电机换向抽油机悬点运动分析

２００６年第３５卷　石油矿场机械　第５期第７５页　ＯＩＬ　ＦＩＥＬＤ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　文章编号：１Ｏ０卜３４８２（２００６）０５—００７５—０３　电机换向抽油机悬点运动分析　吴耀明　，刘先刚　，王新琴。，邱小锋　，徐亚俊　（１．江苏油田装备处，江苏扬州２２５００９　２．江苏油田石油工程技术　研究院江苏扬州２２５００９　３．扬州大学机械工程学院江苏扬州２２５００８）　摘要：常规游梁抽油机在大于４．５　ｍ冲程时，整机结构庞大而笨重，工作特性变差，必须用其它形式抽油机替代，　先后出现了链条、皮带传动等长冲程抽油机。近年出现的电机换向抽油机采用电机与减速器、摩擦轮同轴的传动　方式，其运动特性有别于其它抽油机。根据该抽油机的运动特点，讨论了抽油机悬点的位移、速度、加速度的计算　公式，并给出了计算实例。　关键词：电机换向；抽油机；运动分析　中图分类号：ＴＥ９３３．１０２　文献标识码：Ｂ　游梁式抽油机由于其结构简单、皮实可靠、维修　加、减速时间相等，匀速运动占一个冲程的３／５时　方便等特点，深受广大使用者的喜爱。但游梁式抽　间。　油机能耗高、调参不方便，不适用于长冲程井况，成　为此种抽油机的最大缺点。游梁式抽油机在冲程大　于４．５　Ｉｎ，悬点载荷在１２０　ｋＮ以上的情况下，由于　不得不加大减速箱的扭矩和抽油机的高度，使得抽　油机整机笨重，“大马拉小车”的情况更为严重，不符　合经济高效的原则。电机换向抽油机应用机电一体　化技术，较好地解决了上述问题。该抽油机主要由　传动部分、平衡部分、机架及控制部分等组成。具有　结构简单，能耗低、无级调参及调平衡方便等特点，　逐渐成为长冲程抽油机的替代产品。游梁抽油机的　运动特性已为大家所知，本文仅对电机换向抽油机　进行运动分析。　图１　电机换向抽油机传动简图　１　悬点运动　２　悬点运动特性的分析　电机换向抽油机传动简图如图１，主要由开关　悬点运动特性分析主要讨论悬点的速度、加速　磁阻电机、摆线针轮减速器、摩擦轮及联轴器等组　度变化情况，为抽油机动力特性分析提供依据，便于　成。电机经减速器减速将动力传给摩擦轮，连接悬　总体评价抽油机的性能。　点和平衡箱的钢丝绳通过与摩擦轮之间的摩擦力实　２。１悬点位移　现悬点的上下往复运动，摩擦轮的换向、冲次和冲程　钢丝绳在摩擦轮上展开的长度即为悬点的位　的改变则由控制部分（图中未表示）实现。　移，在加速段，摩擦轮的转角为：　为了研究方便，近似认为悬点换向前后电机的　１　９－－∞０ｔ＋寺ｅｔ　（１）　运动为匀变速过程，并且悬点上、下冲程的时间及　收稿日期：２００６—０２—２３　作者简介：吴耀明（１９６３一），男，江苏宜兴人，工程师，１９８５年毕业于江苏电大机械专业，现从事设备管理工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＯＩＬ　ＦＩＥＬＤ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　２００６　Ｖｏｌ＿３５№５　一　段较长时间加速度为零，所以对抽油机的冲击不大。　Ｊ　式中，　。为摩擦轮的初角速度，ｒａｄ／ｓ，ｔ为悬点从死　点运动到任一位置时所需时间，Ｓ；ｅ为摩擦轮角加　Ｉ圈　／　＼　速度，ｒａｄ／ｓ　；　为摩擦轮的角速度ｒａｄ／ｓ。　摩擦轮角速度与电机转速有以下关系：　２７ｃ厶ＪＬ，　ｄ‘　　一　式中，　为电机转速，ｒ／ｍｉｎ；ｉ为减速器传动比。　则在不同区段悬点的位移为：　０≤　Ｉ’￡　≤　Ｓ（￡）一　什　≤　４’￡　≤　。　９￣Ｒ　ｎａ￡　＋　￣Ｒｎａ　．２，　≤￡≤　。≤￡≤￡　。　（２）　式中，Ｒ为摩擦轮半径，１ＴＩ；ｔ　这１个冲次的１／１０周　期，Ｓ。　２．２悬点速度　ｄＳ２７ｒＲｎａ　『：：——：：——ｄｔ　６０ｉ　当　ａ一定时，任意时刻悬点速度表达式为：　２￣Ｒ　ｎｄｔ，０≤￡≤￡　２７ｒＲ　ｎａ，￡　≤￡≤　（￡）一　一　６０ｉ　ｔ　，　≤￡≤￡　（３）、Ｖ　一　≤　。　！　！！　６０ｉ　ｔ：　：　’１，　９　‘≤￡　‘≤￡　。ｌ。　２．３悬点加速度　口（￡）一　ｄ２Ｓ　－ｆ２—　７ｒＲｎａ，０≤￡≤￡　，￡　≤￡≤￡　ｎ‘‘　一｛一—Ｉ　２６７ｒ０Ｒ—ｉ　ｔｎａ，’１４　　≤￡‘　≤幻　≤￡’１９　‘　≤　“。　（４）１【０，￡　≤￡≤　，￡　≤￡≤￡。　由图２ａ速度曲线图可看出，上冲程时抽油机速度由　０平滑上升到最大速度，然后保持较长一段时间匀　速运动，再平滑下降到零。抽油机换向，悬点下冲程　时重复上冲程的运动变化规律。　由图２ｂ加速度曲线可见，抽油机在加、减速过　程中，加速度大小不变，而方向是变化的，其中有一　ｈ缸一拓　卸一　‘　时间Ｉ　ａ速度曲线　日　Ｉ量圈　］　＿＿］　一　ｔｔ　‘２　ｔｔ“ｌ　ｌ　５　…～　１．．一　时　司‘　ｂ加穗　图２　电机换向抽油机的速度及加速度　３　实例计算　在电机换向抽油机的传动方式中，冲程ｓ一定　时，冲次ｎ与摩擦轮半径Ｒ、摩擦轮转速ｎ，有以下　关系：　２７ｒＲｎ，一２Ｓｎ　即　，一　Ｓｎ　由此得到相应的电机转速为　Ｓｎｉ　（５）　ｄ＝　，　以１２型电机换向抽油机为例，不同冲程、不同　冲次下，悬点最大速度、加速度计算结果如表１。　表１悬点最大速度、加速度表（冲程为５　ｍ）　以上仅讨论了电机换向抽油机在某一冲程下的　速度和加速度变化规律，式（１）～（５）可适用于不同　冲程的运动分析。以上分析表明，电机换向抽油机　的悬点速度、加速度与冲程Ｓ、冲次　及摩擦轮半径　Ｒ等因素有关。在冲程Ｓ＝５　１ＴＩ，冲次　一５冲／ｍｉｎ，　维普资讯 http://www.cqvip.com

吴耀明，等：电机换向抽油机悬点运动分析　减速箱传动比为５９时，得到悬点最大速度为０．８３４　ｍ／ｓ，最大加速度为０．６９５　ｍ／ｓ　。　表２游梁式与电机换向抽油机加速度值　ｍ，ｒ一１．１３　ｍ，在冲程Ｓ一４．２　ｍ，冲次　一６冲／ｍｉｎ　的条件下，悬点最大加速度达３．１４７　ｍ／ｓ　，是电机　换向抽油机的４．５倍。而且加速度值随时间的变化　而变化，从而使抽油机的惯性载荷不停变化。两种　抽油机在不同工作制度时的加速度值比较见表２。　４　结论　对于电机换向抽油机而言，悬点运动时，仅换向　前后一段时间速度有变化，而大部分时间为匀速运　动，其运动特性优于游梁抽油机。因此，电机换向抽　油机的运动特性有利于改善抽油机的工作条件并减　小抽油杆的弹性变形，延长抽油机的使用寿命，降低　对于常规游梁抽油机，悬点加速度可以根据下　能耗。　式计算　一　（６）　参考文献：　［１］张琪．采油工程原理与设计［Ｍ］．山东：石油大学出　式中，ｎ为抽油机游梁前臂长；ｂ为抽油机游梁后臂　版社，２００２．　长；ｒ为曲柄半径。　以１２型游梁抽油机为例：ａ一５．６　ｍ，ｂ一３．１７２　简讯　亚洲动力传动展——尽显行业勃勃生机　２００６亚洲国际动力传动与控制技术展览会（简称亚洲动力传动展）将于２００６年１Ｏ月１０日至１Ｏ月１３　日在上海新国际博览中心隆重推出，预计世界各地愈８０，０００名专业观众将前来参观。此次盛会由中国液压　气动密封件工业协会、中国机械通用零部件工业协会、德国汉诺威展览公司和汉诺威展览会（中国）有限公　司、中国轴承进出口联营公司联合主办。　自成功举办十届以来，亚洲动力传动展规模已由最初的１００家参展商和２，５００　ｍ　展厅扩大到今年的约　１，１００家参展商和５０，０００　ｍ　的展厅，在同类展会中位居亚洲最大、世界第二。在本届展会上，国际紧固件、　弹簧及专用装备展览会首次独立推出。展会根据国家“十一五”发展规划精神，自主创新产品及高性能节能　与环保的科研成果为主导潮流，亮点众多，精彩不容错过。　同往届相比，德国、意大利、韩国、日本、美国、英国、法国、西班牙和中国台湾等国家和地区的相关行业协　会给予了本届展会更大的支持，组织强大阵容的展团前来参展，进一步提升了展会的专业化品质和国际化程　度。　金秋十月，亚洲动力传动展及另一著名品牌展——亚洲国际物流技术与运输系统展览会，一同邀您共享　丰收的喜悦。在这里，琳琅满目的创新展品将让您感受行业发展盛况并广泛建立业务联系，业界专家和权威　人士的精彩分析与报告将让您把握行业动态进而抢占市场先机，主办方精心周到的服务将让您体验轻松愉　快且富有价值的商务之旅。　展会同期活动：　２００６现代动力传动与控制技术国际研讨会、液压传动与工程及农业机械行业技术交流会、２００６中国弹　簧专业协会年会、中国国际风力发电与机电传动工业发展论坛、中国国际紧固件、弹簧材料技术发展论坛、孔　精密加工技术及设备介绍、ＧＧＢ“８”字形铝合金轴套在液压齿轮泵上的应用。