游梁式抽油機連桿裝置性能的分析與研究

發(fā)布時間：2020-05-12 08:41

【摘要】：連桿裝置是游梁式抽油機的主要受力及運動部件,工作環(huán)境惡劣,承受著復雜的交變沖擊載荷,且較其它部件相對薄弱,時有出現(xiàn)微裂紋及斷裂等故障,因此,分析研究連桿裝置的故障問題及其性能是抽油機開發(fā)與設(shè)計的重點。傳統(tǒng)設(shè)計已不能跟上現(xiàn)代機械工業(yè)的發(fā)展,本課題基于現(xiàn)代設(shè)計理論,以計算機為設(shè)計工具,以工程設(shè)計相關(guān)軟件為基礎(chǔ),結(jié)合多體動力學理論、有限元方法、疲勞強度理論、優(yōu)化設(shè)計方法等,對常規(guī)型游梁式抽油機連桿裝置的性能進行分析與研究。首先,本課題以C-456D-305-144型游梁式抽油機為研究對象,對游梁式抽油機進行了運動學和動力學理論分析與計算,分析其懸點和連桿裝置的位移、速度、加速度等運動學特性參數(shù),且分析了其懸點和連桿裝置所受的作用力等動力學特性參數(shù),為下文虛擬樣機模擬和有限元仿真分析提供了可靠的理論依據(jù)。其次,運用虛擬樣機仿真軟件ADAMS分別對抽油機進行多剛體系統(tǒng)及剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)運動學和動力學仿真,得出抽油機的運動學與動力學參數(shù)特性變化規(guī)律曲線,驗證了理論分析計算與本文建立的游梁式抽油機分析模型的正確性,為后續(xù)有限元分析提供原始輸入數(shù)據(jù),并生成連桿裝置的載荷-時間歷程文件,為疲勞強度分析提供載荷條件。再次,通過ANSYS Workbench平臺仿真模擬得出了考慮焊縫的連桿裝置的總變形、應(yīng)力分布、應(yīng)變分布及模態(tài)振動特性,且通過帶有預應(yīng)力的非線性屈曲穩(wěn)定性分析,得出了連桿裝置的非線性臨界屈曲失穩(wěn)載荷,得到前六階屈曲載荷因子和屈曲模態(tài)振型,為后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù),并為今后連桿裝置的研究提供了實用的參考價值。最后,本文運用一種改進的名義應(yīng)力法,結(jié)合疲勞強度分析軟件計算出連桿裝置的疲勞壽命、疲勞損傷及安全因子分布,綜合以上結(jié)果數(shù)據(jù)得出連桿套為連桿裝置的薄弱構(gòu)件,進而為下面的優(yōu)化設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。接下來,對連桿套進行參數(shù)化建模,運用一種基于Direct Optimization(直接優(yōu)化)的多目標驅(qū)動優(yōu)化方法對連桿套進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,并將優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)進行分析對比。由結(jié)果可得:結(jié)構(gòu)最大變形從0.03683mm減小到0.0189mm,剛度增強;優(yōu)化后連桿套的疲勞壽命有了明顯提升,從優(yōu)化前的1.451E+005增大到1.0E+006;將連桿套優(yōu)化后的連桿裝置應(yīng)變減小了41.4%;優(yōu)化后的連桿裝置的強度、剛度與疲勞壽命均得到改善,達到優(yōu)化目的。接著,運用Six Sigma Analysis(六西格瑪)技術(shù)分析優(yōu)化后的連桿套結(jié)構(gòu)的安全因子概率分布,分析優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的可靠性大小,為以后連桿套的設(shè)計提供實用的參考依據(jù)。
【圖文】：

游梁式抽油機,柄軸,采油系統(tǒng)

分析 C-456D-305-144 型游梁式抽油機連桿裝置的主要失效形式和故前，先了解游梁式抽油機和連桿裝置的結(jié)構(gòu)特點及其工作原理。游三抽采油系統(tǒng)中的地面驅(qū)動裝置，由減速系統(tǒng)將動力機的高速旋轉(zhuǎn)柄軸的低速旋轉(zhuǎn)運動，，再通過四桿機構(gòu)將曲柄軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成的上下往復直線運動。抽油桿帶動井下抽油泵做上下往復式運動，的目的[2-3]。其結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。

游梁式抽油機,三維實體