机械系统动力学游梁式抽油系统曲柄运动规律的动态仿真案例.docx

课程三级项目报告游梁式抽油系统曲柄运动规律的动态仿真 课程名称：机械系统动力学 任课教师：XXX 班 级：XXX 团队成员：XXX 2016年6月一项目背景（1）游梁式抽油机简介游梁式抽油机是油田目前主要使用的抽油机类型之一，主要由了驴头—游梁—连杆—曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装备等四大部分组成。工作时，电动机的传动经变速箱、曲柄连杆机构变成驴头的上下运动，驴头经光杆、抽油杆带动井下抽油泵的柱塞作上下运动，从而不断把井中的原油抽出井筒。主要特点：1、整机结构合理、工作平稳、噪音小、操作维护方便；2、游梁选用箱式或工字钢结构，强度高、刚性好、承载能力大；3、减速器采用人字型渐开线或双圆弧齿形齿轮，加工精度高、承载能力强，使用寿命长；4、驴头可采用上翻、上挂或侧转三种形式之一；5、刹车采用外抱式结构，配有保险装置，操作灵活、制动迅速、安全可靠；（2）我国抽油机现状目前，我国抽油机主要制造厂有十几家，产品主要以游梁式抽油机为主，约占抽油机总数的98%至99%,有30多种规格，并已形成了系列，前置式抽油机，异相曲柄平衡抽油机，前置气平衡抽油机，配有CJT型节能拖动装置的常规型抽油机，和用窄V带传动的常规型抽油机等均与在各个油田推广应用，并取得了显著的经济效益。常冲程、低冲次的无梁式抽油机的研制也取得了也一些进展，如胜利油田设计并并与有关厂家协作生产的链条式常3冲程抽油机，已有近千台在各油田投入使用，在低冲程抽油机和抽稠油方面已初见成效。此外，桁架结构的滑轮组增拘束抽油机，滚筒式长冲程抽油机进入了实用阶段；次轮增距式长冲程抽油机的研制工作也取得了新的进展。重量轻、成本低、便于调速和调整冲程的液压抽油机，经过几年的研制和工业性试采油也积累了一定的经验，其它形式的新颖抽油机加代传动游梁式抽油机，新型遥杆抽油机，大轮式游梁抽油机，留连干游梁式抽油机也正处于开发和研制过程中。然而，游梁式抽油机的缺点是不容易实观长冲程、低冲次的要求，因而不能满足稠油井，深油井和含气井采油作业的需求。同时长冲程、低冲次的游梁式抽油机尚待完善，（如油田正在使用的链条式抽油机还存在链条寿命短，换向冲击载荷大河钢丝绳易断，导轨刚度不足容易变形等问题）而且品格还很少，不能适用于当前石油工业的发展，液压抽油机至今还处于研制阶段。二力学与数学模型为了对异相曲柄平衡抽油机的优化设计，以放映抽油机动力性能的最大扭矩因素为最小目标函数优化抽油机的机构尺寸，将整个抽油机装置简化为以曲柄为等效构件的运动情况，我们做了以下假设条件：1、 电网供电电压与供电频率是常数；2、 不考虑电动机转子到减速箱曲柄轴各传动副的间隙与传动件的弹性变形；3、 在分析抽油机主体机构的运动规律时，不考虑各传动副的间隙与传动件的弹性变形； 4、 悬绳与悬绳器在垂直方向上的等效弹簧常数为定值；5、 油管全长锚定或不锚定，当油管不锚定时，考虑液体静负荷引起的油管柱弹性变形；6、 不考虑油管内液柱的振动；7、 假设抽油杆柱与油管同心；8、 油井是铅直的；9、 连杆与游梁之间的轴承座质量忽略；10、游梁与支架之间的轴承座质量忽略；11、所有构件为刚性构件；12、曲柄为等效构件；13、求等效力矩时不考虑全部构件的质量；14、求等效转动惯量时考虑连杆质量；15、悬点载荷简化为F16、减速箱效率为0.866（1）抽油机运动规律建模根据抽油机型号，可以确定抽油机传动系统的机构尺寸、运动件质量、转动惯量、质心位置等参数。具体参数包括：R——曲柄半径，m；P——连杆长度，m；C——游梁后臂长度，m；K——基杆长度，m；A——游梁前臂长度，m；I——基杆的水平投影，m；τ——曲柄平衡重滞后角，rad；JB1——小皮带轮转动惯量，kg.m2；JB2——大皮带轮转动惯量，kg.m2；JR1——二级减速箱高速轴（输入轴）系转动惯量，kg.m2；JR2——二级减速箱中间轴系转动惯量，kg.m2；JR3——二级减速箱底速轴（输出轴）系转动惯量，kg.m2；iB——皮带传动比；iR1——二级减速箱的第一级传动比；i R2——二级减速箱的第二级传动比；mQ——单曲柄质量，kg；rQ——曲柄质心半径，m；MC——单侧曲柄平衡块质量，kg；RC——曲柄平衡块质心半径，m；JC——单侧曲柄平衡块相对其质心的转动惯量，kg.m2；ML——连杆质量，kg； JL——连杆相对其质心的转动惯量，kg.m2；JB——游梁组件相对其回转中心的转动惯量，kg.m2。 (3)油井参数油井参数包括油藏参数与生产参数。根据假设，和数学建模相关的几个参数包括：MR——抽油杆柱质量，kg；——抽油杆柱在液柱中的重量，N；——油井动液面以上整个柱塞