滚筒式抽油机设计--本科论文(编辑修改稿)

滚筒式抽油机设计--本科论文(编辑修改稿)内容摘要：

滚筒式抽油机工作原理 滚筒式抽油机由电机滚筒，滚筒内部行星减速器 ， JZ 系列节能电磁铁鼓式制动器 （河南省焦作市焦作制动器公司生产） ，导向钢丝绳，立柱，导向轮，机架平台，平衡配重，传动皮带等主要机构组成。 滚筒式抽油机的工作原理：抽油机通过电控箱控制滚筒电机的转速和正反转，滚筒上左右两侧的带轮驱动传动带，传动带一头经过导向轮与平衡配重相连，另一头经由导向轮与光杆相连，由滚筒电机的正转驱动传动带带动光杆向上运动，与此同时配重一头向下运动，相反当滚筒电机反向运动驱动传动带带动平衡配重向上运动 ，同时光杆一头向下运动。 滚筒电机持续进行正反转动，抽油光杆连续不断做直线往复运动。 最终完成抽油动作。 通过滚筒式抽油机的设计方案和工作原理，在设计绘制滚筒式抽油机装配图的过程中确定了其结构，其整体工作方案如图 21所示： 滚筒式抽油机主要零件设计 抽油机名称 额定悬点载荷 kN 最大冲程 m 冲次 min1 工作环境温度范围 ℃ 滚筒式抽油机 100 8 4 40℃ 40℃ 滚筒式抽油机设计 9 平衡配重及导向钢丝绳选型 平衡配重导向钢丝绳作用是引导平衡配重上下做直线运动，防止平衡配重左右前后来回晃动，导致传动不平稳，增加传动带的磨损，减少其使用寿命。 同时， 1— 基座； 2— 控制柜； 3— 立柱； 4— 扶梯； 5— 悬绳器； 6— 传动带； 7— 导向轮； 8— 围栏； 9— 制动器； 10— 滚筒电机； 11— 导向钢丝绳； 12— 配重； 图 21 滚筒式抽油机结构 配重往复上下运动不平稳将导致滚筒电机的使用寿命降低。 由于导向钢丝绳主要承受平衡配重的左右前后来回晃动的惯性载荷，一般情况下其载荷较小，所以直接选型。 查阅《中国机械设计大典》表 2812 钢丝绳的主要用途推荐表 (摘自 GB/T 89181996)[5]，选取：皮带运输机及索道牵引缆车线接触钢丝绳： 6 19S；直径为 16mm 的钢丝绳。 滚筒式抽油机设计 10 平衡配重及配重微调块设计 滚筒式抽油机 平衡配重的作用是减少滚筒电机在抽油作业过程中的载荷差，因为在抽油过程中当滚筒电机转动提起光杆向上运动的时负荷最大，下降过程中靠光杆自重向下运动，滚筒电机的负荷最小，增加平衡配重后，在提起光杆向上运动时平衡配重通过自身的重量抵消掉悬点载荷一部分，另一部分就靠滚筒电机来做功。 当光杆向下运动时配重同样利用自身重量抵消掉一部分载荷，这样滚筒电机在上下做功的过程中所承受负荷平稳，增加在抽油作业中的使用寿命。 并且使用配重还降低滚筒电机能耗。 滚筒式抽油机在作业过程中，当光杆向上运动时，悬点载荷约等于抽油杆重量和抽油管内 液面以上的油柱重量之和，光杆向下运动时，悬点载荷约等于抽油杆重量，滚筒式抽油机额定悬点载荷为 100kN,下冲程悬点载荷约为上冲程的一半，为 50kN，则平衡配重重量可按公式（ 23）计算 [20]： P 配重 = 2 PP minmax  （ 23） 上式中， Pmax为滚筒式抽油机上冲程悬点载荷， kN； Pmin为滚筒式抽油机下冲程悬点载荷， kN； 把设 计参数带入公式（ 23）中，可得： P 配重 = 2 50100 =75kN 配重微调块配合配重主体使用，根据计算配重理论自身重量值。 通过加减配重微调块来调节平衡配重的自身重量，从而达到理论设计值。 如下图（ 21）所示： 配重微调块体积计算： V100=σm =7800100 = 103Kg/m3 由配重主体微调块槽可得： L100=1m。 H100=。 由体积公式： V=L H B （ 23） 滚筒式抽油机设计 11 根据公式（ 23）可得 B： B= HLV 把相关数据带入公式： B= HLV = 1 =； 上式中， V100为微调块体积， m3； B为微调块的板厚度， m； L为微调块宽， m； H为微调块高， m； σ 为铁的密度， 7800Kg/m3。 图（ 21）配重微调块 由上式可计算的质量为 100Kg 的微调块的体积和板厚，同理，通过计算可得 50Kg微调块的体积和板厚和 30Kg 微调块的体积和板厚。 其分别为： L50=1m。 H50=。 B50=。 L30=1m。 H30=。 B30=。 配重微调块对表面的粗糙度要求不高，所以可以通过铸造的方法加工。 平衡配重主体设计 根据额定悬点载荷，由 P 配重 = 2 50100 =75kN，可计算得配重自身质量： 滚筒式抽油机设计 12 F=mg （ 24） m=V σ （ 25） 带入相关数据可得： m=7500Kg。 V=。 上式中， g 为重力加速度， 10kN/m； m为配重的整体质量， Kg； σ 为铁的密度， 7800Kg/m3。 平衡配重主体如下图（ 22）所示： 图（ 22）配重主体 滚筒电机选型 滚筒电机是抽油机的 核心零件，是整个机器的动力置，在选型过程中必须考虑到电机的能耗问题，电机购买成本问题，工作效率问题，滚筒电机的动力参数和设计要求参数的匹配问题及使用寿命等等。 所以，选择合适的滚筒电机对滚筒式抽油机的设计尤为重要。 根据设计参数， L 冲程 =8。 C 冲次 =4。 P 悬点载荷 =100kN。 M 载荷 =F 载荷 R 电机外径 （ 25） 带入相关数据： M 载荷 =F 载荷 R=（ 10075） = 上式中， M 载荷 为滚 筒电机扭矩， ； 滚筒式抽油机设计 13 F 载荷 为悬点载荷与配重的自重差， kN； R 滚筒外径 为滚筒电机外径， 600mm。 P 滚筒电机 = 60 2LC)( iFF  (26) P 电机 = 60 2LC)( iFF  = 60 284)75100 kNkN （ = 上式中， P 滚筒电机为滚筒电机功率， kW； F 为悬点载荷， kN。 Fi 为平衡配重自重， kN； 计算传动皮带带速及电机转速 根据给定的设计参数，可得： V 带 = 60 2LC = 60284 = W=rv = = n= π2w = 2 = 上式中， V 为传动带带速， m/s； W 为滚筒电机角 速度， rad/s； n 为滚筒电机的转速， r/s。 由以上计算可以得选取电机的型号，但由于滚筒式抽油机所用的电机为滚筒电机较为特殊。 只有在专门开发生产电机公司才可以买到滚筒电机。 所以，根据设计参数所计算得的电机参数并不能直接选取电机型号。 得经过和生产厂家协调，尽可能选取生产厂家现有的型号或定做（成本较高一般不采取该办法）。 在设计的过程中通过多家公司对比选型，根据现有的滚筒电机型号，不能满足设计要求，所以，最终和厂家协商选型，可生产制造外径为 600mm。 额定功率为 30kW，电机两头可以通过连接附带小带轮（滚筒电机转速控制有限，通过附带小带轮可以降低传动带的速度，以达到设计要求），最终与淄博赫发机械有限公司协调选定额定扭矩为。 滚筒电机参数如下表（ 22）所示： 滚筒式抽油机设计 14 表（ 22）滚筒电机参数 制动系统选型 制动器在滚筒式抽油机中的作用是制动滚筒电机，在抽 油机工作的过程中，不可避免会有要求及停的情况，所以滚筒式抽油机必须配备制动器，通过对滚筒电机的选型，由电机的参数选取制动器型号（焦作制动器有限公司生产制造），如下表（ 23）中所示： 表（ 23） JZ系列节能电磁铁鼓式制动器 性能参数 型号 型号 参数 制动轮径 mm 退距 mm 重量 Kg 启动电流 A 维持电流 A 制动力矩 JZ600 600 345 8 5000 JZ 系列节能电磁铁鼓式制动器 其工作原理是：在制动器没有工作之前，制动 器的制动片与滚筒电机的制动部位距离外径 1mm。 并不影响滚筒电机的正常转动，制动器的拉力杆与电磁铁之间有一定的距离。 中间有回位弹簧，当需要紧急停车时， 节能电磁铁鼓式制动器通入电流，电磁铁产生强力的磁性。 把制动拉力杆吸附到电磁铁上，使两个制动片之间的距离向内收缩减小，与滚筒电机的外径产生强大的摩擦力而实现制动。 当需要解除制动时，断开电流电磁铁的强磁性消失，由回位弹簧的推力把制动杆推回原位，从而解除制动。 JZ 系列节能电磁铁鼓式制动器如下图（ 23）所示： 额定电压 额定功率 额定扭矩 外径线速度范围 环境温度 380V 30kW ~ 40℃ ~40℃ 滚筒式抽油机设计 15 图（ 23） JZ 系列节能电磁铁鼓式制动 器 钢筒立柱支架 现在市场上无杆抽油机的支架大多为桁架式和立柱式，但不论是桁架还是立柱式都必须满足抽油机的使用要求。 本文中设计的滚筒式抽油机采用立柱式支架，在立柱的选取中必须满足设计尺寸要求，因为滚筒式抽油机为“长冲程，低冲次”型抽油机。 所以立柱有较大的空间尺寸要求，同时要求立柱有很好的刚度和稳定性，这样才能承受各种不确定的载荷，才能满足抽油系统的定位要求。 立柱确定采用螺旋钢管（江苏丰厚钢 图（ 24）立柱法兰连接 管有限公司生产制造）。 滚筒式抽油机的整体高。