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蜗轮蜗杆传动抽油机设计与分析

常宇荣  
【摘要】:针对陕北地区低渗透或特低渗透油井,提出了一种新型传动抽油机的设计方案,并根据实际工况需求进行了方案改进,说明了抽油机结构和工作原理。主要内容有:首先,完成了蜗轮蜗杆传动抽油机基本参数计算;完成了变调速电动机、皮带轮、联轴器和轴承等零部件选型工作,蜗轮蜗杆减速箱和换向机构等关键零部件设计工作;利用软件Solidworks完成了抽油机各零部件三维模型设计以及整机装配。其次,对抽油机关键零部件进行了有限元分析。完成了蜗轮蜗杆接触应力分析、齿轮齿根弯曲应力分析和齿轮齿条接触应力;完成了齿轮轴模态分析,得到齿轮轴的最低固有频率远高于抽油机的工作频率,即齿轮轴不会产生共振;完成了机架的线性屈曲分析,得到机架的最小临界载荷远大于抽油机悬点载荷和整机上部重量之和,则抽油机在运行时具有良好的稳定性。之后,建立了蜗轮蜗杆传动抽油机的运动学模型,分析冲次和环形齿轮半径对抽油机性能的影响,得出冲次越大,抽油机悬点最大速度和最大加速度都越大,但冲次对抽油机匀速运动时间占比没有影响分析;环形齿轮半径越大,悬点冲程和最大速度越大,但加速度越小,抽油机匀速运动时间占比越小;对比分析了游梁式抽油机与蜗轮蜗杆传动抽油机性能,蜗轮蜗杆传动抽油机的体积缩小了27%,整机质量减少了15.7%,传动效率提高了2.25%。最后,完成了蜗轮蜗杆传动抽油机悬点载荷计算以及悬点载荷影响因素分析,得出静载荷对悬点载荷影响最大,其次是惯性载荷和摩擦载荷;对比分析了两种类型抽油机悬点载荷,得出两种类型抽油机悬点载荷的变化趋势一致,但游梁式抽油机的悬点载荷变化幅度大于蜗轮蜗杆传动抽油机悬点载荷变化幅度;建立了蜗轮蜗杆传动抽油机单自由度等效动力学模型,得出抽油机减速器输出轴净扭矩的最大影响因素是悬点载荷,其次是换向机构重力、换向机构惯性力。


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