1）工作負(fù)載： NFw12000（2）摩擦阻力：靜摩擦阻力NNFuj2000100002 . 0動(dòng)摩擦阻力NNFui

24、1000100001 . 0（3）慣性阻力動(dòng)力滑臺(tái)起動(dòng)加速，反向起動(dòng)加速和快退減速制動(dòng)的加速度的絕對(duì)值相等，即v=0.1m/s，t=0.2m/s,故慣性阻力為：NtgvGmaFa500)2 . 010() 1 . 010000(/根據(jù)以上的計(jì)算，可得到液壓缸各階段的各各動(dòng)作負(fù)載，見(jiàn)表 1 所示，并繪制負(fù)載循環(huán)圖，如圖 1-c 所示。表 1 液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算工況計(jì)算公式液壓缸負(fù)載/N液壓缸推力 F/N起動(dòng)FfgF 2 0002 222加速FFfdFg1 5001 667快進(jìn)FfdF 1 0001 111工進(jìn)F= +FwFfd13 00014 444反向起動(dòng)F =Ffg2 0002 222

25、加速F = +FfdFa1 5001 667快退F =Ffd1 0001 111制動(dòng)F =FfdFa500556注：液壓缸的機(jī)械效率取=0.9m3.2.2 確定缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑確定缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑參見(jiàn)課本資料，初選液壓缸的工作壓力為 p1=25105 Pa。液壓缸的面積由 A=計(jì)算，按機(jī)床要求選用 A1=2A2 的差動(dòng)連接液壓缸，液壓缸回油腔的被壓取，并初步選定快進(jìn)、快退時(shí)回油壓力損失MpaPb6 . 0。Mpap7 . 02cmPFbA2max65.65/液壓缸的內(nèi)徑為：13cmcmDA14. 914. 3/65.654/41圓整取標(biāo)準(zhǔn)直徑 D=95mm，為實(shí)現(xiàn)快進(jìn)與快退速度相等

26、，采用液壓缸差動(dòng)連接，則 d=0.707D，即 d=0.707 95=67.165mm，圓整取標(biāo)準(zhǔn)直徑 d=71mm。液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算無(wú)桿腔面積mmDA221708004/有桿腔面積mmdA222313004/3.2.3 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各個(gè)階段的壓力、流量和功率的實(shí)際值計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各個(gè)階段的壓力、流量和功率的實(shí)際值結(jié)果見(jiàn)表 3 所示。表 3 液壓缸各工況所需壓力、流量和功率工況負(fù)載F/N回油腔壓力 p2 (p2)/ (105 Pa)進(jìn)油腔壓力p1/(105 Pa)輸入流量q/(L/min)輸入功率 P/kW計(jì)算公式啟動(dòng)2 22202p5.6_加速1 66772p8.4_

27、快進(jìn)快速1 11172p23.723.70.33p1=(F+p2 A2)/(A1 -A2)q=(A1 -A2)v1P=p1 q10-3工進(jìn)14 4446pb077p1=(F+p2 A2)/ A1q= A1v2P= p1q10-3啟動(dòng)2 22202p7.1_加速1 66772p21.1_快退快退1 11172p19.40.0750.024p1=(F+p2 A1)/ A1q= A2v2P=p1q10-314制動(dòng)55672p17.6_第 4 章 擬定液壓系統(tǒng)圖4.1 選擇液壓泵型式和液壓回路由工況圖可知，系統(tǒng)循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量?jī)蓚€(gè)階段順序組成。從提高系統(tǒng)的效率考慮，

28、選用限壓式變量葉片泵或雙聯(lián)葉片泵較好。將兩者進(jìn)行比較（見(jiàn)表 2）故選用雙聯(lián)葉片泵較好。表 2雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵1流量突變時(shí)，液壓沖擊取決于溢流閥的性能，一般沖擊較小1流量突變時(shí)，定子反應(yīng)滯后，液壓沖擊大2 內(nèi)部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲小，工作性能較好。2內(nèi)部徑向力不平衡，軸承較大，壓力波動(dòng)及噪聲較大，工作平衡性差3須配有溢流閥、卸載閥組，系統(tǒng)較復(fù)雜3系統(tǒng)較簡(jiǎn)單4有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較高4無(wú)溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升較低4.2 選擇液壓回路和液壓系統(tǒng)的合成1、 （1）調(diào)速回路的選擇由工況圖可知，該液壓系統(tǒng)功率較小，工作負(fù)載變化不大，故可選用節(jié)流調(diào)速方式。由于鉆孔屬連續(xù)切削且

29、是正負(fù)載，故采用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速較好。為防止工件鉆通時(shí)工作負(fù)載突然消失而引起前沖現(xiàn)象，在回油路上加背壓閥（見(jiàn)圖 3-a） 。15（2）快速運(yùn)動(dòng)回路與速度換接回路的選擇采用液壓缸差動(dòng)連接實(shí)現(xiàn)了快進(jìn)和快退速度相等。在快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)是，系統(tǒng)流量變化較大，故選用行程閥，使其速度換接平穩(wěn)。從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)，回路中通過(guò)的流量很大，為保證換向平穩(wěn)，選用電液換向閥的換接回路，換向閥為三位五通閥（見(jiàn)圖 3-b） 。（3）壓力控制回路的選擇由于采用雙泵供油，故用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵的卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。為方便觀(guān)察壓力，在液壓泵的出口處，背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)（見(jiàn)圖 3-c） 。2、

30、液壓系統(tǒng)的合成在選定的基本回路的基礎(chǔ)上，綜合考慮多種因素得到完整的液壓系統(tǒng)，如圖 所示。（1）在液壓換向回路中串入一個(gè)單向閥 6，將工進(jìn)時(shí)的進(jìn)油路、回油路隔斷。可解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路、回油路連通而無(wú)壓力的問(wèn)題。（2）在回油路上串入一個(gè)液控順序閥 7，以防止油液在快進(jìn)階段返回油箱，可解決滑臺(tái)快速前進(jìn)時(shí)，回油路接通油箱而液壓缸無(wú)差動(dòng)連接問(wèn)題。（3）在電液換向閥的出口處增設(shè)一個(gè)單向閥 13，可防止機(jī)床停止時(shí)系統(tǒng)中的油液流回油箱，引起空氣進(jìn)入系統(tǒng)影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng) 平穩(wěn)性的問(wèn)題。（4）在調(diào)速閥出口處增設(shè)一個(gè)壓力繼電器，可使系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出快速退回信號(hào)。（5）設(shè)置一個(gè)多點(diǎn)壓力計(jì)開(kāi)關(guān)口 12，可方便觀(guān)察和調(diào)整系統(tǒng)壓

31、力。電磁鐵和行程閥動(dòng)作順序見(jiàn)表 4電磁鐵和行程閥動(dòng)作順序表 4工況 元件1YA2YA行程閥壓力繼電器快進(jìn)+-工進(jìn)+-+快退-+-停止-16圖 3 a 雙聯(lián)葉片泵 b 三位五通電液換向閥 c 用行程閥控制的換接回路17第 5 章 液壓元件的選擇5.1 選擇液壓泵和電機(jī)5.1.1 確定液壓泵的工作壓力、流量確定液壓泵的工作壓力、流量（1）液壓泵的工作壓力已確定液壓缸的最大工作壓力為 2.5 MPa。在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，工進(jìn)是進(jìn)油管路較復(fù)雜，取進(jìn)油路上的壓力損失30105 Pa,則小流量泵的p1最高工作壓力為 P=(25+30)105 Pa =55105 Pa 。 1p大流量液壓泵只在快速時(shí)

32、向液壓缸供油，由工況圖可知，液壓缸快退時(shí)的進(jìn)油路比較簡(jiǎn)單，取其壓力損失為 4105 Pa，則大流量泵的最高工作壓力為Pp2=(19.4105+4105) =23.5105 Pa。（2）液壓泵的流量由工況圖可知，進(jìn)入液壓缸的最大流量在快進(jìn)時(shí)，其值為 23.7L/min ，最小流量在快退時(shí)，其值為 0.075 L/min，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù) k=1.2，則液壓泵最大流量為=1.223.7 L/min=28.44 L/min qp由于溢流閥的最小穩(wěn)定流量為 3 L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為 0.2 L/min，所以小18流量泵的流量最小應(yīng)為 3.2 L/min。5.1.2 液壓泵的確定液壓泵的確定根據(jù)以

33、上計(jì)算數(shù)據(jù)，查閱產(chǎn)品目錄，選用相近規(guī)格 YYB-AA36/6B 型雙聯(lián)葉片泵。 液壓泵電動(dòng)機(jī)功率為：由工況圖可知，液壓缸的最大輸出功率出現(xiàn)在快進(jìn)工況，其值為 0.33kW。此時(shí)，泵的輸出壓力應(yīng)為=8.4105 Pa ，流量為=(36+6) L/min= 42L/min 。取泵的總效率 p= 0.75 ，則電動(dòng)機(jī)所需功率計(jì)算為/ qpppP2pkw784. 0有上述計(jì)算，可選額定功率為 1.1kW 的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的電動(dòng)機(jī)。5.2 輔助元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)閥的實(shí)際流量就可選擇各個(gè)閥類(lèi)元件和輔助元件，其型號(hào)可查閱有關(guān)液壓手冊(cè)。液壓泵選定后，液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)出流量與原定值不同，需重新計(jì)算

34、，見(jiàn)表 5。表 5快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/（L/min）28.755 .39/428 .70/21211AAAAq2 . 01q44.281qqp排出流量/（L/min）28.338 .70/28.753 .31/1122AqAq09. 08 .70/2 . 03 .31/1122AqAq33.643 .31/44.288 .70/2112AqAq運(yùn)動(dòng)速度/（L/min）6 .105 .39/1042/211AAqvp028. 08 . 0/102 . 0/212Aqv09. 93 .31/1044.28/113Aqv5.3 確定管道尺寸19由于本液壓系統(tǒng)的液壓缸為差動(dòng)連接時(shí)，油管通油量較大，其

35、實(shí)際流量 q 約為 75.28L/min=1.25510-3 m3/s，取允許流速 v=3m/s。主壓力油管根據(jù)公式計(jì)算：d=cmvq2 .202圓整后取 d=20mm。5.4 確定油箱容積按經(jīng)驗(yàn)公式 V=(57)，選取油箱容積為:vqLLVqv2524266第 6 章 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算6.1 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 由于有同類(lèi)型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，故一般不必驗(yàn)算壓力損失值。下面以工進(jìn)時(shí)的管路壓力損失為例計(jì)算如下：已知：進(jìn)油管、回油管長(zhǎng)約為 l=5m，油管內(nèi)徑 d=20mm，壓力有的密度為9000kg/ m3，工作溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度=46 m3s。選用 LHM32 全損耗系統(tǒng)用油，考慮

36、最低溫度為 15，右路總的局部阻力系數(shù)為=7.2。6.1.1 判斷液流類(lèi)型判斷液流類(lèi)型利用下式計(jì)算出雷諾數(shù)2000130446203/dvRvde為層流。6.1.2 沿程壓力損失沿程壓力損失利用公式分別算出進(jìn)、回油壓力損失，然后相加即得到總的沿程損失。沿程壓力損失20P1=75590004646/1304202=0.058Mpa 局部壓力損失PvPai1042916. 22/9000工進(jìn)時(shí)總的沿程損失為PPPaa0874. 0916. 2058. 010416.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算 本機(jī)床的工作時(shí)間主要是工進(jìn)工況，為簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。 液壓系統(tǒng)的發(fā)

37、熱量:H= P1(1-)=0.33(1-0.90.75)KW=0.11KW散熱量: mVA2221058. 23065. 0K 取 145當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí) 即 H=H0=14.510258. 211. 0AHt最高溫度為t+15=4470120120170抽油泵的等級(jí)與試壓時(shí)的漏失量有關(guān)，管式泵不同等級(jí)漏失量推薦值見(jiàn)下表：間隙等級(jí)公稱(chēng)直徑（mm）試驗(yàn)壓力（MPa）最大漏失量（L/min）3210545111963812553514214414562016455618478920945718780321317023098626178327211693103951031213383552抽油桿2

38、5我國(guó)生產(chǎn)的抽油桿從級(jí)別上分有 C、D、K 三種級(jí)別。C 級(jí)抽油桿用于輕、中型負(fù)荷的抽油機(jī)井；D 級(jí)抽油桿用于中、重負(fù)荷的抽油機(jī)井；K 級(jí)抽油桿用于輕、中負(fù)荷有腐蝕性的抽油機(jī)井。大慶油田使用的抽油桿為 C 級(jí)和 D 級(jí)抽油桿。由于各個(gè)抽油桿生產(chǎn)廠(chǎng)家采取的加工工藝不一，使用的加工材料不一，抽油桿的機(jī)械性能也各不相同。二、抽油泵的工作原理二、抽油泵的工作原理（一）泵的抽汲過(guò)程1、上沖程抽油桿帶動(dòng)柱塞向上運(yùn)動(dòng)，柱塞上的游動(dòng)凡爾受管柱內(nèi)液柱的壓力而關(guān)閉。此時(shí)泵內(nèi)壓力降低，固定凡爾在環(huán)形空間液柱壓力與泵內(nèi)壓力之差（即沉沒(méi)壓力）的作用下而打開(kāi)。如果油管內(nèi)已充滿(mǎn)液體，在井口將排相當(dāng)于柱塞沖程長(zhǎng)度的一段液體，

39、同時(shí)泵內(nèi)吸入液體。造成泵吸入液體的條件是泵內(nèi)壓力低于沉沒(méi)壓力。2、下沖程抽油桿帶動(dòng)柱塞向下運(yùn)動(dòng)，固定凡爾立即關(guān)閉，泵內(nèi)壓力升高到大于柱塞以上液柱壓力時(shí)，游動(dòng)凡爾打開(kāi)，柱塞下部的液體通過(guò)游動(dòng)凡爾進(jìn)入柱塞上部，使泵排出液體。所以下沖程是泵向油管排液的過(guò)程，條件是泵內(nèi)壓力高于柱塞以上液柱壓力。（二）泵的理論排量泵的工作過(guò)程由三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即：柱塞在泵內(nèi)讓出容積、井內(nèi)液體進(jìn)泵內(nèi)和從泵內(nèi)排出液體。理想情況下，柱塞上、下沖程進(jìn)入和排出的液體體積都26等于柱塞讓出的體積 V。sfVp式中：fp柱塞面積，m224Df s光桿沖程 m D泵徑 m每分鐘排量 VmsnfVpm每日排量：snfQpt1440三、

40、抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的計(jì)算三、抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的計(jì)算抽油在不同抽汲參數(shù)下工作時(shí)，懸點(diǎn)所承受的載荷是選擇抽油設(shè)備及分析設(shè)備工作狀況的重要依據(jù)。為此了解懸點(diǎn)承受哪些載荷和怎樣計(jì)算這些載荷是十分必要的。（一）懸點(diǎn)承受的載荷1、靜載荷（1）抽油桿柱載荷驢頭帶動(dòng)抽油桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，抽油桿柱的載荷始終作用于驢頭上。但在下沖程時(shí)，游動(dòng)幾爾打開(kāi)，油管內(nèi)液體的浮力作用于抽油桿柱上，所以，下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的重力減去液體的浮力，即它在液體中的重力作用在懸點(diǎn)27上的載荷。而在上沖程中，游動(dòng)凡爾關(guān)閉，抽油桿柱不受油管內(nèi)液體浮力的影響，所以上沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的載荷是抽油桿在空氣中的重力。上沖程作用在懸點(diǎn)上

41、的抽油桿柱的載荷：glqglfWrsrr式中：Wr抽油桿在空氣中的重力，N； g重力加速度，m/s2； fp抽油桿截面積，m2； s抽油桿材料（鋼）的密度，s=7850Kg/m3； L抽油桿長(zhǎng)度 m； qr每米抽油桿的質(zhì)量，Kg/m。下沖程作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的載荷：glqglfWrlspr)(式中：Wr抽油桿在空氣中的重力，N； l液體的密度，kg/m3。為了便于計(jì)算，我們?cè)诒碇辛谐霾煌睆匠橛蜅U在空氣中的每米重量。直徑 d(m)截面積（cm2）空氣中每米抽油桿重量（Kg/m）161922252.002.853.803.911.642.303.073.17（2）作用在柱塞上的液柱載荷28在

42、上沖程時(shí)，由于游動(dòng)凡爾關(guān)閉，液柱載荷作用在柱塞上；而下沖程時(shí)，由于游動(dòng)凡爾打開(kāi)，液柱載荷作用在油管上，因而懸點(diǎn)只在上沖程承受液柱載荷。gLffWLrpl)(（3）沉沒(méi)壓力對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響上沖程時(shí)，在沉沒(méi)度壓力的作用下，井內(nèi)液體克服泵的入口設(shè)備的阻力進(jìn)入泵內(nèi)，此時(shí)液流所具有的壓力稱(chēng)吸入壓力，此壓力作用在柱塞底部產(chǎn)生向上的載荷： pinpiifppfpP)(式中：Pi吸入壓力 pi 作用在柱塞底部產(chǎn)生的載荷 N pi吸入壓力 Pa fp柱塞截面積 m2 pn沉沒(méi)壓力 Pa pi液流通過(guò)泵固定凡爾產(chǎn)生的壓力降 Pa而在下沖程時(shí)，吸入閥（固定凡爾）關(guān)閉，沉沒(méi)壓力對(duì)懸點(diǎn)載荷沒(méi)有影響。其中，pi 的確定比

43、較復(fù)雜，計(jì)算公式如下：2203222202222)(11072912121snffgvffgvPpppfi式中：vf-液體通過(guò)固定凡爾閥孔的流速，m/s; fp柱塞截面積，m2； f0固定凡爾閥孔截面積，m2； vp柱塞運(yùn)動(dòng)速度，m/s；29 由實(shí)驗(yàn)確定的閥流量系數(shù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型閥可查圖。但在查圖之前需計(jì)算雷諾數(shù) NRe： fvdN0Re式中：d0固定凡爾閥孔徑，m； vf液流速度，m/s； 液體運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s。（4）井口回壓對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響液流在地面管線(xiàn)流動(dòng)阻力所產(chǎn)生的井口回壓對(duì)懸點(diǎn)產(chǎn)生附加載荷。其性質(zhì)與液體產(chǎn)生的載荷相同，特點(diǎn)是上沖程增大懸點(diǎn)載荷，下沖程減小抽油桿柱載荷。上沖程時(shí)：)(r

44、phunffpP下沖程時(shí)：rhhdfpP式中：Ph井口回壓 Pa由于沉沒(méi)壓力和井口回壓在上沖程時(shí)產(chǎn)生的懸點(diǎn)載荷變化方向相反，故此在近似計(jì)算中將其忽略。2、動(dòng)載荷（1）慣性載荷抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，驢頭帶抽油桿和液柱做變速運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生抽油桿和液柱的慣性力。如果忽略抽油桿和液柱的的彈性影響，則可以認(rèn)為抽油桿和液柱的各點(diǎn)與抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)完全一致，產(chǎn)生的慣30性力除與抽油桿和液柱的質(zhì)量有關(guān)外，還與懸點(diǎn)加速度的大小成正比。抽油桿的慣性力 Ir為： AragWrI 液柱的慣性力 Il為： AllagWI 式中：-考慮油管過(guò)流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù)： rtfrpffffftf-油管過(guò)流斷面面積如果結(jié)合抽

45、油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，最大加速度將發(fā)生的上死點(diǎn)和下死點(diǎn)，其加速度值分別為： 上死點(diǎn)時(shí))1 (22maxlrsa 下死點(diǎn)時(shí))1 (22maxlrsa以此可求得上沖程時(shí)抽油桿柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷 Iru 為：)1 (1790)1 ()30(2)1 (2222lrsnWlrnSgWlrsgWIrRRru下沖程時(shí)液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷 Ird為：)1 (1790)1 (222lrsnWlrsgWIrrrd上沖程時(shí)液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷 Ilu為：31)1 (1790)1 (222lrsnWlrsgWILLLU下沖程時(shí)液柱不隨懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，因而沒(méi)有液柱慣性載荷。實(shí)際上由于受抽油桿柱和液柱的彈性影響，

46、抽油桿柱和液柱各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)與懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)并不相同，所以按上述懸點(diǎn)最大加速度計(jì)算的慣性載荷將大于實(shí)際數(shù)值，在液柱中含氣和沖次較低的情況下，計(jì)算點(diǎn)最大載荷時(shí)可忽略液柱慣性載荷。（2）振動(dòng)載荷抽油桿柱作為一彈性體，由于抽油桿柱作變速運(yùn)動(dòng)和液柱載荷周期性地作用在抽油桿上，從而引起抽油桿的彈性振動(dòng)，它所產(chǎn)生的振動(dòng)載荷也作用于懸點(diǎn)上，其數(shù)值與抽油桿的長(zhǎng)度、載荷變化周期及抽油機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)。在一般情況下的理論計(jì)算時(shí)，忽略抽油桿柱的振動(dòng)載荷。3、摩擦載荷抽油機(jī)井工作時(shí)，作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷受以下五部份的影響：（1）抽油桿柱與油管之間的摩擦力：在直井內(nèi)通常不超過(guò)抽油桿柱重量的1.5%。（2）柱塞與襯套之間的摩擦力：當(dāng)

47、泵徑不超過(guò) 70mm 時(shí)，其值小于1717N。（3）液柱與抽油桿之間的摩擦力：除與抽油桿長(zhǎng)度和運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。（4）液柱與油管之間的摩擦力：32除與液流速度有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。（5）流體通過(guò)游動(dòng)凡爾的摩擦力：除與固定凡爾的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。上沖程中作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷主要受（1） （2）及（4）三項(xiàng)影響，其方向是向下，增加懸點(diǎn)載荷。下沖程中作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷主要受（1） （2）（3）及（5）四項(xiàng)影響，其方向是向上，減小懸點(diǎn)載荷。在直井中無(wú)論稠油還是稀油，抽油桿柱與油管、柱塞與襯套之間的摩擦力數(shù)值都不大，均可忽略，但在稠油井內(nèi)，液柱摩擦引起的

48、摩擦載荷則是不可忽略的，但對(duì)于大慶油田而言，原油的性質(zhì)不屬于稠油，因而液柱摩擦引起的摩擦載荷可以忽略。4、抽汲過(guò)程中的其它載荷一般情況下，抽油桿柱載荷、作用在柱塞上的液柱載荷及慣性載荷是構(gòu)成懸點(diǎn)載荷的三項(xiàng)基本載荷，在稠油井內(nèi)的摩擦載荷及大沉沒(méi)度井中的沉沒(méi)壓力對(duì)載荷的影響也是不可忽略的。除上述載荷外，在抽油過(guò)程中尚有其它一些載荷，如在低沉沒(méi)度井內(nèi)由于泵的充滿(mǎn)程度差，會(huì)發(fā)生柱塞與泵內(nèi)液面的撞擊，產(chǎn)生較大的沖擊載荷，從而影響懸點(diǎn)載荷。各種原因產(chǎn)生的撞擊，雖然可能會(huì)造成較大的懸點(diǎn)載荷，是抽油中的不利因素，但在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)尚無(wú)法預(yù)計(jì)，故在計(jì)算中都不考慮。（二）懸點(diǎn)最大、最小載荷331計(jì)算懸點(diǎn)最大和最小

49、載荷的一般公式根據(jù)對(duì)懸點(diǎn)所承受的各種載荷的分析，抽油機(jī)工作時(shí)，上、下沖程中懸點(diǎn)載荷的組成是不同的。最大載荷發(fā)生在上沖程中，最小載荷發(fā)生在下沖程中，其值分別如下：ivuhuulrPPFPIWWPmax vdhddLPFPIWPmin式中：Pmax、Pmin懸點(diǎn)最大和最小載荷； Wr、Wr上、下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱載荷； Wl作用在柱塞上的液柱載荷； Iu、Id上、下沖程中作用在懸點(diǎn)上的慣性載荷； Phu、Phd上、下沖程中井口回壓造成的懸點(diǎn)載荷； Fu、Fd上、下沖程中的最大摩擦載荷； Pv振動(dòng)載荷；Pi上沖程中吸入壓力作用在活塞上產(chǎn)生的載荷。在下泵深度及沉沒(méi)度不很大、井口回壓及沖數(shù)不甚

50、高的稀油直井內(nèi)，在計(jì)算最大和最小載荷時(shí)，通?？梢院雎?Pv、Fu、Fd 、Phu、Pi i 及液柱慣性載荷。此時(shí)可得：lrsnWWWPrlr117902max34lrsnWLgqPrr117902min如果按將抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，則可忽略 r/l 的影響。 2、計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的其它公式抽油桿在井下工作時(shí)，受力情況是相當(dāng)復(fù)雜的，所有用來(lái)計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的公式都只能得到近似的結(jié)果?，F(xiàn)將國(guó)內(nèi)外所用的一些比較簡(jiǎn)便的公式列在下面，供計(jì)算時(shí)參考：公式 13711maxsnWWPlr公式 1790122maxsnWWPlr公式 lrsnbWWPrl1179023max公式 1790124m

51、axsnWWPrl公式 1790125maxsnWWPlr公式可用于一般井深及低沖數(shù)油井。 公式是式的另一種表達(dá)形式，本質(zhì)上是完lrsnWWWPrlr117902max全相同的。公式、和 V 都是把懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，取 rl0。公式只考慮了抽油桿柱產(chǎn)生的慣性載荷，公式和 V 同時(shí)考慮了抽油桿柱和液柱的慣性載荷?？紤]到摩擦力的影響，在公式和35工中的液柱載荷采用 W(即作用在柱塞整個(gè)截面積上的液柱載荷)，而公式 V 中采用 W1(即作用在柱塞環(huán)形面積人一人上的液柱載荷)。所以，公式 V 的計(jì)算結(jié)果較公式小。四 抽油機(jī)平衡、扭矩與功率計(jì)算（一）抽油機(jī)平衡計(jì)算如果抽油機(jī)沒(méi)有平衡塊，當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)

52、抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于上沖程中懸點(diǎn)承受著最大載荷，所以電動(dòng)機(jī)必須作很大的功才能使驢頭上行；而下沖程中，抽油桿在其自重作用下克服浮力下行，這時(shí)電動(dòng)機(jī)不僅不需要對(duì)外作功，反而接受外來(lái)的能量作負(fù)功。這就造成了抽油機(jī)在上下沖程中的不平衡。抽油機(jī)不平衡造成的后果是：（1）上沖程中電動(dòng)機(jī)承受著極大的負(fù)荷，下沖程中抽油機(jī)反而帶著電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而造成功率的浪費(fèi)，降低電動(dòng)機(jī)的效率和壽命 o（2）由于負(fù)荷極不均勻，會(huì)使抽油機(jī)發(fā)生激烈振動(dòng)，而影響抽油裝置的壽命。（3）會(huì)破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的均勻性，而影響抽油桿和泵的正常工作。因此，抽油機(jī)必須采用平衡裝置。1、平衡原理抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡，是因?yàn)樯?、下沖程中懸點(diǎn)載荷不同，造成電

53、動(dòng)機(jī)在上、下沖程中所作的功不相等。要使抽油機(jī)在乎衡條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，就應(yīng)使電動(dòng)機(jī)在上、36下沖程中都作正功：在下沖程中把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)；在上沖程中利用儲(chǔ)存的能量來(lái)幫助電動(dòng)機(jī)作功。下面我們用一個(gè)最簡(jiǎn)單的機(jī)械平衡方式，來(lái)說(shuō)明這種可能性和達(dá)到平衡的基本條件。在抽油機(jī)后梁上加一重物，在下沖程中讓抽油桿自重和電動(dòng)機(jī)一起對(duì)重物作功，則：mddwAAA式中： AW下沖程中抽油桿自重和電機(jī)對(duì)重物物所作的功，即重物儲(chǔ)存的功； Ad抽油桿柱對(duì)重物所作的功，即懸點(diǎn)在下沖程中作的功； Amd電動(dòng)機(jī)在下沖程中對(duì)重物作的功，即電動(dòng)機(jī)在下沖程中作的功。由上式可得：dwmdAAA在上沖程中，將重物儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)和電動(dòng)機(jī)一起對(duì)懸點(diǎn)

54、作功，則：wumumuwuAAAAAA,_式中： Au上沖程中懸點(diǎn)作的功； Amu上沖程中電動(dòng)機(jī)作的功。要使抽油機(jī)平衡，應(yīng)該讓電動(dòng)機(jī)在上、下沖程中作的功相等，即： mumdAA37所以： wUdwAAAA為了達(dá)到平衡，在下沖程需要對(duì)重物作的功和上沖程中需要重物釋放的能量的關(guān)系應(yīng)為：2dUwAAA上式說(shuō)明：為了使抽油機(jī)平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，在下沖程中需要儲(chǔ)存的能量應(yīng)該是懸點(diǎn)在上、下沖程中所作功之和的一半。上式是進(jìn)行平衡計(jì)算的基本公式。2、平衡方式為了把下沖程中抽油桿自重作的功和電動(dòng)機(jī)輸出的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，可以采用不同的平衡方式。目前采用的主要有氣動(dòng)平衡和機(jī)械平衡。（1）氣動(dòng)平衡下沖程中通過(guò)游梁帶動(dòng)活塞壓縮氣包

55、中的氣體，把下沖程所作的功儲(chǔ)存起來(lái)并轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓縮能。上沖程中被壓縮的氣體膨脹，將儲(chǔ)存的壓縮能轉(zhuǎn)換成膨脹能幫助電動(dòng)機(jī)作功。氣動(dòng)平衡多用于大型抽油機(jī)。這種平衡方式不僅可以大量節(jié)約鋼材，而且可以改善抽油機(jī)的受力情況，但平衡系統(tǒng)的加工制造質(zhì)量要求高。中通過(guò)游梁帶動(dòng)的活塞壓縮氣包中的氣體，把下沖程中作的功儲(chǔ)存起來(lái)并（2）機(jī)械平衡38在下沖程中，以增加平衡塊的位能來(lái)儲(chǔ)存能量；在上沖程時(shí)平衡重降低位能，來(lái)幫助電動(dòng)機(jī)作功。平衡方式主要有三種： 游梁平衡：在游梁尾部加平衡重，適用于小型抽油機(jī)；曲柄平衡（旋轉(zhuǎn)平衡）：平衡重加在曲柄上，這種平衡方式便于調(diào)節(jié)，并可避免在游梁上造成過(guò)大的慣性力，適合于大型抽油機(jī)；復(fù)

56、合平衡：在游梁尾部和曲柄上都有平衡重，是上述兩種平衡方式的組合，多用于中型抽油機(jī)。3、平衡計(jì)算抽油機(jī)平衡的條件是在一個(gè)抽汲循環(huán)中，重物在下沖程中儲(chǔ)存的能量或上沖程幫助電機(jī)所做的功，應(yīng)等于上沖程和下沖程懸點(diǎn)作功之和的一半。上沖程懸點(diǎn)所作的功： sWWAlru)(/下沖程懸點(diǎn)所作的功： sWArd/代入公式則得： sWWAAAlrduw)21(2/（二）電機(jī)的選擇與功率計(jì)算式中 HPH水力功率，kW； Q油井日產(chǎn)量，td；39 Qt泵的理論排量，md； 1抽汲液體的密度，Kgm3； 泵效； L有效提升高度，即動(dòng)液面深度，m。 光桿功率就是通過(guò)光桿來(lái)提升液體和克服井下?lián)p耗所需要的功率。 要準(zhǔn)確地計(jì)算

57、光桿功率，必須根據(jù)實(shí)測(cè)示功圖計(jì)算，即： 100060100lAsnCHPPR式中：HPpR一光桿功率，kW； A示功圖載荷線(xiàn)包圍的面積，cm2； n數(shù)，rain” ； s光桿沖程，m； l示長(zhǎng)度，mm； C動(dòng)力儀力比，Nmm。上式可算得的光桿功率為平均功率線(xiàn)，如前所述，根據(jù)示功圖繪制扭矩曲線(xiàn)，亦可準(zhǔn)確地求得光桿平均功率。下面的公式可近似地計(jì)算光桿功率；100060snWHPLPR式中：按柱塞截面積計(jì)算的液柱載荷，N；LW40 S 一光桿沖程，m； n沖數(shù)，min1。上式是以不考慮抽油桿柱和油管柱彈性變形的理論示功圖為基礎(chǔ)。這里近似地認(rèn)為，它的面積與考慮變形和慣性載荷后的理論示功圖的面積是相等的

58、，并忽略了摩擦載荷的影響。顯然，對(duì)于摩擦載荷大的井，計(jì)算結(jié)果將會(huì)偏小。根據(jù)油井產(chǎn)量計(jì)算得的水力功率，是實(shí)際作功的有效功率，它小于光桿功率。它們之差反映了井下摩擦、桿柱振動(dòng)、慣性以及泵漏失等因素引起的功率損失。而光桿功率除以抽油機(jī)效率(除嚴(yán)重的低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)外，一般可取 08)即可求得需要電動(dòng)機(jī)輸出的平均功率。五、泵效的計(jì)算在抽油井生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)際產(chǎn)量 Q 一般都比理論產(chǎn)量 Qt要低，兩者的比值叫泵效，用 表示，即： tQQ在正常情況下，若泵效為 07o8，就認(rèn)為泵的工作狀況是良好的。有些帶噴井的泵效可能接近或大于 l。礦場(chǎng)實(shí)踐表明，平均泵效大都低于 0.7，甚至有的油井泵效低于 03。影響泵效的因

59、素很多，但從深井泵工作的三個(gè)基本環(huán)節(jié)(柱塞讓出體積，液體進(jìn)泵，液體從泵內(nèi)排出)來(lái)看，可歸結(jié)為以下三個(gè)方面： (1)抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮。根據(jù)深井泵的工作特點(diǎn)，抽油桿柱和油管柱在工作過(guò)程中因承受著交變載荷而41發(fā)生彈性伸縮，使柱塞沖程小于光桿沖程，所以減小了柱塞讓出的體積。 (2)氣體和充不滿(mǎn)的影響。當(dāng)泵內(nèi)吸人氣液混合物后，氣體占據(jù)了柱塞讓出的部分空間，或者當(dāng)泵的排量大于油層供油能力時(shí)液體來(lái)不及進(jìn)入泵內(nèi)，都會(huì)使進(jìn)入泵內(nèi)的液量減少。 (3)漏失影響。柱塞與襯套的間隙及閥和其它連接部件間的漏失都會(huì)使實(shí)際排量減少。只要保證泵的制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量，在下泵后一定時(shí)期內(nèi)，漏失的影響是不大的。但當(dāng)液體有

60、腐蝕性或含砂時(shí)，將會(huì)由于對(duì)泵的腐蝕和磨損使漏失迅速增加。泵內(nèi)結(jié)蠟和沉砂都會(huì)使閥關(guān)閉不嚴(yán)，甚至被卡，從而嚴(yán)重破壞泵的工作。在這些情況下，除改善泵的結(jié)構(gòu)、提高泵的抗磨蝕性能外，主要是采取防砂及防蠟措施，以及定期檢泵來(lái)維持泵的正常工作。實(shí)際產(chǎn)液量可寫(xiě)為： snfQp1440從上述三方面出發(fā)，泵效的一般表達(dá)式可寫(xiě)為： B1式中 考慮抽油桿柱和油管柱彈性伸縮后的柱塞沖程與光桿沖程之比，SSP表示桿、管彈性伸縮對(duì)泵效的影響； 進(jìn)入泵內(nèi)的液體體積與柱塞讓出的泵內(nèi)體積之比，表示泵的充滿(mǎn)活液VV程度； 泵漏失對(duì)泵效影響的漏失系數(shù)；142由于泵效是以地面產(chǎn)出液的體積計(jì)算，則是考慮地面原油脫BB1B氣引起體積收縮對(duì)