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第7章石油开采机

抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”，石油开采是通过加压的办法使石

油出井。

7.1探索

我们常见的石油开采机为游梁式抽油机，它是油田目前主要使用的抽油机类型之一，主

要由驴头——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，电动机的转动经变速箱、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，从而不断地把井中的原油抽出井筒。

7.2制作

根据石油开采机的几部分，下面我们制作一个石油开采机模型。

1.制作石油开采机的框架。框架部分需要考虑为传动装置曲柄连杆的支撑部分以及传动

装置留出空间。

2.安装马达。

3.制作曲柄连杆机构。首先制作一个曲柄，曲柄可以做圆周运动，所以一般都是由能

固定在轴上的零件制作。其次制作连杆(摇杆)部分，连杆部分连接驴头。

最后组装曲柄连杆机构，将曲柄和摇杆连接到一起。这里活动部位用到的是滑销或黑轴

及轴套，注意安装方法。

4.安装传动装置。曲柄连杆和履带传动。曲柄和连杆部分都需要和框架相连接。

5.安装抽油杆柱。在驴头上安装长轴作为抽油杆柱。

6.连接控制模型。控制马达转动，通过履带传动带动曲柄连杆运动，最终带动驴头和抽

油杆柱上下运动。由此看出，曲柄连杆机构的作用是将圆周运动转化为连杆的摆动，最终转

化为抽油杆柱的上下运动。

5倍

6倍

3倍

7.3原理分析

上面我们简单介绍了石油开采机的组成，这里我们详细讲解。

图7.1

石油开采机由四大部分构成，分别为游梁部分，支架部分，减速器部分，配电部分。每

一部分具体组成如下:

游梁部分:驴头，游梁，横梁，尾梁，连杆，平衡板。

支架部分:中央轴承座，工作梯，护圈操作台，支架。

减速器部分:底船，减速器筒座，减速器，曲柄，配重块刹车等部件。

配电部分:电机座，电机，配电箱等。

石油开采机在工作时，由电动机提供动能。电动机将其高速旋转运动传递给减速箱的输

入轴，经中间轴后带动输出轴，输出轴带动曲柄作低速旋转运动。曲柄通过连杆经横梁拉着

游梁往复摆动，游梁的前段装有驴头，活塞及抽油杆柱等载荷通过悬绳器悬挂在驴头上。驴

那么曲柄结构和连杆分别起到了什么作用呢?

7.4复杂的曲柄结构

前面我们简单介绍了曲柄滑块机构，能够将圆周运动转化为直线往返运动，这里我们详

细的介绍曲柄机构。石油开采机中应用到的曲柄机构是曲柄连杆机构，也称作曲柄摇杆机构。

具有一个曲柄和一个连杆的铰链四杆机构称为曲柄连杆机构。如图7.2所示，曲柄做匀

速圆周运动，摇杆做往复摆动或直线往复运动。

图7.2

当曲柄为主动件时，曲柄连杆机构将圆周回转运动变为往复摆动；当连杆为主动件时，

曲柄连杆机构将往复摆动变为圆周回转运动。在生活中，曲柄连杆机构的应用很多，比如自

行车，通过腿部的往复运动转化为齿轮的圆周运动，通过链条带动后轮，最终使自行车前进。

曲柄连杆机构和曲柄滑块机构的作用都是将圆周运动转化为往复运动或者将往复运动

转化为圆周运动，在功能上并没有什么区别，区别只在于与曲柄相连的输出件(或输入件)是

滑块还是长杆。而曲柄机构实质上都属于连杆机构中的平面四连杆机构。

图7.3曲柄滑块

连杆机构指由若干(两个以上)有确定相对运动的构件用低副联接组成的机构。连杆机构

是一种低副机构，是机械的组成部分中的一类。高副机构是指在机械工程中机构的两构件通

过点或线的接触而构成的运动副。低副机构是指机械工程中机构的两构件通过面的接触而构

成的运动副。

连杆机构中，最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构，如图

7.4所示，它的应用非常广泛，是组成多杆机构的基础。平面四杆机构根据四个构件的长度

不同，可以细分为几种特殊的机构，这几种特殊的机构在工业机械和生活中应用较多。下面

我们详细一一介绍。

曲柄连杆机构(曲柄摇杆机构):平面连杆机构中最短杆与最长杆长度之和≤其余两杆长

度之和，取最短杆的临杆为机架，最短杆作主动杆，构成曲柄连杆机构。如图11.3所示，

主动杆作匀速圆周运动带动连杆(蓝色)作往复摆动。或者反过来，连杆作为主动件作往复摆

动带动曲柄作圆周运动。

图7.4

双曲柄机构:平面连