3743 液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)

3743 液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì),液壓,抽油機(jī),設(shè)計(jì) 塔里木大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查記錄表年 月 日學(xué)生姓名 班級(jí)課題名稱課題完成進(jìn)度（學(xué)生自述）存在的問(wèn)題及整改措施（學(xué)生自述）指導(dǎo)教師意見(jiàn)（課題進(jìn)展情況、優(yōu)缺點(diǎn)、整改措施等）指導(dǎo)教師簽名 年 月 日學(xué)院意見(jiàn)負(fù)責(zé)人簽名 年 月 日前 言國(guó)內(nèi)各大油田現(xiàn)以游梁式抽油機(jī)為主流，夾雜著鏈條抽油機(jī)等其他抽油機(jī)作為石油開(kāi)采設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。游梁式抽油機(jī)因?yàn)橐郧瑝K機(jī)構(gòu)作為工作的主要機(jī)構(gòu)，必須配以平衡重塊，而且游梁本身也十分笨重；移動(dòng)不便，制造時(shí)消耗材料較多。鏈條抽油機(jī)相對(duì)于游梁式占地面積相對(duì)小，但是其整體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了安裝與移動(dòng)的不方便。利用液壓傳動(dòng)的相關(guān)技術(shù)可以獲得較大的輸出力，而且液壓傳動(dòng)有著傳動(dòng)不受地形的條件限制，參數(shù)調(diào)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。隨著近些年來(lái)密封與液壓技術(shù)的進(jìn)步，利用液壓力開(kāi)采石油作為一種新的方法，正受到各國(guó)的關(guān)注。我國(guó)液壓抽油方法研究的起步較晚，而且中途有一段時(shí)間停滯，故相關(guān)技術(shù)不是很完善，同時(shí)可創(chuàng)新的空間也較大。液壓抽油機(jī)省去了笨重的平衡重等重物，若設(shè)計(jì)拆裝方便，可用于野外作業(yè)故障的迅速補(bǔ)救，減少因壞損抽油機(jī)不工作耽誤時(shí)間減少產(chǎn)量的弊端；如遇工作要求調(diào)動(dòng)，迅速拆裝方便運(yùn)輸，可大大提高機(jī)動(dòng)性；海上作業(yè)平臺(tái)抽油設(shè)備的運(yùn)輸相對(duì)地面大大不便，設(shè)計(jì)輕型才有設(shè)備有利于減輕船舶的運(yùn)輸負(fù)擔(dān)；占地面積小，適用于密集井口的開(kāi)采作業(yè)，并且泵站的液壓元件，再回路上稍加調(diào)整可以對(duì)多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)力供給。因此涉及題目綜合性較強(qiáng)，引起本人興趣，故選中該課題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，希望給自己所學(xué)知識(shí)有一個(gè)綜合的應(yīng)用的機(jī)會(huì)。本次設(shè)計(jì)對(duì)個(gè)人學(xué)科知識(shí)要求比較綜合，涉及到液壓傳動(dòng)，以及機(jī)械設(shè)計(jì)，工程圖學(xué)等幾門(mén)專業(yè)知識(shí)，而且國(guó)內(nèi)可參考的文獻(xiàn)非常少，缺點(diǎn)難以避免，望老師審閱后批評(píng)指教。目 錄前言1. 緒論……………………………………………………………………………………………11.1 本課題來(lái)源及研究的目的和意義……………………………………………………… 11.2 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析……………………………………… 11.3 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)外的研究現(xiàn)狀及分析……………………………………… 12. 液壓回路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………22.1 上行回路與下行回路基本思路的確定………………………………………………… 22.2 最終回路圖的確定……………………………………………………………………… 33. 液壓元件的選用…………………………………………………………………………… 43.1 液壓缸的選用…………………………………………………………………………… 43.2 液壓泵的選用…………………………………………………………………………… 63.3 蓄能器的選用…………………………………………………………………………… 73.4 液壓回路中各元件對(duì)應(yīng)型號(hào)……………………………………………………………74．機(jī)械部分設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………74.1 塔架部分的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………74.2 扶正系統(tǒng)………………………………………………………………………………104.3 液壓缸固定部分……………………………………………………………………… 104.4 鋼絲固定……………………………………………………………………………… 115．安裝與找正……………………………………………………………………………… 126．整體效果……………………………………………………………………………… 13致謝…………………………………………………………………………………………… 14參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 15 12 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)生姓名 高澤睿 學(xué) 號(hào) 8011208112 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 12-1 指導(dǎo)教師 廖結(jié)安 日 期 2012.5 塔里木大學(xué)教務(wù)處制1液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)1 緒論1.1 本課題來(lái)源及研究的目的和意義隨著原油儲(chǔ)量日益減少，開(kāi)采難度的增大，油田對(duì)新型采油方法以及采油設(shè)備的探索及構(gòu)思也在日益更新中。抽油機(jī)作為一種普及的采油設(shè)備，也在不斷的構(gòu)思和日益更新中。液壓抽油機(jī)作為近些年來(lái)迅猛發(fā)展的新型抽油設(shè)備，有著優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備的強(qiáng)項(xiàng)。增大載荷是本課題研究的目的之一，是在結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)，材料最省得方案下盡可能的增大其工作載荷。傳統(tǒng)的游梁抽油機(jī)雖有大載荷的特點(diǎn)，但這種舊型設(shè)備體型笨重，運(yùn)輸和安裝都較為麻煩，尤其是海上平臺(tái)更是不允許過(guò)的的大質(zhì)量設(shè)備。能在質(zhì)量最輕和結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)的情況下增大工作載荷，有著方便運(yùn)輸以及滿足海上平臺(tái)開(kāi)采要求的重要意義。節(jié)能減排是本課題研究的目的之二。到 1995 年統(tǒng)計(jì)的游梁抽油機(jī)總數(shù)約為 4 萬(wàn)臺(tái)，但使用期卻沒(méi)有超過(guò) 5 年的，如果每年需更換 10%的設(shè)備，使用的鋼材金額會(huì)在 1.5 億元左右。首先不看使用壽命，這種舊型設(shè)備本省的鋼材用量就非常的大。液壓抽油機(jī)工作原理不是曲柄連桿機(jī)構(gòu)或者其變形，工作原理在本身結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)就省去了大量的鋼材，有著改善采油設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的重要意義。此外結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化方便了安裝，同時(shí)也方便了拆卸和運(yùn)輸，即故障診斷更換壞損元件也相對(duì)方便了許多。在工作上迅速的故障診斷與維修有著增加設(shè)備連續(xù)工作時(shí)間的意義。1.2 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析我國(guó)開(kāi)始研究液壓抽油機(jī)是從 60 年代開(kāi)始的。1966 年北京石油學(xué)院提出“液壓泵—液壓缸”結(jié)構(gòu)的抽油機(jī)，以液壓缸伸縮來(lái)完成主要工作，同時(shí)用油管做平衡重，并利用其往復(fù)運(yùn)動(dòng)增大沖程。1987 年吉林工業(yè)大學(xué)研制出 YCJ-II 型液壓抽油機(jī)，同樣以液壓缸做驅(qū)動(dòng)。1992 年、1993 年蘭州石油機(jī)械研究所、浙江大學(xué)先后以“液壓泵—液壓馬達(dá)”結(jié)構(gòu)研制出新型液壓抽油機(jī)。此后至近幾年來(lái)，隨著油田開(kāi)采的要求，液壓技術(shù)、密封技術(shù)的發(fā)展，液壓元件的成熟，液壓抽油機(jī)業(yè)迅速發(fā)展起來(lái)。以下對(duì)上述幾種抽油機(jī)作簡(jiǎn)要分析：YCJ—II 型液壓抽油機(jī)直接用液壓缸的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)工作，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能的特點(diǎn)。在遼河油田的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明其在北方冬季野外有可連續(xù)運(yùn)行的能力，其液壓與電氣系統(tǒng)亦是可行的。不足在于：安全保護(hù)措施有所欠缺，對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用不足等。YCJ12—12—2500 型滾筒式液壓抽油機(jī)利用換向閥控制液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，以齒輪—齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)采用了機(jī)械平衡方式。在液壓系統(tǒng)上彌補(bǔ)了 YCJ—II 型的不足，同時(shí)整機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。功率回收型液壓抽油機(jī)利用了“變量泵—馬達(dá)”這一特殊元件，實(shí)現(xiàn)了“長(zhǎng)沖程，低沖次，大載荷”的特點(diǎn)，并有安全保護(hù)功能。最重要的是它通過(guò)能量的儲(chǔ)存于轉(zhuǎn)換使功率回收，而且相當(dāng)完全，平衡也是最完美的。1.3 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)外的研究現(xiàn)狀及分析國(guó)外對(duì)于液壓抽油機(jī)的研制起步較早，但由于翻譯過(guò)的外文文獻(xiàn)較少，這里只做介紹，不做詳細(xì)分析。1961 年美國(guó) Axelson 公司研制出 Hydrox 長(zhǎng)沖程 CB 型液壓抽油機(jī)，沖程 1.2~7.95m，適井深度 670~2032m，并在幾個(gè)大油田獲得成功的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。1965 年蘇聯(lián)研制出 ArH 油管平衡式液壓抽油機(jī)，可分開(kāi)調(diào)節(jié)上下沖程的速度，沖程長(zhǎng)度 1.625~4.275m。目前，這類產(chǎn)品已形成產(chǎn)品系列。 1977 年加拿大研制出 HEP 型液壓2抽油機(jī)。沖程 10m，最高沖次 5.0/min，懸點(diǎn)載荷 34.23~195.64KN。此后仍有不少新型液壓抽油機(jī)產(chǎn)品出現(xiàn)，在國(guó)外，液壓抽油機(jī)已形成系列產(chǎn)品走向市場(chǎng)，在油田作業(yè)表現(xiàn)出較高的可靠度和采油效益。2 液壓回路的設(shè)計(jì)2.1 上行回路與下行回路基本思路的確定液壓執(zhí)行元件常用的有液壓馬達(dá)與液壓缸。對(duì)于抽油機(jī)來(lái)說(shuō)，其工作為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，液壓馬達(dá)可配合齒輪齒條機(jī)構(gòu)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程，液壓缸則較短沖程內(nèi)直接實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因沖程為 3m，故選液壓缸為執(zhí)行元件。為充分利用液壓缸伸長(zhǎng)時(shí)的力大于收縮時(shí)的力之這一特點(diǎn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)上決定以液壓缸那個(gè)伸長(zhǎng)為上行沖程，液壓缸收縮為下行沖程，液壓回路與之對(duì)應(yīng)分別為上行回路和下行回路。思路上參照參考文獻(xiàn)[1]，由于懸點(diǎn)始終受到向下的重力，故考慮將下行回路時(shí)懸點(diǎn)下降的重力勢(shì)能回收，在上行回路時(shí)釋放幫助液壓缸的提升，減少液壓泵的排量。圖 1 上行回路如圖，上行回路的思路基本如此，由已經(jīng)在下行回路中回收了重力勢(shì)能的蓄能器同液壓泵同時(shí)向液壓缸供油，提升懸點(diǎn)。活塞桿前端排除的油液直接回油箱，以減少阻力，減輕液壓泵的負(fù)擔(dān)。此處，蓄能器的出口壓力必須大于等于液壓泵的出口壓力，否則將是液壓泵同時(shí)向蓄能器和液壓缸供油，適得其反。蓄能其出口壓力大小大約是選點(diǎn)最大載荷除以活塞面積，數(shù)值可暫設(shè)為液壓泵 2MPa，蓄能器最低出口壓力 1.5Mpa，提升懸點(diǎn)需要 1MPa。下行回路應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量的回收利用，故液壓缸排除的油液暫定為全部回收到蓄能器內(nèi)，而液壓泵也同時(shí)推動(dòng)活塞桿下行， ，即蓄能器回收了重力勢(shì)能與液壓泵輸出的能量，避免了帶動(dòng)液壓泵的電機(jī)頻繁停轉(zhuǎn)啟動(dòng)導(dǎo)致先圈內(nèi)電流變化引起的發(fā)熱等對(duì)電動(dòng)機(jī)的不利損害，或者液壓泵直接卸載導(dǎo)致的能量浪費(fèi)。3圖 2 下行回路如此，得到了上行回路與下行回路的雛形，接下來(lái)應(yīng)添加元件，解決控制問(wèn)題，以及其他可能出現(xiàn)的問(wèn)題。在上行回路中，上行回路中，壓力設(shè)定為提前文已經(jīng)提到，并作為后期計(jì)算選取元件的重要指導(dǎo)。在下行回路，由于選點(diǎn)載荷依然較大，活塞桿的下落即使無(wú)液壓泵供油也會(huì)自行發(fā)生，其速度有可能超過(guò)液壓泵供油的速度，導(dǎo)致液壓缸成為動(dòng)力元件，液壓泵成為執(zhí)行元件，即懸點(diǎn)拉著液壓泵和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其作負(fù)功，故有必要在液壓泵的出口設(shè)置單向裝置，必須避免選點(diǎn)拉著泵轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象，所以需要在泵的出口處加一個(gè)溢流閥。另外為防止壓力過(guò)大損壞蓄能器，而不選取過(guò)大容積的蓄能器，故在蓄能器的出口加一個(gè)溢流閥引導(dǎo)超出蓄能器設(shè)定最大壓力的有也回油箱。圖 3 修改后的下行回路稍作改動(dòng)后如上圖所示。回路之間的切換，即液壓缸走向的變化，由行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)，電磁換向閥控制，回路中若需要其他的換向閥，盡量統(tǒng)一使用一套行程開(kāi)關(guān)以減少不必要的元件。2.2 最終回路圖的確定在草紙上設(shè)計(jì)了 4 種方式的回路，經(jīng) FluidSIM 液壓設(shè)計(jì)輔助軟件進(jìn)行仿真后，留下最后一套方案定稿。4圖 4 FluidSIM 中的液壓回路左圖為檢測(cè)上行回路，右圖為檢測(cè)下行回路，經(jīng)軟件檢測(cè)表明，該回路設(shè)計(jì)合理，并滿足使用要求，箭頭方向?yàn)橐簤河妥呦颉Ｓ捎谲浖?nèi)元件庫(kù)的元件如蓄能器，液壓泵（該軟件中以泵站形式表示）的圖樣不能更改，故將繪制的液壓回路圖帖于正文中，如下圖所示。圖 5 最終確定的液壓回路三個(gè)換向閥均在左位時(shí)為上行回路，均在右位時(shí)切換至下行回路。3 液壓元件的選用3.1 液壓缸的選用：本次設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸做驅(qū)動(dòng)元件。首先保證沖程為 3 米，即液壓缸行程為 3000mm，油手冊(cè)活塞行程系列（ GB/T 2349—51980）第三系列。液壓缸可以上拉或者上推形式帶動(dòng)懸點(diǎn)上下動(dòng)作，故以兩種方法，確定液壓缸需用行程，求出數(shù)據(jù)作對(duì)比以選優(yōu)劣。根據(jù)用途，選擇冶金設(shè)備用 UY 型液壓缸。按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（液壓傳動(dòng)） 》表 20-6-4 選取工作方式，均以最長(zhǎng)行程為宗旨，以頭部法蘭式（TF）固定方式進(jìn)行計(jì)算。上推：一段剛性固定，一段自由方式。由 ， ， ，得出：pDdLk24.19?1LS??2k 12.96LpDdS??上拉：一段鉸接，剛性導(dǎo)向，一段剛性固定方式。由 ， ， ，得出：k2.1k 128.34其中 等尺寸在手冊(cè)表 20-6-38，表 20-6-41 中查得。1LD，d，p 三個(gè)參數(shù)在表 20-6-37 中選取，分別以兩種方式計(jì)算在對(duì)應(yīng)情況下的液壓缸需用行程 S，得下列兩表。以上推方式的液壓缸許用行程：10 12．5 16 21 2540/28 0.2513 0.1883 0.1264 0.0665 0.032150/36 0.4015 0.3183 0.2364 0.1571 0.111763/45 0.5478 0.4446 0.3430 0.2448 0.188480/56 0.7265 0.6006 0.4768 0.3569 0.2882100/70 0.9306 0.7733 0.6185 0.4686 0.382812590 1.3433 1.1352 0.9304 0.7323 0.6188140/100 1.4729 1.2435 1.0179 0.7995 0.6743160/110 1.5406 1.2977 1.0588 0.8276 0.6950180/125 1.8007 1.5219 1.2477 0.9823 0.8301200/140 2.0713 1.7565 1.4469 1.1473 0.9755220/160 2.5499 2.1762 1.8085 1.4528 1.2488250/180 2.8076 2.3913 1.9819 1.5856 1.3585280/200 3.1309 2.6721 2.2207 1.7839 1.5336320/220 3.2812 2.7954 2.3176 1.8551 1.5901360/250 3.9044 3.3469 2.7983 2.2675 1.9633400/280 4.5155 3.8861 3.2668 2.6675 2.3240表 1 以上推方式的液壓缸許用行程以上拉方式的液壓缸許用行程：10 12．5 16 21 2540/28 0.2040 0.1788 0.1541 0.1301 0.116350/36 0.2767 0.2434 0.2107 0.1790 0.160863/45 0.3481 0.3068 0.2662 0.2269 0.2044pD/dpD/d680/56 0.4304 0.3800 0.3305 0.2826 0.2551100/70 0.5403 0.4773 0.4154 0.3555 0.321112590 0.7257 0.6425 0.5606 0.4813 0.4359140/100 0.7992 0.7074 0.6171 0.5298 0.4797160/110 0.8442 0.7471 0.6515 0.5590 0.5060180/125 0.9723 0.8608 0.7511 0.6449 0.5841200/140 1.1015 0.9756 0.8518 0.7319 0.6632220/160 1.3170 1.1675 1.0204 0.8781 0.7965250/180 1.4635 1.2970 1.1333 0.9748 0.8839280/200 1.6168 1.4333 1.2528 1.0781 0.9779320/220 1.7085 1.5142 1.3230 1.1380 1.0320360/250 1.9749 1.7518 1.5324 1.3201 1.1984400/280 2.2403 1.9885 1.7408 1.5011 1.3637表 2 以上拉方式的液壓缸許用行程經(jīng)對(duì)比，選取以上推方式，缸徑 280，桿徑 200，在 10Mpa 下工作，許用行程為3.1309 米的液壓缸，型號(hào)為 UY TF 11 280X3000—10。沖次為每分鐘 6 次，即周期為 T=10s，行程 h=3m，則有平均速度 smv/6.0Th2?工懸點(diǎn)最大載荷為 80kN，即上升行程負(fù)重 80kN?；爻搪湎仑?fù)重按以下公式計(jì)算：（參照參考文獻(xiàn)[1]） cbaG21F--F?落式中 ——抽油桿的落下負(fù)載落——抽油桿重力G1——活塞桿以及鋼絲接頭等零件重力2F——運(yùn)動(dòng)部件的慣性力a——各密封處摩擦阻力b——井下油柱液阻力cF其中除去活塞桿等重力 =9.02kN，其余參數(shù)直接引用文獻(xiàn)[1]中數(shù)據(jù)，得G2F=48.93kN。落3.2 液壓泵的選用已知液壓缸活塞面積 615.75 ，桿端承壓面積 301.6 ，周期 T=10s，液壓缸的機(jī)2cm2cm械效率和容積效率手冊(cè)上未能查到，故取 。95.0?v?上升沖程，蓄能器與液壓泵同時(shí)向液壓缸注油，下降沖程，只有液壓泵向液壓缸供油。7故在一個(gè)周期內(nèi)，液壓缸內(nèi)進(jìn)入的液壓油體積為活塞腔最大容積與活塞桿腔最大容積之和。該體積為： (615.75 300 )+ (301.06 300 )=275043?TV2cm?2cm?3cm，318475上 39018下允許上下沖程速度不等，但要/周期不變，有 stT10??下上設(shè)泵的輸出速率為 X ，蓄能器輸出體積為 Y ，又有 ，scm/3 3cm上上 VY???tX。下下 V??tX考慮到可以使用多個(gè)蓄能器并聯(lián)使用，并通過(guò)調(diào)整蓄能器工作容量時(shí)限要求，故暫設(shè)蓄能器可放出上升行程所需油液的三分之一，即蓄能器實(shí)際工作排量為 。3cm6157?W則下行回路中回收部分油液，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，由溢流閥排出。解得 ， ，X=21346.8 。4.23s?上t7s.5下t scm/3則每分鐘流量為 1280808 ，取泵轉(zhuǎn)速（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 3000r/min） ，容積效率in/3c0.92，得泵的排量為 464ml/r，故選取 A7V500 型柱塞泵。3.3 蓄能器的選用下降沖程時(shí)回收油液，液壓缸內(nèi)油液全部進(jìn)入蓄能器，當(dāng)蓄能器壓力一定時(shí)，由溢流閥回油箱。在下降沖程，重力與液壓泵對(duì)活塞的力同時(shí)作用，將油液送入蓄能器；上升沖程時(shí)懸點(diǎn)重力相對(duì)液壓泵與蓄能器的輸出為阻力。分別計(jì)算在上升和下降沖程，就懸點(diǎn)外力對(duì)活塞面的作用力：，MPa3.175.680p2?cmk上 MPa8.075.619348p2?cmk下即為保障在上升沖程時(shí)，蓄能器輸出油液，其出口壓力最小為 。ap3.12由于蓄能器在此作“輔助油源” ，則充氣壓力 ，并Pp7806..02???取指數(shù) K=1.4。要求釋放油液 V=61575mL。由公式 。])1()3./[()78.01(65])1()/[()1( 4.44.200 pppVKK ?????先設(shè) ，算得 ，故可選用 NXQ1-L150/10LR 型氣囊蓄能器。MPap71 267.3cm考慮到釋放油液的速率，需在 4.23s 內(nèi)將 61575mL 油液全部放出，此處改為 4 個(gè) 40L的小蓄能器，型號(hào) NXQ1-L150/10LR，用三個(gè)三通并行連接。此處出口的溢流閥選用 DT02B20，最小壓力設(shè)定為 1.3MPa，在液壓泵出口處同樣安8裝一個(gè)該型號(hào)的溢流閥，防止下行回路中液壓泵做負(fù)功最小壓力設(shè)定為 0.8MPa。3.4 液壓回路中各元件對(duì)應(yīng)型號(hào)元件 型號(hào) 件數(shù) 備注液壓泵 A7V500 1 配 3000r/min 電動(dòng)機(jī)液壓缸 UY TF 11 280X3000—10 1蓄能器 NXQ1-L150/10LR 4溢流閥 DT02B20 1 蓄能器出口壓力調(diào)至1.3MPa，液壓泵出口壓力調(diào)至0.8MPa三位四通電磁換向閥 4WE10N10/OFW200-50-N 1二位三通電磁換向閥 3WE10B10/OFW200-50-N 1二位二通電磁換向閥 3WE10B10/OFW200-50-N 1 手冊(cè)總未查到相關(guān)產(chǎn)品，故用三通閥堵住一通作為二通閥用表 3 液壓元件清單4 機(jī)械部分設(shè)計(jì)4.1 塔架部分的設(shè)計(jì)塔架可由建筑塔吊的部件改造而來(lái)，使用 Q235 角鋼焊接成型。整體塔架的各個(gè)部分均用 Q235 型鋼焊接而成。對(duì)塔吊塔架進(jìn)行測(cè)繪，得到實(shí)體圖后進(jìn)行有限元應(yīng)力分析，如下圖圖 6 中部塔架零件校核應(yīng)力分析經(jīng)分析，最大應(yīng)力僅有 8.63Mpa，而且應(yīng)力分布較為均勻，即材料、零件在安全范圍內(nèi)，可以使用。以下焊接零件同樣進(jìn)行分析。9圖 7 底部塔架零件校核應(yīng)力分析下部分支架應(yīng)力也遠(yuǎn)小于 Q235 角鋼的屈服強(qiáng)度極限。與水泥臺(tái)地腳螺栓連接的底座部分，通過(guò)有限元分析，得知需進(jìn)行加強(qiáng)部分的焊接設(shè)計(jì)，以盡量減小應(yīng)力。圖 8 底座零件校核應(yīng)力分析左圖為初始設(shè)計(jì)未有加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)力分布情況，如右圖，加強(qiáng)后應(yīng)力分布情況得以明顯改善，最大應(yīng)力明顯降低。4.2 扶正系統(tǒng)為保證液壓缸與水平地面的垂直度，防止在工作時(shí)因傾斜角度過(guò)大，隨工作時(shí)間的增長(zhǎng)產(chǎn)生偏磨損傷，故設(shè)計(jì)此系統(tǒng)。由于塔架各零件均為焊接件，故加工精度不做過(guò)高要求，但誤差不會(huì)太大，故設(shè)計(jì)以下微調(diào)的方法，幫助液壓缸剛體扶正，即加工誤差在裝配中的補(bǔ)償。10圖 9 扶正系統(tǒng)示意在塔架頂端的平面設(shè)置四個(gè)下端為粗牙螺紋連接，上端為短銷定位兼連接的螺栓類零件，意義在于通過(guò)調(diào)動(dòng) 4 個(gè)零件的高度。調(diào)整固定液壓缸水平面相對(duì)于地面的平行程度，來(lái)保證液壓缸與水平地面的垂直程度。圖 10 定位銷零件校核應(yīng)力分析由該零件承受載荷情況，選用 40Mn 鍛鋼。圖 11 配合定位銷的零件校核應(yīng)力分析與之連接的兩個(gè)零件，由 Q235 角鋼與 40Mn 鍛鋼焊接而成，為保證相關(guān)形狀公差，制造過(guò)程為先焊接，再加工孔。由于焊接件形狀復(fù)雜，應(yīng)力分布情況也較為復(fù)雜，但仍未超出 235Mpa 的屈服強(qiáng)度極限。4.3 液壓缸固定部分連接頂部法蘭與頂部部件底面的四根無(wú)縫鋼管焊接而成的連桿，其應(yīng)力也在安全范圍。11圖 12 頂部連桿零件校核應(yīng)力分析連接四根連桿的底部零件，由 100*100 的工字鋼焊接而成，制造時(shí)焊接上加強(qiáng)筋，其應(yīng)力情況如下。圖 13 頂部蓋板零件校核應(yīng)力分析頂部法蘭直接連接液壓缸缸體，受力最為直接，其應(yīng)力也較大。圖 14 頂部法蘭零件校核應(yīng)力分析在兩個(gè)臺(tái)階之間添加了 R5 的圓角之后，應(yīng)力情況改善如下，值得一提的是，R10 的圓角時(shí)，最大應(yīng)力反而變大了。12圖 15 倒 R5 圓角后應(yīng)力改善情況4.4 鋼絲固定圖 16 頂部鋼絲固定零件以銷軸配合于活塞桿前端，兩邊張開(kāi)并打孔，穿入鋼絲。5 安裝與找正安裝時(shí)首先在井口附近砌水泥臺(tái)，盡量保證水平，然后劃線安裝地腳螺栓。待水泥凝固后，將最下端的支座安裝上，此階段需靈活處理與井口的關(guān)系，以方便接下來(lái)的塔架加高，水泥臺(tái)劃線必須注意，井口的抽油桿出口應(yīng)在中心，誤差不允許過(guò)大。13圖 17 底座的固定圖 18 井口裝置與劃線位置隨后支起 2 層塔架，安裝至扶正裝置，即圖 9 所示位置零件即可，隨后在地面安裝塔架上部分，但不安裝液壓缸。圖 19 上部分安裝情況其目的在于，質(zhì)量尚輕，安裝拆卸較為方便。將該部件安裝于塔架上，利用法蘭盤(pán)的8 個(gè)螺孔和工程線、重錘等建筑用垂直度測(cè)量設(shè)備，通過(guò)調(diào)整 4 個(gè)螺栓的高度，保證重錘線與井口抽油桿出口在同一直線上，螺栓上端類似銷軸，但與之配合的孔侑足夠大的間隙，圖 20 扶正裝置原理幾何解析即如上圖所示，較大的配合間隙可以調(diào)整三角形頂點(diǎn)相對(duì)于中心垂線的位置，如次可14避免因鋼絲繩拉動(dòng)方向不與地面垂直，導(dǎo)致塔架在水平方向上受力，使之整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。該誤差來(lái)自于地面水泥臺(tái)的水平程度以及機(jī)械加工時(shí)塔架自身的傾斜，但誤差不會(huì)太大，否則塔架產(chǎn)品不合格或者水泥臺(tái)需要重新搭建。此后卸下上端的部件，安裝液壓缸，再次將上端的部件安裝于塔架上。此時(shí)圖 20 位置上的三角形頂點(diǎn)與抽油桿共線。法蘭盤(pán)上用于安裝螺栓的孔也是較為松動(dòng)，為的是在安裝液壓缸時(shí)，調(diào)整螺栓松緊，使液壓缸軸線與抽油桿垂直，放置在工作時(shí)徑向受力，造成偏磨。因?yàn)橹亓?，以及懸點(diǎn)載荷，調(diào)整好后的系統(tǒng)不易再變動(dòng)，因此在安裝時(shí)確定可行后，直到下次拆裝都不用再調(diào)整該系統(tǒng)。6 整體效果圖 21 整體效果圖液壓元件均放置于旁邊的泵站中。致 謝首先感謝指導(dǎo)老師廖結(jié)安老師提出這樣一個(gè)綜合性較強(qiáng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中給予監(jiān)督與指導(dǎo)。另外同樣感謝任課老師兼班主任李宜峰老師在液壓回路設(shè)計(jì)上給予的指導(dǎo)和批評(píng)，以及在大學(xué)四年中各位授課老師對(duì)本人知識(shí)的傳授。同時(shí)也感謝同樣在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們與本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)上問(wèn)題的交流探討。畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科生在大學(xué)本科階段的最后一次設(shè)計(jì)，是對(duì)專業(yè)知識(shí)技能綜合應(yīng)用的考驗(yàn)，本人并不是優(yōu)等生，但是此次設(shè)計(jì)是盡全力完成的。相信老師們?cè)趯忛啴厴I(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)也是在尋求一種慰藉：“4 年的授課總算有成效，沒(méi)有白費(fèi)” ，希望老師能在本篇設(shè)計(jì)中找到這種感覺(jué)，因?yàn)榫湍壳岸砸粋€(gè)畢業(yè)生能報(bào)答老師的僅此而已。如果設(shè)計(jì)欠佳，希望老師們對(duì)本片設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤及缺點(diǎn)嚴(yán)厲批評(píng)，學(xué)生會(huì)將此教導(dǎo)作為本科最后的授課，謹(jǐn)記終生。15參考文獻(xiàn)[1]陳春安,陳鐵民.YCH —II 型液壓抽油機(jī)的研制..石油機(jī)械,1988 年,16 卷(11 期).[2] 孔昭瑞.國(guó)內(nèi)抽油機(jī)的發(fā)展趨向[J].石油機(jī)械，1995,23(2):49 54.[3] 薄濤.中國(guó)液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況與技術(shù)水平[J]. 鉆采工藝 2002, 25(2):60-62.[4] 荀昊.國(guó)外液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況與技術(shù)水平[J]. 新強(qiáng)石油科技 2001，11（1）：62-63.[5] 張彥延 ,潘紅政,金文倩,李高升,張作龍.液壓技術(shù)在抽油設(shè)備上的應(yīng)用[J].石油機(jī)械,2000,28 (4):49-50.[6]張連山.國(guó)外抽油機(jī)的技術(shù)發(fā)展.石油機(jī)械,1999,(27):54 -56 .[7]張連山.2010 年世界新型抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)[J]. 鉆采工藝編輯部， 1999 年.[8]陳春安,陳鐵民.YCH-II 型液壓抽油機(jī)的研制 ,石油機(jī)械 1988,11[9]許福玲,陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng).第三版.北京,機(jī)械工業(yè)出版社 ,2008 年.16[10]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.機(jī)械制圖.第六版.北京 ,高等教育出版社,2007 年.[11]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(液壓傳動(dòng)卷 ).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004 年.塔里木大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查記錄表年 月 日學(xué)生姓名 班級(jí)課題名稱課題完成進(jìn)度（學(xué)生自述）存在的問(wèn)題及整改措施（學(xué)生自述）指導(dǎo)教師意見(jiàn)（課題進(jìn)展情況、優(yōu)缺點(diǎn)、整改措施等）指導(dǎo)教師簽名 年 月 日學(xué)院意見(jiàn)負(fù)責(zé)人簽名 年 月 日前 言國(guó)內(nèi)各大油田現(xiàn)以游梁式抽油機(jī)為主流，夾雜著鏈條抽油機(jī)等其他抽油機(jī)作為石油開(kāi)采設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。游梁式抽油機(jī)因?yàn)橐郧瑝K機(jī)構(gòu)作為工作的主要機(jī)構(gòu)，必須配以平衡重塊，而且游梁本身也十分笨重；移動(dòng)不便，制造時(shí)消耗材料較多。鏈條抽油機(jī)相對(duì)于游梁式占地面積相對(duì)小，但是其整體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了安裝與移動(dòng)的不方便。利用液壓傳動(dòng)的相關(guān)技術(shù)可以獲得較大的輸出力，而且液壓傳動(dòng)有著傳動(dòng)不受地形的條件限制，參數(shù)調(diào)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。隨著近些年來(lái)密封與液壓技術(shù)的進(jìn)步，利用液壓力開(kāi)采石油作為一種新的方法，正受到各國(guó)的關(guān)注。我國(guó)液壓抽油方法研究的起步較晚，而且中途有一段時(shí)間停滯，故相關(guān)技術(shù)不是很完善，同時(shí)可創(chuàng)新的空間也較大。液壓抽油機(jī)省去了笨重的平衡重等重物，若設(shè)計(jì)拆裝方便，可用于野外作業(yè)故障的迅速補(bǔ)救，減少因壞損抽油機(jī)不工作耽誤時(shí)間減少產(chǎn)量的弊端；如遇工作要求調(diào)動(dòng)，迅速拆裝方便運(yùn)輸，可大大提高機(jī)動(dòng)性；海上作業(yè)平臺(tái)抽油設(shè)備的運(yùn)輸相對(duì)地面大大不便，設(shè)計(jì)輕型才有設(shè)備有利于減輕船舶的運(yùn)輸負(fù)擔(dān)；占地面積小，適用于密集井口的開(kāi)采作業(yè)，并且泵站的液壓元件，再回路上稍加調(diào)整可以對(duì)多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)力供給。因此涉及題目綜合性較強(qiáng)，引起本人興趣，故選中該課題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，希望給自己所學(xué)知識(shí)有一個(gè)綜合的應(yīng)用的機(jī)會(huì)。本次設(shè)計(jì)對(duì)個(gè)人學(xué)科知識(shí)要求比較綜合，涉及到液壓傳動(dòng)，以及機(jī)械設(shè)計(jì)，工程圖學(xué)等幾門(mén)專業(yè)知識(shí)，而且國(guó)內(nèi)可參考的文獻(xiàn)非常少，缺點(diǎn)難以避免，望老師審閱后批評(píng)指教。目 錄前言1. 緒論……………………………………………………………………………………………11.1 本課題來(lái)源及研究的目的和意義……………………………………………………… 11.2 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析……………………………………… 11.3 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)外的研究現(xiàn)狀及分析……………………………………… 12. 液壓回路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………22.1 上行回路與下行回路基本思路的確定………………………………………………… 22.2 最終回路圖的確定……………………………………………………………………… 33. 液壓元件的選用…………………………………………………………………………… 43.1 液壓缸的選用…………………………………………………………………………… 43.2 液壓泵的選用…………………………………………………………………………… 63.3 蓄能器的選用…………………………………………………………………………… 73.4 液壓回路中各元件對(duì)應(yīng)型號(hào)……………………………………………………………74．機(jī)械部分設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………74.1 塔架部分的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………74.2 扶正系統(tǒng)………………………………………………………………………………104.3 液壓缸固定部分……………………………………………………………………… 104.4 鋼絲固定……………………………………………………………………………… 115．安裝與找正……………………………………………………………………………… 126．整體效果……………………………………………………………………………… 13致謝…………………………………………………………………………………………… 14參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 15 12 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)生姓名 高澤睿 學(xué) 號(hào) 8011208112 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 12-1 指導(dǎo)教師 廖結(jié)安 日 期 2012.5 塔里木大學(xué)教務(wù)處制1液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)1 緒論1.1 本課題來(lái)源及研究的目的和意義隨著原油儲(chǔ)量日益減少，開(kāi)采難度的增大，油田對(duì)新型采油方法以及采油設(shè)備的探索及構(gòu)思也在日益更新中。抽油機(jī)作為一種普及的采油設(shè)備，也在不斷的構(gòu)思和日益更新中。液壓抽油機(jī)作為近些年來(lái)迅猛發(fā)展的新型抽油設(shè)備，有著優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備的強(qiáng)項(xiàng)。增大載荷是本課題研究的目的之一，是在結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)，材料最省得方案下盡可能的增大其工作載荷。傳統(tǒng)的游梁抽油機(jī)雖有大載荷的特點(diǎn)，但這種舊型設(shè)備體型笨重，運(yùn)輸和安裝都較為麻煩，尤其是海上平臺(tái)更是不允許過(guò)的的大質(zhì)量設(shè)備。能在質(zhì)量最輕和結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)的情況下增大工作載荷，有著方便運(yùn)輸以及滿足海上平臺(tái)開(kāi)采要求的重要意義。節(jié)能減排是本課題研究的目的之二。到 1995 年統(tǒng)計(jì)的游梁抽油機(jī)總數(shù)約為 4 萬(wàn)臺(tái)，但使用期卻沒(méi)有超過(guò) 5 年的，如果每年需更換 10%的設(shè)備，使用的鋼材金額會(huì)在 1.5 億元左右。首先不看使用壽命，這種舊型設(shè)備本省的鋼材用量就非常的大。液壓抽油機(jī)工作原理不是曲柄連桿機(jī)構(gòu)或者其變形，工作原理在本身結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)就省去了大量的鋼材，有著改善采油設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的重要意義。此外結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化方便了安裝，同時(shí)也方便了拆卸和運(yùn)輸，即故障診斷更換壞損元件也相對(duì)方便了許多。在工作上迅速的故障診斷與維修有著增加設(shè)備連續(xù)工作時(shí)間的意義。1.2 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析我國(guó)開(kāi)始研究液壓抽油機(jī)是從 60 年代開(kāi)始的。1966 年北京石油學(xué)院提出“液壓泵—液壓缸”結(jié)構(gòu)的抽油機(jī)，以液壓缸伸縮來(lái)完成主要工作，同時(shí)用油管做平衡重，并利用其往復(fù)運(yùn)動(dòng)增大沖程。1987 年吉林工業(yè)大學(xué)研制出 YCJ-II 型液壓抽油機(jī)，同樣以液壓缸做驅(qū)動(dòng)。1992 年、1993 年蘭州石油機(jī)械研究所、浙江大學(xué)先后以“液壓泵—液壓馬達(dá)”結(jié)構(gòu)研制出新型液壓抽油機(jī)。此后至近幾年來(lái)，隨著油田開(kāi)采的要求，液壓技術(shù)、密封技術(shù)的發(fā)展，液壓元件的成熟，液壓抽油機(jī)業(yè)迅速發(fā)展起來(lái)。以下對(duì)上述幾種抽油機(jī)作簡(jiǎn)要分析：YCJ—II 型液壓抽油機(jī)直接用液壓缸的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)工作，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能的特點(diǎn)。在遼河油田的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明其在北方冬季野外有可連續(xù)運(yùn)行的能力，其液壓與電氣系統(tǒng)亦是可行的。不足在于：安全保護(hù)措施有所欠缺，對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用不足等。YCJ12—12—2500 型滾筒式液壓抽油機(jī)利用換向閥控制液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，以齒輪—齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)采用了機(jī)械平衡方式。在液壓系統(tǒng)上彌補(bǔ)了 YCJ—II 型的不足，同時(shí)整機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。功率回收型液壓抽油機(jī)利用了“變量泵—馬達(dá)”這一特殊元件，實(shí)現(xiàn)了“長(zhǎng)沖程，低沖次，大載荷”的特點(diǎn)，并有安全保護(hù)功能。最重要的是它通過(guò)能量的儲(chǔ)存于轉(zhuǎn)換使功率回收，而且相當(dāng)完全，平衡也是最完美的。1.3 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)外的研究現(xiàn)狀及分析國(guó)外對(duì)于液壓抽油機(jī)的研制起步較早，但由于翻譯過(guò)的外文文獻(xiàn)較少，這里只做介紹，不做詳細(xì)分析。1961 年美國(guó) Axelson 公司研制出 Hydrox 長(zhǎng)沖程 CB 型液壓抽油機(jī)，沖程 1.2~7.95m，適井深度 670~2032m，并在幾個(gè)大油田獲得成功的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。1965 年蘇聯(lián)研制出 ArH 油管平衡式液壓抽油機(jī)，可分開(kāi)調(diào)節(jié)上下沖程的速度，沖程長(zhǎng)度 1.625~4.275m。目前，這類產(chǎn)品已形成產(chǎn)品系列。 1977 年加拿大研制出 HEP 型液壓2抽油機(jī)。沖程 10m，最高沖次 5.0/min，懸點(diǎn)載荷 34.23~195.64KN。此后仍有不少新型液壓抽油機(jī)產(chǎn)品出現(xiàn)，在國(guó)外，液壓抽油機(jī)已形成系列產(chǎn)品走向市場(chǎng)，在油田作業(yè)表現(xiàn)出較高的可靠度和采油效益。2 液壓回路的設(shè)計(jì)2.1 上行回路與下行回路基本思路的確定液壓執(zhí)行元件常用的有液壓馬達(dá)與液壓缸。對(duì)于抽油機(jī)來(lái)說(shuō)，其工作為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，液壓馬達(dá)可配合齒輪齒條機(jī)構(gòu)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程，液壓缸則較短沖程內(nèi)直接實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因沖程為 3m，故選液壓缸為執(zhí)行元件。為充分利用液壓缸伸長(zhǎng)時(shí)的力大于收縮時(shí)的力之這一特點(diǎn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)上決定以液壓缸那個(gè)伸長(zhǎng)為上行沖程，液壓缸收縮為下行沖程，液壓回路與之對(duì)應(yīng)分別為上行回路和下行回路。思路上參照參考文獻(xiàn)[1]，由于懸點(diǎn)始終受到向下的重力，故考慮將下行回路時(shí)懸點(diǎn)下降的重力勢(shì)能回收，在上行回路時(shí)釋放幫助液壓缸的提升，減少液壓泵的排量。圖 1 上行回路如圖，上行回路的思路基本如此，由已經(jīng)在下行回路中回收了重力勢(shì)能的蓄能器同液壓泵同時(shí)向液壓缸供油，提升懸點(diǎn)?；钊麠U前端排除的油液直接回油箱，以減少阻力，減輕液壓泵的負(fù)擔(dān)。此處，蓄能器的出口壓力必須大于等于液壓泵的出口壓力，否則將是液壓泵同時(shí)向蓄能器和液壓缸供油，適得其反。蓄能其出口壓力大小大約是選點(diǎn)最大載荷除以活塞面積，數(shù)值可暫設(shè)為液壓泵 2MPa，蓄能器最低出口壓力 1.5Mpa，提升懸點(diǎn)需要 1MPa。下行回路應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量的回收利用，故液壓缸排除的油液暫定為全部回收到蓄能器內(nèi)，而液壓泵也同時(shí)推動(dòng)活塞桿下行， ，即蓄能器回收了重力勢(shì)能與液壓泵輸出的能量，避免了帶動(dòng)液壓泵的電機(jī)頻繁停轉(zhuǎn)啟動(dòng)導(dǎo)致先圈內(nèi)電流變化引起的發(fā)熱等對(duì)電動(dòng)機(jī)的不利損害，或者液壓泵直接卸載導(dǎo)致的能量浪費(fèi)。3圖 2 下行回路如此，得到了上行回路與下行回路的雛形，接下來(lái)應(yīng)添加元件，解決控制問(wèn)題，以及其他可能出現(xiàn)的問(wèn)題。在上行回路中，上行回路中，壓力設(shè)定為提前文已經(jīng)提到，并作為后期計(jì)算選取元件的重要指導(dǎo)。在下行回路，由于選點(diǎn)載荷依然較大，活塞桿的下落即使無(wú)液壓泵供油也會(huì)自行發(fā)生，其速度有可能超過(guò)液壓泵供油的速度，導(dǎo)致液壓缸成為動(dòng)力元件，液壓泵成為執(zhí)行元件，即懸點(diǎn)拉著液壓泵和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其作負(fù)功，故有必要在液壓泵的出口設(shè)置單向裝置，必須避免選點(diǎn)拉著泵轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象，所以需要在泵的出口處加一個(gè)溢流閥。另外為防止壓力過(guò)大損壞蓄能器，而不選取過(guò)大容積的蓄能器，故在蓄能器的出口加一個(gè)溢流閥引導(dǎo)超出蓄能器設(shè)定最大壓力的有也回油箱。圖 3 修改后的下行回路稍作改動(dòng)后如上圖所示?；芈分g的切換，即液壓缸走向的變化，由行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)，電磁換向閥控制，回路中若需要其他的換向閥，盡量統(tǒng)一使用一套行程開(kāi)關(guān)以減少不必要的元件。2.2 最終回路圖的確定在草紙上設(shè)計(jì)了 4 種方式的回路，經(jīng) FluidSIM 液壓設(shè)計(jì)輔助軟件進(jìn)行仿真后，留下最后一套方案定稿。4圖 4 FluidSIM 中的液壓回路左圖為檢測(cè)上行回路，右圖為檢測(cè)下行回路，經(jīng)軟件檢測(cè)表明，該回路設(shè)計(jì)合理，并滿足使用要求，箭頭方向?yàn)橐簤河妥呦?。由于軟件?nèi)元件庫(kù)的元件如蓄能器，液壓泵（該軟件中以泵站形式表示）的圖樣不能更改，故將繪制的液壓回路圖帖于正文中，如下圖所示。圖 5 最終確定的液壓回路三個(gè)換向閥均在左位時(shí)為上行回路，均在右位時(shí)切換至下行回路。3 液壓元件的選用3.1 液壓缸的選用：本次設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸做驅(qū)動(dòng)元件。首先保證沖程為 3 米，即液壓缸行程為 3000mm，油手冊(cè)活塞行程系列（ GB/T 2349—51980）第三系列。液壓缸可以上拉或者上推形式帶動(dòng)懸點(diǎn)上下動(dòng)作，故以兩種方法，確定液壓缸需用行程，求出數(shù)據(jù)作對(duì)比以選優(yōu)劣。根據(jù)用途，選擇冶金設(shè)備用 UY 型液壓缸。按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（液壓傳動(dòng)） 》表 20-6-4 選取工作方式，均以最長(zhǎng)行程為宗旨，以頭部法蘭式（TF）固定方式進(jìn)行計(jì)算。上推：一段剛性固定，一段自由方式。由 ， ， ，得出：pDdLk24.19?1LS??2k 12.96LpDdS??上拉：一段鉸接，剛性導(dǎo)向，一段剛性固定方式。由 ， ， ，得出：k2.1k 128.34其中 等尺寸在手冊(cè)表 20-6-38，表 20-6-41 中查得。1LD，d，p 三個(gè)參數(shù)在表 20-6-37 中選取，分別以兩種方式計(jì)算在對(duì)應(yīng)情況下的液壓缸需用行程 S，得下列兩表。以上推方式的液壓缸許用行程：10 12．5 16 21 2540/28 0.2513 0.1883 0.1264 0.0665 0.032150/36 0.4015 0.3183 0.2364 0.1571 0.111763/45 0.5478 0.4446 0.3430 0.2448 0.188480/56 0.7265 0.6006 0.4768 0.3569 0.2882100/70 0.9306 0.7733 0.6185 0.4686 0.382812590 1.3433 1.1352 0.9304 0.7323 0.6188140/100 1.4729 1.2435 1.0179 0.7995 0.6743160/110 1.5406 1.2977 1.0588 0.8276 0.6950180/125 1.8007 1.5219 1.2477 0.9823 0.8301200/140 2.0713 1.7565 1.4469 1.1473 0.9755220/160 2.5499 2.1762 1.8085 1.4528 1.2488250/180 2.8076 2.3913 1.9819 1.5856 1.3585280/200 3.1309 2.6721 2.2207 1.7839 1.5336320/220 3.2812 2.7954 2.3176 1.8551 1.5901360/250 3.9044 3.3469 2.7983 2.2675 1.9633400/280 4.5155 3.8861 3.2668 2.6675 2.3240表 1 以上推方式的液壓缸許用行程以上拉方式的液壓缸許用行程：10 12．5 16 21 2540/28 0.2040 0.1788 0.1541 0.1301 0.116350/36 0.2767 0.2434 0.2107 0.1790 0.160863/45 0.3481 0.3068 0.2662 0.2269 0.2044pD/dpD/d680/56 0.4304 0.3800 0.3305 0.2826 0.2551100/70 0.5403 0.4773 0.4154 0.3555 0.321112590 0.7257 0.6425 0.5606 0.4813 0.4359140/100 0.7992 0.7074 0.6171 0.5298 0.4797160/110 0.8442 0.7471 0.6515 0.5590 0.5060180/125 0.9723 0.8608 0.7511 0.6449 0.5841200/140 1.1015 0.9756 0.8518 0.7319 0.6632220/160 1.3170 1.1675 1.0204 0.8781 0.7965250/180 1.4635 1.2970 1.1333 0.9748 0.8839280/200 1.6168 1.4333 1.2528 1.0781 0.9779320/220 1.7085 1.5142 1.3230 1.1380 1.0320360/250 1.9749 1.7518 1.5324 1.3201 1.1984400/280 2.2403 1.9885 1.7408 1.5011 1.3637表 2 以上拉方式的液壓缸許用行程經(jīng)對(duì)比，選取以上推方式，缸徑 280，桿徑 200，在 10Mpa 下工作，許用行程為3.1309 米的液壓缸，型號(hào)為 UY TF 11 280X3000—10。沖次為每分鐘 6 次，即周期為 T=10s，行程 h=3m，則有平均速度 smv/6.0Th2?工懸點(diǎn)最大載荷為 80kN，即上升行程負(fù)重 80kN?；爻搪湎仑?fù)重按以下公式計(jì)算：（參照參考文獻(xiàn)[1]） cbaG21F--F?落式中 ——抽油桿的落下負(fù)載落——抽油桿重力G1——活塞桿以及鋼絲接頭等零件重力2F——運(yùn)動(dòng)部件的慣性力a——各密封處摩擦阻力b——井下油柱液阻力cF其中除去活塞桿等重力 =9.02kN，其余參數(shù)直接引用文獻(xiàn)[1]中數(shù)據(jù)，得G2F=48.93kN。落3.2 液壓泵的選用已知液壓缸活塞面積 615.75 ，桿端承壓面積 301.6 ，周期 T=10s，液壓缸的機(jī)2cm2cm械效率和容積效率手冊(cè)上未能查到，故取 。95.0?v?上升沖程，蓄能器與液壓泵同時(shí)向液壓缸注油，下降沖程，只有液壓泵向液壓缸供油。7故在一個(gè)周期內(nèi)，液壓缸內(nèi)進(jìn)入的液壓油體積為活塞腔最大容積與活塞桿腔最大容積之和。該體積為： (615.75 300 )+ (301.06 300 )=275043?TV2cm?2cm?3cm，318475上 39018下允許上下沖程速度不等，但要/周期不變，有 stT10??下上設(shè)泵的輸出速率為 X ，蓄能器輸出體積為 Y ，又有 ，scm/3 3cm上上 VY???tX。下下 V??tX考慮到可以使用多個(gè)蓄能器并聯(lián)使用，并通過(guò)調(diào)整蓄能器工作容量時(shí)限要求，故暫設(shè)蓄能器可放出上升行程所需油液的三分之一，即蓄能器實(shí)際工作排量為 。3cm6157?W則下行回路中回收部分油液，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，由溢流閥排出。解得 ， ，X=21346.8 。4.23s?上t7s.5下t scm/3則每分鐘流量為 1280808 ，取泵轉(zhuǎn)速（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 3000r/min） ，容積效率in/3c0.92，得泵的排量為 464ml/r，故選取 A7V500 型柱塞泵。3.3 蓄能器的選用下降沖程時(shí)回收油液，液壓缸內(nèi)油液全部進(jìn)入蓄能器，當(dāng)蓄能器壓力一定時(shí)，由溢流閥回油箱。在下降沖程，重力與液壓泵對(duì)活塞的力同時(shí)作用，將油液送入蓄能器；上升沖程時(shí)懸點(diǎn)重力相對(duì)液壓泵與蓄能器的輸出為阻力。分別計(jì)算在上升和下降沖程，就懸點(diǎn)外力對(duì)活塞面的作用力：，MPa3.175.680p2?cmk上 MPa8.075.619348p2?cmk下即為保障在上升沖程時(shí)，蓄能器輸出油液，其出口壓力最小為 。ap3.12由于蓄能器在此作“輔助油源” ，則充氣壓力 ，并Pp7806..02???取指數(shù) K=1.4。要求釋放油液 V=61575mL。由公式 。])1()3./[()78.01(65])1()/[()1( 4.44.200 pppVKK ?????先設(shè) ，算得 ，故可選用 NXQ1-L150/10LR 型氣囊蓄能器。MPap71 267.3cm考慮到釋放油液的速率，需在 4.23s 內(nèi)將 61575mL 油液全部放出，此處改為 4 個(gè) 40L的小蓄能器，型號(hào) NXQ1-L150/10LR，用三個(gè)三通并行連接。此處出口的溢流閥選用 DT02B20，最小壓力設(shè)定為 1.3MPa，在液壓泵出口處同樣安8裝一個(gè)該型號(hào)的溢流閥，防止下行回路中液壓泵做負(fù)功最小壓力設(shè)定為 0.8MPa。3.4 液壓回路中各元件對(duì)應(yīng)型號(hào)元件 型號(hào) 件數(shù) 備注液壓泵 A7V500 1 配 3000r/min 電動(dòng)機(jī)液壓缸 UY TF 11 280X3000—10 1蓄能器 NXQ1-L150/10LR 4溢流閥 DT02B20 1 蓄能器出口壓力調(diào)至1.3MPa，液壓泵出口壓力調(diào)至0.8MPa三位四通電磁換向閥 4WE10N10/OFW200-50-N 1二位三通電磁換向閥 3WE10B10/OFW200-50-N 1二位二通電磁換向閥 3WE10B10/OFW200-50-N 1 手冊(cè)總未查到相關(guān)產(chǎn)品，故用三通閥堵住一通作為二通閥用表 3 液壓元件清單4 機(jī)械部分設(shè)計(jì)4.1 塔架部分的設(shè)計(jì)塔架可由建筑塔吊的部件改造而來(lái)，使用 Q235 角鋼焊接成型。整體塔架的各個(gè)部分均用 Q235 型鋼焊接而成。對(duì)塔吊塔架進(jìn)行測(cè)繪，得到實(shí)體圖后進(jìn)行有限元應(yīng)力分析，如下圖圖 6 中部塔架零件校核應(yīng)力分析經(jīng)分析，最大應(yīng)力僅有 8.63Mpa，而且應(yīng)力分布較為均勻，即材料、零件在安全范圍內(nèi)，可以使用。以下焊接零件同樣進(jìn)行分析。9圖 7 底部塔架零件校核應(yīng)力分析下部分支架應(yīng)力也遠(yuǎn)小于 Q235 角鋼的屈服強(qiáng)度極限。與水泥臺(tái)地腳螺栓連接的底座部分，通過(guò)有限元分析，得知需進(jìn)行加強(qiáng)部分的焊接設(shè)計(jì)，以盡量減小應(yīng)力。圖 8 底座零件校核應(yīng)力分析左圖為初始設(shè)計(jì)未有加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)力分布情況，如右圖，加強(qiáng)后應(yīng)力分布情況得以明顯改善，最大應(yīng)力明顯降低。4.2 扶正系統(tǒng)為保證液壓缸與水平地面的垂直度，防止在工作時(shí)因傾斜角度過(guò)大，隨工作時(shí)間的增長(zhǎng)產(chǎn)生偏磨損傷，故設(shè)計(jì)此系統(tǒng)。由于塔架各零件均為焊接件，故加工精度不做過(guò)高要求，但誤差不會(huì)太大，故設(shè)計(jì)以下微調(diào)的方法，幫助液壓缸剛體扶正，即加工誤差在裝配中的補(bǔ)償。10圖 9 扶正系統(tǒng)示意在塔架頂端的平面設(shè)置四個(gè)下端為粗牙螺紋連接，上端為短銷定位兼連接的螺栓類零件，意義在于通過(guò)調(diào)動(dòng) 4 個(gè)零件的高度。調(diào)整固定液壓缸水平面相對(duì)于地面的平行程度，來(lái)保證液壓缸與水平地面的垂直程度。圖 10 定位銷零件校核應(yīng)力分析由該零件承受載荷情況，選用 40Mn 鍛鋼。圖 11 配合定位銷的零件校核應(yīng)力分析與之連接的兩個(gè)零件，由 Q235 角鋼與 40Mn 鍛鋼焊接而成，為保證相關(guān)形狀公差，制造過(guò)程為先焊接，再加工孔。由于焊接件形狀復(fù)雜，應(yīng)力分布情況也較為復(fù)雜，但仍未超出 235Mpa 的屈服強(qiáng)度極限。4.3 液壓缸固定部分連接頂部法蘭與頂部部件底面的四根無(wú)縫鋼管焊接而成的連桿，其應(yīng)力也在安全范圍。11圖 12 頂部連桿零件校核應(yīng)力分析連接四根連桿的底部零件，由 100*100 的工字鋼焊接而成，制造時(shí)焊接上加強(qiáng)筋，其應(yīng)力情況如下。圖 13 頂部蓋板零件校核應(yīng)力分析頂部法蘭直接連接液壓缸缸體，受力最為直接，其應(yīng)力也較大。圖 14 頂部法蘭零件校核應(yīng)力分析在兩個(gè)臺(tái)階之間添加了 R5 的圓角之后，應(yīng)力情況改善如下，值得一提的是，R10 的圓角時(shí)，最大應(yīng)力反而變大了。12圖 15 倒 R5 圓角后應(yīng)力改善情況4.4 鋼絲固定圖 16 頂部鋼絲固定零件以銷軸配合于活塞桿前端，兩邊張開(kāi)并打孔，穿入鋼絲。5 安裝與找正安裝時(shí)首先在井口附近砌水泥臺(tái)，盡量保證水平，然后劃線安裝地腳螺栓。待水泥凝固后，將最下端的支座安裝上，此階段需靈活處理與井口的關(guān)系，以方便接下來(lái)的塔架加高，水泥臺(tái)劃線必須注意，井口的抽油桿出口應(yīng)在中心，誤差不允許過(guò)大。13圖 17 底座的固定圖 18 井口裝置與劃線位置隨后支起 2 層塔架，安裝至扶正裝置，即圖 9 所示位置零件即可，隨后在地面安裝塔架上部分，但不安裝液壓缸。圖 19 上部分安裝情況其目的在于，質(zhì)量尚輕，安裝拆卸較為方便。將該部件安裝于塔架上，利用法蘭盤(pán)的8 個(gè)螺孔和工程線、重錘等建筑用垂直度測(cè)量設(shè)備，通過(guò)調(diào)整 4 個(gè)螺栓的高度，保證重錘線與井口抽油桿出口在同一直線上，螺栓上端類似銷軸，但與之配合的孔侑足夠大的間隙，圖 20 扶正裝置原理幾何解析即如上圖所示，較大的配合間隙可以調(diào)整三角形頂點(diǎn)相對(duì)于中心垂線的位置，如次可14避免因鋼絲繩拉動(dòng)方向不與地面垂直，導(dǎo)致塔架在水平方向上受力，使之整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。該誤差來(lái)自于地面水泥臺(tái)的水平程度以及機(jī)械加工時(shí)塔架自身的傾斜，但誤差不會(huì)太大，否則塔架產(chǎn)品不合格或者水泥臺(tái)需要重新搭建。此后卸下上端的部件，安裝液壓缸，再次將上端的部件安裝于塔架上。此時(shí)圖 20 位置上的三角形頂點(diǎn)與抽油桿共線。法蘭盤(pán)上用于安裝螺栓的孔也是較為松動(dòng)，為的是在安裝液壓缸時(shí)，調(diào)整螺栓松緊，使液壓缸軸線與抽油桿垂直，放置在工作時(shí)徑向受力，造成偏磨。因?yàn)橹亓?，以及懸點(diǎn)載荷，調(diào)整好后的系統(tǒng)不易再變動(dòng)，因此在安裝時(shí)確定可行后，直到下次拆裝都不用再調(diào)整該系統(tǒng)。6 整體效果圖 21 整體效果圖液壓元件均放置于旁邊的泵站中。致 謝首先感謝指導(dǎo)老師廖結(jié)安老師提出這樣一個(gè)綜合性較強(qiáng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中給予監(jiān)督與指導(dǎo)。另外同樣感謝任課老師兼班主任李宜峰老師在液壓回路設(shè)計(jì)上給予的指導(dǎo)和批評(píng)，以及在大學(xué)四年中各位授課老師對(duì)本人知識(shí)的傳授。同時(shí)也感謝同樣在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們與本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)上問(wèn)題的交流探討。畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科生在大學(xué)本科階段的最后一次設(shè)計(jì)，是對(duì)專業(yè)知識(shí)技能綜合應(yīng)用的考驗(yàn)，本人并不是優(yōu)等生，但是此次設(shè)計(jì)是盡全力完成的。相信老師們?cè)趯忛啴厴I(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)也是在尋求一種慰藉：“4 年的授課總算有成效，沒(méi)有白費(fèi)” ，希望老師能在本篇設(shè)計(jì)中找到這種感覺(jué)，因?yàn)榫湍壳岸砸粋€(gè)畢業(yè)生能報(bào)答老師的僅此而已。如果設(shè)計(jì)欠佳，希望老師們對(duì)本片設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤及缺點(diǎn)嚴(yán)厲批評(píng)，學(xué)生會(huì)將此教導(dǎo)作為本科最后的授課，謹(jǐn)記終生。15參考文獻(xiàn)[1]陳春安,陳鐵民.YCH —II 型液壓抽油機(jī)的研制..石油機(jī)械,1988 年,16 卷(11 期).[2] 孔昭瑞.國(guó)內(nèi)抽油機(jī)的發(fā)展趨向[J].石油機(jī)械，1995,23(2):49 54.[3] 薄濤.中國(guó)液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況與技術(shù)水平[J]. 鉆采工藝 2002, 25(2):60-62.[4] 荀昊.國(guó)外液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況與技術(shù)水平[J]. 新強(qiáng)石油科技 2001，11（1）：62-63.[5] 張彥延 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