四连杆抽油机传动机构的结构计算与优化
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- 发布时间:2017-01-08
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节能型抽油机是现代抽油机的发展趋势,而抽油机平衡对能量损失影响较大,占整个损失的50%以上,是节能的重点n 。对于传统游梁式抽油机的平衡,是平衡重产生的力矩与悬点载荷及抽油机的结构不平衡重产生的力矩的平衡 ,即运用重块直接平衡结构自重和载荷两类所产生的扭矩,但是结构自重和载荷的变化规律是不同的,仅仅直接运用平衡重块平衡上述两者的扭矩变化,是不可能达到的,且运动不平稳。而能量损失与抽油机扭矩的变化成比例,在其他条件相同时,抽油机扭矩变化越大,则电流的均方根收稿日期:2012-10-18基金项目:国家科技部中小企业技术创新基金资助项目(09C26214204812);国家中小企业创业引导基金资助项目(09C26154204991)作者简介:杨 侠(1978-),男,湖北安陆人 ,博士,副教授,硕士生导师,主要从事石油机械、化工机械、传热传质方面的研究.E-mail:bake19890206###163.corn· 154· 机 电 工 程 第30卷自身重量产生的对支点的力矩是随着运动过程而不断变化的,即对支点的力矩处于不平衡状态,这种不平衡状态会使力矩变化幅度大,从而导致抽油机运动的不平稳 ,能耗增大。力矩的变化撒于质量力和质心对支点的力臂,由于传动机构质量不变,质心对支点的力臂也就是以支点为原点、质心的坐标。
本研究以如图3所示的装配结构为基础,在Solid-Works中对传动机构进行运动仿真。
由模型参数可知,周期 T10 S,本研究利用质量属性,在-个周期内每隔1 s取质心坐标,得到该传动机构的三维质心运动轨迹,抽油机初始结构质心运动坐标数据如表 1所示。
表1 初始结构质心运动坐标由表 l可知,质心坐标值表明平行四连杆机构质心明显偏离支点,因此,为了保证力矩的旧能地序变化幅度近似不变,从而减小传动过程的能耗,则必须在保证力学性能情况下改变其结构,使其质心接近支点。
由于该抽油机的传动机构在运动过程中,速度较低,运动较缓慢,本研究采用天平原理,在质心偏离支点的另-端添加平衡轮,且使平衡轮的轨迹与质心轨键似相同,从而达到使抽油机在运动过程中,两者相对于支点的合力矩最型变化幅度最小 ,添加平衡轮之后的装配结构如图4所示。
为了解质心变化趋势,找出最佳的尺寸组合,本图4 添加平衡轮后的装配结构研究选取3套设计方案,以快速分析多个设计情形,分别改变平衡轮直径为 1 002 mm、1 026 mm和 1 050mm,再进行运动仿真,质心运动轨迹坐标值的取值办法同上,分别得到坐标值数据如表2~4所示。
表2 平衡轮直径为1 002 lnln质心运动轨迹坐标表3 平衡轮直径为1 026 null质心运动轨迹坐标表4 平衡轮直径为1 050 mm质心运动轨迹坐标从表2-4可以知道,质心的 、J,运动坐标值是随着时间而变化,而z轴坐标在整个过程中是不变的,因此不予考虑~ 、l,轴坐标值随时间变化的4组数据分别进行比较,得到 、,轴心偏移坐标轨迹图如图5、图6所示。
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