6型單滾筒超長沖程抽油機(jī)畢業(yè)論文

1、<p>　　6型單滾筒式超長沖程抽油機(jī)設(shè)計與分析</p><p>　　摘 要：為了更好的實現(xiàn)抽油機(jī)長沖程采油的目的，在滿足油田采油工藝要求的前提下，設(shè)計了6型單滾筒式超長沖程抽油機(jī)。該抽油機(jī)的動力系統(tǒng)采用KCT系列變頻調(diào)速電動機(jī),省去了正反轉(zhuǎn)電動機(jī)軟起動控制器，可以實現(xiàn)傳動裝置的的頻繁正反轉(zhuǎn)，從而提高了傳動的穩(wěn)定性；并且本抽油機(jī)采用重力勢能平衡的原理，對其進(jìn)行了平衡設(shè)計，平衡效果較常規(guī)抽油機(jī)有了明顯的

2、改善。抽油桿采用抗拉強(qiáng)度高，密度小的碳纖維連續(xù)抽油桿，減輕了重量，增加了抽油量，但碳纖維抽油桿不能受到壓力作用。與一般抽油機(jī)相比，單滾筒超長沖程抽油機(jī)具有沖程長，采油效率高，動載荷小，適于開采稠油及深井采油，發(fā)展長沖程抽油機(jī)對當(dāng)前老油田高含水井后期的開采減緩產(chǎn)量遞減速度，開采稠油、低滲透等油田的“難動用儲量”，以及沙漠油田深井及超深井的機(jī)械開采等，都是有一定的現(xiàn)實意義的。本抽油機(jī)的使用將會使我國許多油田在增加原油產(chǎn)量的同時降低耗能，有著

3、十分重要的意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：6型；單滾筒；碳纖維桿；超長沖程；抽油機(jī)</p><p>　　Design and analysis of 6 type solitary Roller exceed Long-Stroke Pumping Unit</p><p>　　Abstract：To better achive long-stroke pump

4、ing unit with the purpose of meeting the requirements of oil field technology, the unit uses KCT family transduce varying speed motor, which can be achieved in the frequency of positive and negative without soft-starter

5、motor positive controlto ,then have the stability improvement.And the unit using the principle of detailed balance of gravitational potential energy ,the balance effect compares the conventional unit to have the distinct

6、 improvement. Its </p><p>　　Key words:Type6；Solitary roller；Exceed longer-stroke；Pumping unit；</p><p>　　Carbon fiber pole</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>

7、;　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 國內(nèi)外抽油機(jī)的發(fā)展歷史1</p><p>　　1.2 長沖程抽油機(jī)的分類1</p><p>　　1.3 長沖程抽油機(jī)的優(yōu)點2</p><p>　　1.3.1 長沖程抽油機(jī)的優(yōu)點2</p><p>　　1.3.2 主要用途4<

8、;/p><p>　　1.4 長沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展方向5</p><p>　　1.4.1 國內(nèi)長沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢5</p><p>　　1.4.2 國外長沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢6</p><p>　　1.4.3 長沖程抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展方向7</p><p>　　2 平衡能量計算及平衡裝

9、置的設(shè)計9</p><p>　　2.1 平衡能量的計算9</p><p>　　2.1.1 原始數(shù)據(jù)9</p><p>　　2.1.2 井深計算9</p><p>　　2.1.3 電動機(jī)上下沖程時功率計算11</p><p>　　2.2 平衡重計算及平衡裝置的設(shè)計12</p><

10、p>　　3.油機(jī)起升裝置電動機(jī)的選擇14</p><p>　　3.1 電動機(jī)的選擇14</p><p>　　3.1.1 起升功率的計算14</p><p>　　3.1.2 傳動裝置的總功率14</p><p>　　3.1.3 確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速15</p><p>　　3.2 傳動參數(shù)的計算16

11、</p><p>　　3.2.1 計算總傳動比16</p><p>　　3.2.2 分配減速器的各級傳動比17</p><p>　　4 傳動裝置的設(shè)計20</p><p>　　4.1 帶傳動的設(shè)計20</p><p>　　4.1.1 確定計算功率20</p><p>　　4.

12、1.2 選取V帶的帶型20</p><p>　　4.1.3 驗算V帶的速度20</p><p>　　4.1.4 確定V帶基準(zhǔn)長度L1和中心距a20</p><p>　　4.1.5 帶輪包角21</p><p>　　4.1.6 V帶跟數(shù)設(shè)計21</p><p>　　4.2 帶輪的設(shè)計21</

13、p><p>　　4.2.1 作用在帶輪軸上的壓力22</p><p>　　4.2.2 作用在軸上的壓力22</p><p>　　4.2.3 帶輪寬度22</p><p>　　4.3 高速級齒輪傳動設(shè)計及校核22</p><p>　　4.3.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)22</p>&l

14、t;p>　　4.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計22</p><p>　　4.3.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計24</p><p>　　4.3.4幾何尺寸計算25</p><p>　　4.4 低速級齒輪傳動設(shè)計及校核25</p><p>　　4.4.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)26</p><p>　　4.4

15、.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計26</p><p>　　4.4.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計27</p><p>　　4.4.4幾何尺寸計算29</p><p>　　4.5 軸的設(shè)計29</p><p>　　4.5.1 Ⅰ軸的設(shè)計及相關(guān)鍵的設(shè)計29</p><p>　　4.5.2 Ⅱ軸的設(shè)計及相關(guān)鍵的設(shè)計30<

16、;/p><p>　　4.5.3 Ⅲ軸的設(shè)計及相關(guān)鍵的設(shè)計30</p><p>　　4.5.4 大滾筒軸的設(shè)計及相關(guān)鍵的設(shè)計31</p><p>　　4.6 軸的校核32</p><p>　　4.6.1 求低速級大齒輪上的力32</p><p>　　4.6.2 求軸上的載荷32</p>&l

17、t;p>　　4.6.3 總彎距的計算33</p><p>　　4.6.4 畫出合力矩彎矩圖34</p><p>　　4.6.5 按彎距扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度34</p><p>　　4.7 機(jī)體的設(shè)計35</p><p>　　4.8 減速器軸承的設(shè)計35</p><p>　　4.8.1 軸承材

18、料的選擇36</p><p>　　4.8.2 Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸、Ⅳ軸軸承型號的選擇36</p><p>　　4.9 減速器潤滑系統(tǒng)的設(shè)計36</p><p>　　4.10 滾筒的設(shè)計36</p><p>　　4.11 支架的設(shè)計36</p><p>　　5 碳纖維抽油桿性能特點及應(yīng)用前景37<

19、;/p><p>　　6 經(jīng)濟(jì)性評估39</p><p><b>　　7設(shè)計小結(jié)40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 國內(nèi)外抽油機(jī)的發(fā)展歷史<

20、/p><p>　　抽油機(jī)是構(gòu)成三抽設(shè)備體系（抽油機(jī)，抽油桿，抽油泵）的主要組成部分。在抽油機(jī)的驅(qū)動下，通過抽油桿帶動抽油泵上下往復(fù)運(yùn)動，實現(xiàn)無自噴能力抽油井機(jī)械采油。</p><p>　　抽油機(jī)的生產(chǎn)和使用由來已久，迄今已有百年歷史。應(yīng)用最早，普及最廣闊的屬游梁式抽油機(jī)，早在120年前就誕生了，至今在世界各產(chǎn)油國中仍在大面積地廣泛使用。目前，美國擁有40萬臺，我國擁有2.5萬臺。一百多年來，游

21、梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)和原理沒有實質(zhì)性變化。機(jī)構(gòu)簡單，可靠性高，耐久性好，使用，維修，保養(yǎng)方便，是其力久不衰的根本原因。但是，隨著許多油田逐漸進(jìn)入開采的中后期，油田含水不斷上升，動液面不斷下降，出現(xiàn)水淹，甚至強(qiáng)水淹現(xiàn)象，而新油田的開采也有不斷增加產(chǎn)層深度的趨勢，這就使機(jī)采井下泵深度不斷增加。為保證油井產(chǎn)量，需要加大抽油機(jī)的懸點載荷，從而導(dǎo)致抽油桿彈性變形加著，造成嚴(yán)重的沖程損失。補(bǔ)償方法則依賴于加大抽油機(jī)的沖程長度和懸點載荷。對于高含水油井及抽

22、油井，高油氣水井，多蠟井以及深抽井的開采，亦需要加大抽油機(jī)的沖程長度和懸點載荷。10年以來，各種形式的無游梁長沖程抽油機(jī)不斷投入生產(chǎn)，使有桿抽油技術(shù)有了突破性進(jìn)展。目前，國內(nèi)外至少有15家公司制造無游梁式長沖程抽油機(jī)，產(chǎn)品多大50多種，最大功率達(dá)到225馬力，最大懸點載荷大22.7噸，最大沖程長度大24.4米。</p><p>　　我國抽油機(jī)發(fā)展已有30多年的歷史。50年代以進(jìn)口為主，修配為輔，主要是蘇聯(lián)CKH常

23、規(guī)型游梁式抽油機(jī)。60年代至70年代，在仿制蘇聯(lián)的基礎(chǔ)上制造常規(guī)型的游梁式抽油機(jī)。1975年以后，制訂并完善了國產(chǎn)抽油機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。80年代抽油機(jī)實現(xiàn)了全部國產(chǎn)化，不僅滿足自給，而且有部分出口。在此期間，我國抽油機(jī)技術(shù)有了飛躍發(fā)展，瞄準(zhǔn)世界最先進(jìn)水平，等效或部分采用美國API標(biāo)準(zhǔn)，并引進(jìn)美國拉夫金公司先進(jìn)技術(shù)。蘭州石油化工機(jī)器廠，寶雞石油機(jī)械廠，蘭州通用機(jī)械廠，江漢石油總機(jī)廠，石油部第二機(jī)械廠，第三機(jī)械廠，第四機(jī)械廠，先后獲得API加工會

24、標(biāo)使用許可，從而使國產(chǎn)抽油機(jī)躋身世界先進(jìn)行列，打入國際市場。</p><p>　　目前，國內(nèi)抽油機(jī)生產(chǎn)上家多大20多家。前置型和偏置型游梁式抽油機(jī)亦有較大發(fā)展。研制中的還有繩索滑輪式，旋轉(zhuǎn)驢頭式，大輪式等新型游梁式長沖程抽油機(jī)。與此同時，無梁式抽油機(jī)發(fā)展十分迅速。1965年誕生了鏈條抽油機(jī)，1984年有試制出滑輪增距式抽油機(jī)，研制中的還有鏈條增程式長沖程抽油機(jī)，擺輪增程式長沖程抽油機(jī)，齒輪增程式長沖程抽油機(jī)等。&

25、lt;/p><p>　　1.2 長沖程抽油機(jī)的分類</p><p>　　縱觀國外各種長沖程抽油機(jī)。大致可分為增人沖程游梁抽油機(jī)、增大沖程無游梁抽油機(jī)和長沖程無游梁抽油機(jī)硯種類型。</p><p><b>　　增大沖程游梁抽油機(jī)</b></p><p>　　利用各種機(jī)構(gòu)或元件的運(yùn)動特性和工作原理增大游梁抽油機(jī)的沖程長度，稱為

26、增大沖程游梁抽油機(jī)。這里應(yīng)當(dāng)指出；利用抽油桿的超沖程也能增大抽油泵沖程長度；利用增大沖程機(jī)構(gòu)直接與抽油泵組合，也能增大抽油泵沖程長度，抽油機(jī)的沖程長度.不改變。這兩種增大沖程的方法均不屬于增大沖程抽油機(jī)。國外增大沖程抽油機(jī)有美國Kincaid沖程倍增抽油機(jī)；英國增大沖程游梁抽油機(jī)；原蘇聯(lián)增大沖程游梁抽油機(jī)；美國Lufkin公司游頭抽油機(jī)等。</p><p>　　2 增大沖程無游梁抽油機(jī)</p>&

27、lt;p>　　利用各種機(jī)構(gòu)或元件的運(yùn)動特性和工作原理增人無游梁抽油機(jī)的沖程長度，稱為增大沖程無游梁抽油機(jī)。例如：美國Lowjack低矮型增大沖程無游梁抽油機(jī)等。</p><p>　　3 長沖程無游梁抽油機(jī)</p><p>　　長沖程無游梁抽油機(jī)的特點是；沒有游梁、不采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)換向、也不采用增大沖程機(jī)構(gòu)、利用抽油機(jī)本身機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性，實現(xiàn)長沖程抽油，也稱為超長沖程無游梁抽油機(jī)。&

28、lt;/p><p>　　該抽油機(jī)有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)型式：</p><p>　?、?立式長沖程無游梁抽油機(jī)抽油機(jī)所有設(shè)備均置地面上，一般為機(jī)架立式結(jié)構(gòu)型式，占地面積較小，但占用空間高度較大。例如；美國ROTAFLEX長沖程低沖次抽油機(jī)；法國Mape長沖程無游梁抽油機(jī)；Dynovation公司長沖程無游梁從式井抽油機(jī)等。</p><p>　?、?臥式長沖程無游梁抽油機(jī)

29、 抽油機(jī)主要設(shè)備置于地面上，平衡裝置于地下套管之中，一般為臥式結(jié)構(gòu)型式，占地面積和占用空間高度較小。例如：美國Western Gear Co長沖程無游梁液壓抽油機(jī)；美國National Supply Co，長沖程無游梁鏈條傳動抽油機(jī)等。</p><p>　　1.3 長沖程抽油機(jī)的優(yōu)點 </p><p>　　1.3.1 長沖程抽油機(jī)的優(yōu)點</p><p>　　隨

30、著油田逐漸進(jìn)入開發(fā)中后期，油井含水比例不斷上升，動液面不斷下降，油井出現(xiàn)水淹甚至強(qiáng)水淹現(xiàn)象。新區(qū)開發(fā)也有不斷增大產(chǎn)曾深度的趨勢，使機(jī)采油井的泵掛深度不斷增加，為保證油井產(chǎn)量則需加大抽油機(jī)的懸點載荷，從而導(dǎo)致抽油機(jī)彈性變形加重，造成嚴(yán)重的沖程損失。補(bǔ)償?shù)姆椒▊?cè)依賴于加大抽油機(jī)的沖程長度，對于高含水井、抽油井、深油井等更需要加大抽油機(jī)的懸點載荷和沖程長度。游梁式抽油機(jī)，尤其是常規(guī)型抽油機(jī)難以實現(xiàn)長沖程和大載荷，因此各種型式的無游梁式抽油機(jī)相

31、繼問世，使有桿式機(jī)械采油技術(shù)有了突破性進(jìn)展。</p><p>　　各種長沖程抽油機(jī)的抽油實踐表明，具有以下七個主要優(yōu)點,現(xiàn)分列如下：</p><p>　　1 提高采油效率、增加石油產(chǎn)量</p><p>　　采用長沖程抽油方式.抽油泵柱塞的實際沖程長度減少的比率較小，提高了抽油泵的排量系數(shù)和充滿系數(shù)，有利于提高采油效率、增加石油產(chǎn)髦、降低采油成本。</p>

32、;<p>　　據(jù)報導(dǎo)、采用鋼質(zhì)抽油桿抽油時，由于油骨和抽油桿之問的彈性伸縮作用結(jié)果，對抽油泵的實際沖程和泵效有較大的影響。在一般下泵深度范圍內(nèi)，兩者相差。 0.8~1.5m在最深時可達(dá)l.3~2.1m二如果沖程長度較小，沖程損失比例更人，抽油泵的泵效更低。如果改用長沖程抽油方式可以提高抽油機(jī)的沖程利用率。例如：沖程長度從3.3m 增加到5m時，平均沖程利用率可以增加11.9%，在最深時可以增加17.5%。所以，采用長沖程抽

33、油方式抽油泵柱塞的實際沖程長度減少的比率較小，增加抽油泵的泵效、提高石油產(chǎn)量。</p><p>　　另據(jù)報導(dǎo)，采用長沖程抽油方式，提高抽油泵的泵效達(dá)到10%~25%，提高石油產(chǎn)量10%~50%，提高抽汲能力達(dá)20%~40%。</p><p>　　再據(jù)報導(dǎo)，美國加里福尼亞一口油井原采用2.1m沖程長度常規(guī)游梁抽油機(jī)。石油產(chǎn)量為13.4m3/d；后來改用長沖程無游梁抽油機(jī)，沖程長度為10m。石

34、油產(chǎn)一學(xué)增加到33m3/d，石油產(chǎn)最增加了146.2%。</p><p>　　2 提高抽油桿和抽油泵的使用壽命</p><p>　　長沖程抽油機(jī)均采用長沖程、低沖次抽油方式，可以減少抽油桿和油管之間的機(jī)械磨損。</p><p>　　據(jù)報導(dǎo)，采用長沖程，低沖次抽油方式，可提高抽油桿使用壽命達(dá)4~5倍；另據(jù)報導(dǎo)，采用長沖程、低沖次抽油方式.可以減少抽油泵的機(jī)械磨損、磨

35、損較均勻，提高抽油泵的使用壽命。</p><p>　　3 排量穩(wěn)定、動載荷小、事故少</p><p>　　長沖程無游梁抽油機(jī)采用長沖程、低沖次抽油方式，在一個上或下沖程過程中、分為恒速運(yùn)動部分和接近與離開上下死點的減速與加速運(yùn)動兩個部分，恒速運(yùn)動時問較長，石油排量較穩(wěn)定。抽油機(jī)和抽油系統(tǒng)的動載荷較小，減少抽油桿斷脫事故和抽油系統(tǒng)事故。增加了抽油機(jī)的可靠性。此外，長沖程無游梁抽油機(jī)減速器的

36、扭矩只有同樣沖程長度和沖次常規(guī)抽油機(jī)的16%~33%，有利于提高抽油機(jī)的使用壽命、延長免修期，減少發(fā)生井下事故。</p><p>　　4 抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、疲勞應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)減少</p><p>　　長沖程抽油機(jī)采用長沖程、低沖次抽油方式，抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)、噪音也較小，減少了抽油機(jī)載荷、疲勞應(yīng)力及抽油機(jī)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，有利于提高抽油機(jī)和抽油系統(tǒng)的使用可靠性。</p><p

37、>　　5 抽油機(jī)平衡效果較好</p><p>　　長沖程抽油機(jī)利用各種平衡方法可以實現(xiàn)較精確的半衡效果。節(jié)約更多的動力消耗，提高了抽油機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，降低了采油成本，具有較好的使用經(jīng)濟(jì)性二此外，由于可以實現(xiàn)抽油機(jī)較精確的平衡效果，抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)、噪音更小。</p><p>　　6 抽油機(jī)具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)</p><p>　　與常規(guī)及增大沖程抽油機(jī)

38、相比。長沖程無游梁抽油機(jī)結(jié)構(gòu)較簡單、零部件較少、制造裝配簡單方便、運(yùn)動環(huán)節(jié)較少、機(jī)械傳動效率較高，成本較低.具有較好的抽油機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。</p><p>　　7 抽油機(jī)具有較高的適應(yīng)性能</p><p>　　長沖程抽油機(jī)的沖程長度與沖次均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)各種油井工。況參數(shù)經(jīng)濟(jì)、合理的匹配，充分發(fā)展長沖程抽油機(jī)的效能。還可以實現(xiàn)抽油機(jī)和油井最佳匹配運(yùn)行，具有較高的適應(yīng)性能，此外，據(jù)報導(dǎo)長

39、沖程抽油機(jī)還可以防止結(jié)蠟，可減少消蠟作業(yè)。使用非常方便。</p><p>　　長沖程抽油機(jī)可以實現(xiàn)最大限度地滿足采油一藝發(fā)展的需要口當(dāng)沖數(shù)一定時。采用長沖程小泵提液抽汲方式，可不采用抽油桿脫接器、達(dá)到提高石油產(chǎn)量的目的，使用很方便。</p><p>　　長沖程無游梁抽油機(jī)還可以解決采用大泵提液時常規(guī)抽油機(jī)無法進(jìn)布了環(huán)空測試問題，可以錄取井下資料和進(jìn)行油并動態(tài)分析。</p>&

40、lt;p>　　1.3.2 主要用途</p><p>　　抽油實踐表明，長沖程抽油機(jī)具有以下五個方面的用途：</p><p>　　1 適用干小泵深抽采油工藝</p><p>　　對于低壓油田，可采用小泵深抽采油工藝提高石油產(chǎn)量。長沖程抽油機(jī)可以滿足小泵深抽采油的藝要求，更經(jīng)濟(jì)有效地開采石油。</p><p>　　2 適用于大泵提液

41、采油工藝</p><p>　　采用大泵提液可以提高石油產(chǎn)量。長沖程抽油機(jī)不僅可以滿足大泵提液采油工藝的需要，而且還可以進(jìn)行環(huán)空測試、錄取并下資料和進(jìn)行油井動態(tài)分析。常規(guī)抽油機(jī)在大泵提液時是無法進(jìn)行環(huán)空測試的。</p><p>　　3 適用于開采各種特殊石油</p><p>　　長沖程抽油機(jī)適用開采含氣（H2S、CO2、O2）石油、含砂石油、含石灰石油、含蠟石油、含

42、水石油等各種特殊石油。</p><p>　　4 適用于各種油井開采石油</p><p>　　長沖程抽油機(jī)適用于深井、定向井、叢式井、斜井、海洋井、沙漠并、北極并開采石油。具有較好的抽油性能和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　發(fā)展無游梁長沖程抽油機(jī)是當(dāng)務(wù)之急：</p><p>　　⑴ 近幾年來，我國油井?dāng)?shù)量急劇增多，用常規(guī)游梁抽油機(jī)開發(fā)稠油，

43、采油量、泵效、耗能、采油成本等各項技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差，因而阻礙了常規(guī)游梁抽油機(jī)的技術(shù)發(fā)展。為更經(jīng)濟(jì)、更合理地開發(fā)我國稠油資源，必須大力開發(fā)我國的無游梁長沖程抽油機(jī)。</p><p>　?、?對于低壓油田，可采用小泵深抽的方法提高原油產(chǎn)量。目前在勝利、江蘇.華北、中原等油田應(yīng)用深抽技術(shù)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。為滿足小泵深抽的需要，我國急需發(fā)展大載荷長沖程抽油機(jī)。</p><p>　　⑶ 目

44、前我國的長沖程抽油機(jī)還不能完全滿足我國油田開采的需要，長沖程抽油機(jī)正處于發(fā)展階段，品種與規(guī)格不全，使用數(shù)量不多。因此需要大力發(fā)展新型長沖程抽油機(jī)。</p><p>　　長沖程抽油機(jī)的主要特點是沖程較長、沖次較低。一般認(rèn)為沖程長度等于或超過6米時稱為長沖程?？偟膩碚f，長沖程抽油機(jī)的優(yōu)點可以總結(jié)為7點： (1) 提高采油效率，增加石油產(chǎn)量，(2) 減少磨損，提高抽油桿和抽油泵的壽命，(

45、3) 排量穩(wěn)定，動載荷小，事故少，(4) 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抗疲勞性好，(5) 平衡效果好，(6) 具有較好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，(7) 具有較好的適應(yīng)性能。</p><p>　　綜上所述可見，長沖程抽油機(jī)具有減小沖程損失、提高系統(tǒng)效率、延長機(jī)桿泵使用壽命、減少故障及提高整機(jī)運(yùn)行質(zhì)量等優(yōu)點。因此，發(fā)展長沖程抽油機(jī)對當(dāng)前老油田高含水井后期的開采減緩產(chǎn)量遞減速度，開采稠油、低滲透等油田的“難動用儲量”，以及沙漠油田深

46、井及超深井的機(jī)械開采等，都是有一定的現(xiàn)實意義的。</p><p>　　1.4 長沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展方向</p><p>　　在世界范圍內(nèi)，研究開發(fā)與應(yīng)用抽油機(jī)已有100多年的歷史。在這百余年的采油實踐中，采油機(jī)發(fā)生了很大的變化，特別是近20年來，世界抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，先后研究開發(fā)了多種新型抽油機(jī)。其特點是：增強(qiáng)了抽油機(jī)的適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性；改善了抽油性能，降低了抽

47、油載荷與載荷變化范圍，提高了抽油效率，減少了動力消耗；提高了抽油機(jī)平衡效果，改善了抽油機(jī)的運(yùn)動特性、動力特性與平衡特性；增大了抽油機(jī)的使用范圍，減小了抽油機(jī)的體積和質(zhì)量，強(qiáng)化了抽油機(jī)自動化與智能化程度?？傊?，抽油機(jī)的各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到了有史以來的最高水平。目前抽油機(jī)正朝著大型化、低耗能、精確平衡、高適應(yīng)性、長沖程無游梁、自動化和智能化方向發(fā)展。</p><p>　　目前長沖程抽油機(jī)可分為：增大沖程抽油機(jī)：⑴

48、增大沖程抽油機(jī)，⑵ 增大沖程無游梁抽油機(jī)。長沖程無游梁抽油機(jī)：⑴ 立式長沖程無游梁抽油機(jī)，⑵臥式長沖程無游梁抽油機(jī)。</p><p>　　1.4.1 國內(nèi)長沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢</p><p>　　目前，我國東部油區(qū)已進(jìn)人開采的中、后期，需要大載荷、長沖程、低沖次的抽油機(jī)。一般抽油機(jī)的整機(jī)尺寸會隨著沖程及載荷的增大而增大。滾筒式抽油機(jī)則不然，沖程增大，僅影響支架高度，對其它外形

49、尺寸的影響相對較小。滾筒式抽油機(jī)是實現(xiàn)長沖程的一種較理想的機(jī)型。早在60年代，國外文獻(xiàn)[27]及產(chǎn)品樣本[28]中已有滾筒式抽油機(jī)的介紹。我國從80年代中后期開始研究、開發(fā)這種機(jī)型，并有一些樣機(jī)在油田試驗，積累了一定的經(jīng)驗。</p><p>　　目前困擾該機(jī)型發(fā)展和推廣的主要問題有：</p><p>　?、?所用柔性件(鋼絲繩)的使用壽命太短，⑵缺少適合我國國情的可靠的換向機(jī)構(gòu)[1]。&

50、lt;/p><p>　　近年來，我國新型抽油機(jī)有了很大的發(fā)展，在我國開發(fā)的諸多抽油機(jī)中，長沖程抽油機(jī)占有很大的比例，品種最多，技術(shù)發(fā)展最快，先后出現(xiàn)了各種各樣的長沖程抽油機(jī)，并在抽油實踐中取得了較好的效果。我國各油田都需要長沖程抽油機(jī)，所以長沖程抽油機(jī)已成為我國抽油機(jī)發(fā)展的主流和方向。根據(jù)技術(shù)發(fā)展預(yù)測：在今后很長一段時間內(nèi)，長沖程抽油機(jī)仍將是我國抽油機(jī)發(fā)展的主流方向，還會有更大的技術(shù)發(fā)展。</p>&l

51、t;p>　　發(fā)展我國新型無游梁長沖程抽油機(jī),有以下三個途徑：</p><p>　?、?引進(jìn)國外制造技術(shù) </p><p>　　引進(jìn)國外先進(jìn)的制造技術(shù),這種方法比較穩(wěn)妥,上得快,成功率高，但是我國目前資金不足,國內(nèi)技術(shù)力量和制造能力均較強(qiáng),不宜從國外引進(jìn)無游梁長沖程抽油機(jī)的制造技術(shù)。</p><p>　?、?按國外最先進(jìn)的產(chǎn)品進(jìn)行仿制</p>

52、<p>　　多年來,我國在仿制國外產(chǎn)品方面積累了經(jīng)驗關(guān)鍵是要通過周密的調(diào)研,確定仿制對象不能只憑國外資料和專利,還要根據(jù)國外產(chǎn)品的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益,進(jìn)行綜合分析, 作出訣策。</p><p>　　③ 自行設(shè)計與研制</p><p>　　自改革開放以來, 我國抽油機(jī)設(shè)計與研制的力量和水平有了很大提高，我國現(xiàn)有很多有實力的知名石油機(jī)械公司，完全有能力開發(fā)新一代的產(chǎn)品。</

53、p><p>　　1.4.2 國外長沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢</p><p>　　近年來，各國研究開發(fā)了各種新型抽油機(jī)，為更經(jīng)濟(jì)有效地開采石油做出了卓越貢獻(xiàn)。在新型抽油機(jī)中，長沖程抽油機(jī)品種最多，占有更大的比例，具有較好的抽油性能、提高石油產(chǎn)量、降低采油成本、提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點。根據(jù)技術(shù)發(fā)展預(yù)測結(jié)果，在今后很長一段時間內(nèi)，長沖程抽油機(jī)仍將是世界抽油機(jī)發(fā)展的主流和方向，長沖程抽油機(jī)將會有更大的

54、發(fā)展[15]。目前國外長沖程抽油機(jī)已廣泛應(yīng)用于稠油開采、小泵深抽采油工藝、大泵提液采油工藝以及開采各種特殊石油。</p><p>　　通過對國外各類長沖程抽油機(jī)進(jìn)行分析研究后，得出以下三點有關(guān)技術(shù)發(fā)展方向的結(jié)論：</p><p>　　<1> 增大沖程游梁抽油機(jī)是常規(guī)游梁抽油機(jī)的發(fā)展方向：由于增大沖程游梁抽油機(jī)具有提高采油效率、增加石油產(chǎn)量、降低采油成本等優(yōu)點，所以是常規(guī)游梁抽

55、油機(jī)的發(fā)展方向。</p><p>　　<2> 增大沖程無游梁抽油機(jī)是增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向：增大沖程游梁抽油機(jī)是在游梁抽油機(jī)的基礎(chǔ)上增加了增大沖程的機(jī)構(gòu)，仍然保留著游梁抽油機(jī)的某些缺點，各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不可能有顯著的改善和提高。增大沖程無游梁抽油機(jī)徹底擺脫了游梁抽油機(jī)的某些缺點，具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可大幅度的提高抽油機(jī)運(yùn)動特性、動力特性和平衡特性，所以增大沖程無游梁抽油機(jī)是增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展

56、方向。</p><p>　　<3> 長沖程無游梁抽油機(jī)是長沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向：與增大沖程抽油機(jī)相比較，長沖程無游梁抽油機(jī)使用現(xiàn)代采油工藝發(fā)展的需要，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，顯著提高了抽油機(jī)的運(yùn)動特性，不需要增大沖程機(jī)構(gòu)，傳動效率較高，桿件受力較好，而且還可以實現(xiàn)超長沖程抽油。這種沖程是增大沖程抽油機(jī)無法實現(xiàn)的，所以長沖程無游梁抽油機(jī)優(yōu)越于增大沖程抽油機(jī)。為此，長沖程無游梁抽油機(jī)是長沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向。

57、</p><p>　　總之世界長沖程抽油機(jī)將會有很大的技術(shù)發(fā)展，其數(shù)量將會大幅度增加，長沖程機(jī)構(gòu)將更簡單、有效，壽命更長[12]。</p><p>　　1.4.3 長沖程抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展方向</p><p>　　國外各類長沖程抽油機(jī)進(jìn)行分析研究后.得出以下二點有關(guān)技術(shù)發(fā)展方向的結(jié)論：</p><p>　　1 增大沖程游梁抽油機(jī)是常規(guī)游梁抽油

58、機(jī)的發(fā)展方向：由于增大沖程游梁抽油機(jī)具有提高采油效率、增加石油產(chǎn)量、降低采油成本等優(yōu)點，所以是常規(guī)游梁抽油機(jī)的發(fā)展方向。</p><p>　　2 增大沖程無游梁抽油機(jī)是增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向：增火沖程游梁抽油機(jī)是在游梁抽油機(jī)的基礎(chǔ)上，增加了增大沖程機(jī)構(gòu)，仍然保留著游梁抽油機(jī)的某些缺點，各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不可能有顯著的改善和提高。增大沖程無游梁抽油機(jī)徹底擺脫了游梁抽油機(jī)某些缺點，具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可大幅度地

59、提高抽油機(jī)運(yùn)動特性、動力特性與平衡特性，所以增大沖程無游梁抽油機(jī)是增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向。</p><p>　　3 長沖程無游梁抽油機(jī)是長沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向：與增大沖程抽油機(jī)(增大沖程游梁抽油機(jī)和增大沖程無游梁抽油機(jī))相比較，長沖程無游梁抽油機(jī)適應(yīng)現(xiàn)代采油工藝發(fā)展的需要，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，顯著地提高了抽油機(jī)的運(yùn)動特性、動力特性和平衡特性，不需要增大沖程機(jī)構(gòu)，傳動效率較高，桿件受力較好，而且還可以實現(xiàn)超長沖程

60、抽油，例如沖程長度可達(dá)15~30m，這種沖程是增大沖程抽油機(jī)無法實現(xiàn)的，所以長沖程無游梁抽油機(jī)優(yōu)越于增大沖程抽油機(jī)為此，長沖程無游梁抽油機(jī)是長沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向，由參考文獻(xiàn)[14]。</p><p>　　2 平衡能量計算及平衡裝置的設(shè)計</p><p>　　1--小帶輪，2--V帶，3--大帶輪，4--傳動軸，5--滾筒軸，6--聯(lián)軸器，7--低速機(jī)齒輪，8--高速級齒輪，9--電動機(jī)

61、。</p><p>　　圖2.1 傳動裝置原理圖</p><p>　　2.1 平衡能量的計算</p><p>　　2.1.1 原始數(shù)據(jù)</p><p><b>　　懸點載荷：60KN</b></p><p>　　沖程：10～30 m</p><p>　　起下速度：15

62、～20 m/min</p><p>　　適用碳桿規(guī)格：φ32mm×4.2mm</p><p>　　產(chǎn)出液密度：860.27Kg/m3(以大慶混合原油為例)</p><p>　　2.1.2 井深計算</p><p>　　Pmax_________懸點最大載荷</p><p><b>　　（2—1）&

63、lt;/b></p><p>　　_________抽油桿自重 </p><p><b>　　（2—2）</b></p><p>　　_________抽油桿在油中的自重 </p><p><b>　?。?—3）</b></p><p>　　_________油管內(nèi)，柱

64、賽上的油柱重</p><p><b>　　（2—4）</b></p><p>　　_________油井中動液面以上斷面積等于柱塞面積的油柱重</p><p><b>　?。?—5）</b></p><p>　　L————下泵深度 </p><p>　　S————懸點沖程長度

65、 S=10~30m</p><p>　　n————懸點沖程次數(shù) n=v/s=（15~20）/2/（10～30)=0.25~1次/分鐘[2]</p><p>　　沉沒度過小，會降低泵的充滿系數(shù)，沉沒度過大，會增加抽油機(jī)的負(fù)荷。通過實踐摸索即使油的粘度很大，克服原油在井筒內(nèi)運(yùn)動的全部阻力不超過一個大氣壓，所以一般沉沒度為30~50米；重質(zhì)粘度大的井不少于50米；原油含氣大的井不

66、少于80~100米；如不含氣的輕質(zhì)原油的井，沉沒度有20米即可，因為超長沖程抽油機(jī)一般用于稠油，低滲透油井的開采，為了安全起見認(rèn)為油井中有油氣所以油井的沉沒度取不少于50米。</p><p>　　泵的沉沒深度 =60m</p><p>　　產(chǎn)出液密度 =860.27kg/m3</p><p><b>　　抽油桿伸長量</b&

67、gt;</p><p><b>　　抽油管伸長量</b></p><p>　　抽油泵的柱塞泵筒位移</p><p>　　鋼制抽油桿規(guī)格 φ22(16~28取中間型號)</p><p>　　抽油管橫截面面積 =1.018×10-3m2</p><p&

68、gt;　　因?qū)τ趩螡L筒式抽油機(jī)碳纖維桿達(dá)到2/3也可以保證安全，所以初取取碳桿長度=0.6L，鋼制抽油桿=0.4L 。</p><p>　　碳纖維桿的密度=1.59×</p><p>　　=32×4.2×10-6×0.6L×1.59×103×9.8+ ×10-6×3.14×0.4L×

69、;8.52×103×9.8=13.95L</p><p>　　=×10-6×3.14×（L-60）×860.27×9.8</p><p>　　=20.75L-1245.252</p><p>　　=（34.7L-1245.252）(1+30/137</p><p>　　=4

70、2.30L-1517.93</p><p>　　由于已知懸點載荷 =60KN</p><p>　　60000=42.30L-1517.93</p><p>　　L=1454m 取L=1400</p><p>　　2.1.3 電動機(jī)上下沖程時功率計算</p><p>　　將上面計算得出的L值帶入：</p>

71、;<p>　　=32×4.2×10-6×700×（1.59×103-860.27）×9.8</p><p>　　+×10-6×3.14×700×（8.52×103-860.27）×9.8</p><p>　　=672.81+19964.24</p>

72、;<p>　　=20637.05N</p><p>　　=×10-6×3.14×（1400-60）×860.27×9.8 =27810.66N</p><p><b>　　（2—6）</b></p><p><b>　　=1.76m</b></p>

73、<p>　　上沖程期間抽油機(jī)對光桿負(fù)載所做的功： </p><p><b>　?。?—7）</b></p><p>　　=(20637.05+27810.66)×10-27810.66×</p><p>　　=484477.1-24473.381</p><p>　　=460003.7

74、19Nm</p><p>　　=(20637.05+27810.66)×30-27810.66×</p><p>　　=1453431.3-24473.381</p><p>　　=1428957.919Nm</p><p>　　下沖程期間抽油機(jī)對光桿負(fù)載所做的功： </p><p>

75、;<b>　?。?—8）</b></p><p>　　=20637.05×10+27810.66×</p><p>　　=230843.881Nm</p><p>　　=20637.05×30+27810.66×</p><p>　　=643583.881Nm</p>

76、<p>　　由于抽油機(jī)上下沖程時間相等根據(jù)沖程和起下速度的范圍確定時間在0.5～2min之間變化，初定在30s時的電動機(jī)功率故：t===30s。</p><p>　　上沖程期間抽油機(jī)輸出功率：</p><p>　　下沖程期間抽油機(jī)輸出功率：</p><p>　　2.2 平衡重計算及平衡裝置的設(shè)計</p><p>　　對于一般抽油

77、機(jī)，其載荷在上、下沖程時為不同的單向載荷。若不考慮平衡，那么在上沖程時，為了提起抽油桿柱和液柱，電動機(jī)需輸出很大的功率；在下沖程時，抽油桿依靠自重下落，對電動機(jī)做功，這時電動機(jī)處在發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。因此，抽油機(jī)必須很好地加以平衡，以均衡電動機(jī)在上下沖程所受的載荷，達(dá)到減小電機(jī)容量的目的。抽油機(jī)進(jìn)行平衡的方法為：在下沖程時，以一定速度將抽油桿的勢能和電動機(jī)的輸出能量儲存起來；在上沖程時，將這部分能量釋放出來，幫助電動機(jī)以一定速度提升抽油桿柱

78、和液柱，使電動機(jī)在上下沖程所受的載荷基本相等。</p><p>　　可以較方便地進(jìn)行儲存和釋放的能量形式有勢能和動能2種，這也是常用于抽油機(jī)平衡的能量形式。用勢能方式進(jìn)行平衡的有機(jī)械(配重)平衡和氣壓平衡，在理論上用彈簧的彈性勢能進(jìn)行平衡也是可能的，但實際中可能因結(jié)構(gòu)原因未見應(yīng)用。用動能方式進(jìn)行平衡的有飛輪平衡，由于飛輪儲能和放能是依靠飛輪轉(zhuǎn)速增大和減小實現(xiàn)的，因此必定有抽油機(jī)下沖程速度逐步增大，上沖程速度逐步減

79、小，這導(dǎo)致抽油機(jī)的速度控制缺乏靈活性，由參考文獻(xiàn)[14]。所以機(jī)械平衡和氣壓平衡是抽油機(jī)2種主要的平衡方法。經(jīng)過分析比較，配重平衡相對其他平衡而言，平衡效果好，而目容易實現(xiàn)，所以設(shè)計采用配重平衡。由參考文獻(xiàn)[17]。</p><p>　　所以本設(shè)計采用重力勢能平衡的方法，具體方法是在輸出軸上加一卷筒，用鋼絲繩懸掛平衡。由于能量一定，所以如果移動距離大，那么平衡重質(zhì)量就??；反之如果移動距離小，則平衡質(zhì)量就大，但當(dāng)平

80、衡重質(zhì)量太大時，鋼絲繩的強(qiáng)度要求就比較高，同時對軸徑要求也相應(yīng)的增大，經(jīng)濟(jì)計算分析，可確定移動平衡重移動距離20m，則平衡質(zhì)量：</p><p>　　上沖程： （2—9）</p><p>　　下沖程： （2—10）<

81、/p><p>　　(合5287Kg) (合 1762.4Kg)</p><p>　　平衡重質(zhì)量取中間值為3000kg。</p><p>　　3 油機(jī)起升裝置電動機(jī)的選擇</p><p>　　3.1 電動機(jī)的選擇</p><p>　　抽油桿需要在井口頻繁進(jìn)出，這樣就要求動力裝置和纏繞大盤都必須可以正反轉(zhuǎn)，即電動機(jī)必須可

82、以反轉(zhuǎn)或加換向裝置。電動機(jī)選擇的是K系列開關(guān)變頻調(diào)速電動機(jī)。它可以實現(xiàn)傳動的頻繁正反轉(zhuǎn)。此電動機(jī)的特點是：a,繞線轉(zhuǎn)子，自扇冷式，隔爆型。b,允許經(jīng)常起動及逆轉(zhuǎn)。</p><p>　　3.1.1 起升功率的計算</p><p>　　具參考文獻(xiàn)[3],初定滾筒半徑為750㎜。</p><p>　　卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速為： </p><p>　　因

83、平衡重質(zhì)量為3000kg，查資料的起重3000kg的載荷需要6×19型鋼絲繩直徑為12.5mm，安全系數(shù)取3.5,又因為滑輪直徑不小于鋼絲繩直徑的16倍，一般取50倍，所以初定連接平衡重滾筒的直徑800mm。</p><p>　　平衡重和碳桿在同一個軸上所以轉(zhuǎn)速相等4.25 r/min</p><p><b>　　懸點載荷：</b></p>&

84、lt;p><b>　　起下速度：</b></p><p><b>　　所以起升功率為： </b></p><p><b>　　平衡重所做的功率：</b></p><p><b>　　即起升功率：</b></p><p>　　3.1.2 傳動裝置的總

85、功率</p><p>　　這一功率由電動機(jī)帶動減速器來實現(xiàn)，則傳動裝置的總功率ηa應(yīng)為組成傳動裝置的各部分運(yùn)動副效率之乘積，參考文獻(xiàn)[1]即：</p><p>　　其中,,,,分別為每一傳動副（齒輪，蝸桿，帶式鏈），每對軸承每個聯(lián)軸器及滾筒的效率。</p><p>　　傳動副的效率數(shù)值可以按表選取，軸承和聯(lián)軸器的效率數(shù)值為：</p><p>

86、　　帶傳動的傳動效率 0.94～0.97</p><p>　　滾動軸承的傳動效率 0.98～0.995</p><p>　　齒輪得傳動效率 0.94～0.96</p><p>　　彈性聯(lián)軸器的傳動效率 0.99～0.995</p><p>

87、　　滾筒的傳動效率 ： 0.90</p><p>　　電動機(jī)到光桿負(fù)載傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率；</p><p>　　其中、、、、分別為帶傳動，軸承，齒輪傳動，聯(lián)軸器和滾筒的傳動效率。</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　3.1.3 確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速</p>&

88、lt;p>　　卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速為： </p><p>　　按參考文獻(xiàn)[4]P16-3表16-1-1推薦的傳動比的合理范圍。</p><p>　　取V帶傳動的傳動比：；</p><p>　　二級圓柱齒輪減速器的傳動比：；</p><p>　　則傳動比的合理范圍為：；</p><p>　　故電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：

89、。</p><p>　　6型單滾筒超長沖程抽油機(jī)的關(guān)鍵部分是需要抽油桿的上下往復(fù)運(yùn)動來實現(xiàn)抽油作業(yè)，而這就需要有某種換向機(jī)構(gòu)帶動抽油桿往復(fù)運(yùn)動，本次設(shè)計在這里選擇的是用可變向的電機(jī)來代替換向機(jī)構(gòu)，帶動抽油桿做往復(fù)運(yùn)動。變向電機(jī)選擇的是山東紅衛(wèi)電機(jī)股份有限公司的可變向開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)。</p><p>　　開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)是一種新穎的、性能價格比很高的、具有典型機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)的交流無級調(diào)速電

90、機(jī)。具有效率高、真正恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，啟動電流小，可頻繁正反運(yùn)行等優(yōu)點。</p><p>　　KCT系列開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)是山東紅衛(wèi)電機(jī)股份有限公司在多年推廣應(yīng)用SR系列開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)的基礎(chǔ)上，為了更適合調(diào)速市場的需要，而推出的第二代新系列產(chǎn)品。與SR系列電機(jī)相比，KCT 系列的性能指標(biāo)明顯提高，特別是噪聲振動的改進(jìn)有了重大突破，達(dá)到了Y系列異步電動機(jī)的噪聲水平。其優(yōu)良的調(diào)速特性可適用于各種調(diào)速機(jī)械，特別是其低啟動

91、電流大啟動轉(zhuǎn)矩的特點，使其真正具有了頻繁正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的優(yōu)點，在油田新型電氣換向式抽油機(jī)、龍門刨銑床等往復(fù)式機(jī)械上應(yīng)用，取消了原有的機(jī)械換向機(jī)構(gòu)，顯示另了無比的優(yōu)越性。 </p><p><b>　　主要特點： </b></p><p>　　1.啟動轉(zhuǎn)矩為額定值的150％，而啟動電流僅為額定值的30％，因此可頻繁起停和正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，起停次數(shù)可達(dá)到1000次/小時。</

92、p><p>　　2.可實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動、能量反饋四象限運(yùn)行。</p><p>　　3.效率高、損耗小；在整個寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)保持高效率運(yùn)行。</p><p>　　4.轉(zhuǎn)速精度和動態(tài)響應(yīng)較高，適合于經(jīng)濟(jì)數(shù)控機(jī)床等使用。</p><p>　　5.功率因數(shù)較高，接近于1.0。</p><p><b>　　其主要性能

93、如表：</b></p><p>　　表3.1 電動機(jī)性能表</p><p>　　電動機(jī)外形尺寸：長度；815mm寬度；525mm高度；475mm。</p><p>　　3.2 傳動參數(shù)的計算</p><p>　　3.2.1 計算總傳動比</p><p>　　在電動機(jī)上加一變頻調(diào)速器使其額定速度控制在要

94、求范圍內(nèi)。</p><p>　　變頻器（變頻調(diào)速器）是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻

95、率來達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　　變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。</p><

96、p>　　簡單來說就是用來調(diào)速控制電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速,選用易能DES1000-4T018G0220P，功率為22</p><p>　　EDS1000系列變頻器采用先進(jìn)的控制方式實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動，能夠滿足通用變頻器的各種要求。通過空間電壓矢量PWM控制和無速度傳感器矢量控制技術(shù)及電磁兼容性整體設(shè)計，滿足客戶對適用場所的大轉(zhuǎn)矩低噪音、低電磁干擾的環(huán)保要求。 </p><p>

97、　　1 采用進(jìn)口高耐壓半導(dǎo)體功率器件，具有更強(qiáng)大的抗高壓沖擊能力。</p><p>　　2 IGBT采用瑞士concept驅(qū)動電路方案，驅(qū)動更加可靠，運(yùn)行更穩(wěn)定。</p><p>　　3 輸入電壓允許在-20%~+15%之間波動，適就范圍更廣。</p><p>　　4 采用空間電壓矢量SVPWM控制。</p><p>　　5 主電路

98、強(qiáng)電走線均采用高壓雙絕緣導(dǎo)線，性能更安全可靠。</p><p>　　6 全封閉的獨立風(fēng)道式結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，更能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。</p><p>　　7 內(nèi)置自動穩(wěn)壓功能（AVR）和自動限流功能，更能有效保護(hù)設(shè)備的安全。</p><p>　　8 多達(dá)16段速控制功能，操作更加方便。</p><p>　　9 產(chǎn)品采用低溫升設(shè)計技術(shù)，更能持

99、久耐用。</p><p>　　10 具有RS485功能（可選），可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　根據(jù)電動機(jī)速度范圍初定電動機(jī)轉(zhuǎn)速，則總傳動比，、分別為帶傳動和減速器的傳動比，?。海瑒t減速器傳動比為：，</p><p>　　符合減速器的傳動比范圍。</p><p>　　3.2.2 分配減速器的各級傳動比</p><

100、p>　　按展開式布置，考慮潤滑條件，為使兩極大齒輪直徑相近，由展開式曲線查得：，則。</p><p>　　傳動裝置各軸的運(yùn)動及運(yùn)動參數(shù)：</p><p>　　為進(jìn)行傳動件的設(shè)計計算，要推算出各軸的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩（或功率），將傳動裝置各軸有高速至低速依次定為：Ⅰ軸，Ⅱ軸，Ⅲ軸，Ⅳ軸。</p><p>　　，，為相鄰的輸入功率（kw）</p><p

101、>　　，，為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩（Nm）</p><p>　　，, 為各軸的轉(zhuǎn)速 (r/min)</p><p>　　則可按電動機(jī)軸至工作機(jī)運(yùn)動傳遞路線推算，得到各個軸的運(yùn)動和動力參數(shù)：</p><p><b>　?、?各軸轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　-----電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速</p><p&g

102、t;　　-----電動機(jī)至工作軸的傳動比</p><p><b>　?、褫S： </b></p><p><b>　?、蜉S：</b></p><p><b>　?、筝S：</b></p><p>　?、?各軸輸入功率：</p><p><b>　

103、?、褫S：</b></p><p><b>　　Ⅱ軸：</b></p><p><b>　?、筝S：</b></p><p><b>　　卷筒軸：</b></p><p>　?、?各軸輸出功率 Ⅰ軸-----Ⅲ軸輸出功率分別為</p><p>

104、;<b>　　Ⅰ軸：</b></p><p><b>　?、蜉S：</b></p><p><b>　?、筝S：</b></p><p><b>　　卷筒軸：</b></p><p>　?、?各軸輸入轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　電動機(jī)

105、軸輸出轉(zhuǎn)矩由公式</p><p><b>　　得：</b></p><p><b>　　Ⅰ軸：</b></p><p><b>　?、蜉S：</b></p><p><b>　?、筝S：</b></p><p><b>　　卷

106、筒軸：</b></p><p>　?、褫S-----Ⅲ軸的輸出轉(zhuǎn)矩分別為輸入轉(zhuǎn)矩乘以軸承的效率：</p><p><b>　　數(shù)據(jù)歸納為下表：</b></p><p>　　表3.2 傳動裝置各軸運(yùn)動參數(shù)</p><p>　　4 傳動裝置的設(shè)計</p><p>　　4.1 帶傳動的設(shè)

107、計</p><p>　　已知電動機(jī)的型號為 KCT200L1-1000</p><p>　　額定功率為 18.5Kw</p><p>　　轉(zhuǎn)速為 50～1500r/min</p><p><b>　　帶傳動比i為 4</b></p><p>　　一天運(yùn)轉(zhuǎn)時間為 24小時</p>

108、;<p>　　4.1.1 確定計算功率</p><p>　　據(jù)參考文獻(xiàn)【5】查的 </p><p>　　計算功率為： （4—1）</p><p>　　4.1.2 選取V帶的帶型</p><p>　　根據(jù),和小帶輪轉(zhuǎn)速 n確定用V帶帶型。窄V帶能承受較大的預(yù)緊力，故選C型V帶。&

109、lt;/p><p><b>　　取 </b></p><p>　　4.1.3 驗算V帶的速度</p><p><b>　　由公式</b></p><p>　　帶速在5～25m/s范圍內(nèi)，帶速合適。</p><p>　　4.1.4 確定V帶基準(zhǔn)長度L1和中心距a<

110、/p><p><b>　　（4—2）</b></p><p><b>　　初取 </b></p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　　取基準(zhǔn)長度帶長 </b></p><p>　　計算中心距a及其變動范圍&l

111、t;/p><p><b>　　（4—3）</b></p><p>　　4.1.5 帶輪包角</p><p><b>　?。?—4）</b></p><p><b>　　所以合適</b></p><p>　　4.1.6 V帶跟數(shù)設(shè)計</p>

112、<p><b>　?。?—5）</b></p><p><b>　　查得 </b></p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　=（3.16+0.53）×0.988×0.97=3.15</p><p><b

113、>　　取整值根</b></p><p>　　4.2 帶輪的設(shè)計</p><p>　　4.2.1 作用在帶輪軸上的壓力</p><p>　　由公式 （4—6）</p><p><b>　　查表得</b></p><

114、;p><b>　　使實際初拉力大于</b></p><p>　　對于新安裝的V帶，初拉力，運(yùn)轉(zhuǎn)后為。</p><p>　　4.2.2 作用在軸上的壓力</p><p><b>　?。?—7）</b></p><p><b>　　=9728.17N</b></p&g

115、t;<p>　　4.2.3 帶輪寬度 </p><p>　　帶輪用鑄造的方法制造，選用鋼材 HT150。</p><p>　　4.3 高速級齒輪傳動設(shè)計及校核</p><p>　　4.3.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)</p><p>　?、?減速器工作速度不高，載荷一般，故選用8級精度。</p>

116、<p>　?、?因載荷不大，減速器需要雙向工作，所以選用直齒圓柱齒輪。</p><p>　?、?材料選擇：選小齒輪材料為40Cr調(diào)質(zhì)后表面淬火，48~55HRC，硬齒面。</p><p>　　選大齒輪材料為40Cr調(diào)質(zhì)后表面淬火，48~55HRC，硬齒面。</p><p>　?、?選小齒輪的齒數(shù)為30，大齒輪的齒數(shù)為30×7.4=222。

117、</p><p>　　4.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　由設(shè)計計算公式（4—8）進(jìn)行計算，即</p><p><b>　?。?—8）</b></p><p>　　確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p><b>　?、?試選載荷系數(shù)</b></p&

118、gt;<p>　?、?計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　?、?選取齒寬系數(shù)</b></p><p>　　④ 查的材料的影響系數(shù)為</p><p>　?、?按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。 </p><p>　　⑥ 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p&g

119、t;<p>　?、?接觸疲勞強(qiáng)度系數(shù)；</p><p>　?、?計算接觸疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失效概率為1%，安全系數(shù)，計算有</p><p><b>　　設(shè)計計算</b></p><p>　?、?計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值</p><p><b&

120、gt;　?、?計算圓周速度</b></p><p><b>　?、?計算齒寬</b></p><p>　?、?計算齒寬與齒高之比</p><p><b>　　模數(shù) </b></p><p><b>　　齒高 </b></p>&l