本文選題：非圓齒輪 + 抽油機　； 參考：《西安石油大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：抽油機是石油開采的重要機械之一。在當(dāng)前的機械采油方法中,游梁式抽油機占大部分比例。其存在以下缺點:由于驢頭運動不均勻,導(dǎo)致懸點加速度過大;當(dāng)增加沖程長度時整機輪廓尺寸和重量都顯著增加;該類抽油機的工作效率低、制造成本高、能耗大。本文針對以上問題提出了一種橢圓齒輪傳動齒輪齒條式抽油機。主要進行了方案設(shè)計、三維建模、結(jié)構(gòu)分析、運動學(xué)及動力學(xué)分析幾個方面。首先,設(shè)計了三種不同換向方式的齒輪傳動抽油機方案:方案一為利用離合換向器進行換向的齒輪齒條式抽油機;方案二為利用齒輪換向器進行換向的齒輪齒條式抽油機;方案三為開關(guān)磁阻電機換向的帶有橢圓齒輪傳動的齒輪齒條式抽油機。經(jīng)過綜合對比,得出第三種方案在結(jié)構(gòu)性能、運動平穩(wěn)及能源消耗上都較前兩種方案更加符合要求。其次,對非圓齒輪抽油機的基本參數(shù):懸點靜載荷、懸點動載荷、抽油機的平衡進行計算,對主要部件:動力裝置、鋼絲繩、V帶傳動部件、減速器、橢圓齒輪、齒輪齒條、軸及機架進行設(shè)計計算確定出各部分尺寸,應(yīng)用SolidWorks三維軟件分別對其進行建模,最后將各部分裝配起來,完成整個抽油機的數(shù)字化樣機設(shè)計。之后,應(yīng)用有限元軟件對非圓齒輪傳動齒條式抽油機的主要部件齒輪齒條進行靜力學(xué)分析,得出其接觸應(yīng)力及位移變形量均符合要求,驗證了其安全性。對特殊部件橢圓齒輪不僅分析了其強度,還應(yīng)用模態(tài)分析法對其動態(tài)特性進行預(yù)估,得出其最低固有頻率為2056.1 Hz,遠小于抽油機的固有頻率,避免了共振的發(fā)生。最后,利用Matlab仿真分析系統(tǒng)分別計算出采用橢圓齒輪傳動和常規(guī)齒輪傳動抽油機的懸點速度及懸點加速度的變化曲線,并利用SolidWorks繪出懸點速度的曲線圖,將兩者進行對比分析得出橢圓齒輪抽油機的運動性能相對較好。分析橢圓齒輪的主要參數(shù)偏心率對懸點速度及加速度的影響,得出在合理的范圍內(nèi),盡量選擇較大的偏心率以保證抽油機的性能達到最佳。
[Abstract]:Pumping unit is one of the important machinery for petroleum exploitation. Beam pumping units account for most of the current mechanical oil extraction methods. It has the following disadvantages: the acceleration of suspension point is too large due to the uneven movement of donkey head; the outline size and weight of the whole machine increase significantly when the stroke length is increased; the efficiency of this kind of pumping unit is low, the manufacturing cost is high, and the energy consumption is large. In this paper, an elliptical gear rack pumping unit is presented. It mainly includes scheme design, three-dimensional modeling, structure analysis, kinematics and dynamics analysis. Firstly, three different gear drive pumping unit schemes are designed: one is gear rack pumping unit with clutch commutator, the other is gear rack pumping unit with gear commutator. The third scheme is a gear rack pumping unit with elliptical gear drive and switched reluctance motor. After comprehensive comparison, it is concluded that the third scheme is more suitable for the structural performance, motion stability and energy consumption than the former two schemes. Secondly, the basic parameters of non-circular gear pumping unit are calculated: static load of suspension point, dynamic load of suspension point, balance of pumping unit, main components: power device, steel wire rope V-belt transmission component, reducer, elliptical gear, gear rack, The shaft and the frame are designed and calculated to determine the dimensions of each part. The 3D software of SolidWorks is used to model the shaft and the frame. Finally, the parts are assembled to complete the design of the digital prototype of the pumping unit. Then, the finite element software is applied to the statics analysis of the main components of the non-circular gear drive rack pumping unit, and the contact stress and displacement deformation are obtained, and the safety is verified. The strength of elliptical gear with special components is analyzed, and its dynamic characteristics are estimated by modal analysis. The lowest natural frequency is 2056.1 Hz, which is far less than the natural frequency of pumping unit, and the resonance is avoided. Finally, the curves of suspension velocity and acceleration of pumping unit with elliptical gear drive and conventional gear transmission are calculated by using Matlab simulation analysis system, and the curve of suspension point velocity is drawn by SolidWorks. The results show that the elliptical gear pumping unit has better motion performance. The influence of the eccentricity of the main parameter of the elliptical gear on the velocity and acceleration of the suspension point is analyzed. It is concluded that, within a reasonable range, a large eccentricity is chosen as far as possible to ensure the optimum performance of the pumping unit.
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE933.1

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本文編號：1918047