链条抽油机滚子链传动的设计计算.pdf

第1 8 卷第3 期 1 9 9 0 年 3月 石 油 机 械 Vo 1 1 8 No 3 C P M M a r 1 9 9 0 链条抽油机滚子链传动的设计计算 石油大 学陈 荣振 关键 词 链条 抽油机蘸子链传动 平衡 链设 计计算 链条抽油机是国内首创的一种无游梁式抽油设备 链条是这种抽油机的关键性 传 动 元 件 链条抽油机采用国产石油钻机传动滚子链 使用实践表明 这种链条能胜任传动工作 但 也发现 少数轨迹链 条有先 期破坏现象 本文针对L cJ 1 2 5 0 型抽油机 着重进行轨迹罐条和平衡链条的运动及承载分析 讨论其 设计计算方法 供 从事这方面工作的专家和工程技术人员参考 一 传 动原理及承载分 析 1 链条抽 油机基 本结 梅 链条 抽油机基本 结构如图1 所 示 2 传 动原理 电动机经胶带 减速箱驱动主动链轮4 经悬臂安装在机架1 2 J 的上链轮9 带动轨迹链 条5 作封闭环形运动 轨迹链条上有特殊链节6 其特殊绪构的链板带有销轴 销轴伸入滑块 7 销孔 中 能相对销孔转动 滑块可在往返架8 中左右滑动 钢 丝绳1 0 一端联结 在往 返架横 粱 上 另 一端绕过 天车 轮连接悬绳器1 9 平衡链条 1 6 一端 固结 在机架上 另一端绕过 平衡链轮 1 7 联结在往返架横梁上 主动链轮驱动轨迹链条运萌时 鲑特殊链节 滑块 可带动往返架沿导轨l 3 作垂向往复 运动 当特殊链节越过上链轮9 的上半圆周时 滑块随之 由右滑动至左j同理 当特殊 链 节 越过主动链轮 下半圆周时 滑块蓠之由盎滑动至右 惜蚶实现往返架上 F 遮动 的换 向 并 导致悬点 运动的换 向 平衡链条 1 6 随往 返架 运动 带 动平 衡链 轮1 7 驱动平衡柱塞1 5 起到气动平衡 作用 保持 电 动 机在悬点上 下冲程 中作功 基本相等 3 承戢分析 轨迹链条和平衡链条传动及承载分析见图2 图2 a 悬点上冲程 往返架下行 1 电动机 驱动轨迹链 条 傲功 A 匕 2 平衡系统 中气体 瞄胀 做功 o J 3 往返架 平衡链条下落 做功A 抽油杆柱 油柱被提升 消耗功 上 则 有t 上 电上 0 G 1 链 平 G 2 维普资讯 第3 期 链条抽 油机滚子链传动 的设 计计算 式 2 中 悬 点最 大载 荷 链 轨迹 链条拉力 平 平衡 链条 拉力 G一 一 运动件重 量总和 G G 架 壬 G链 G轮十G 塞 G架 往返架 总成重量 G链 G轮 G 分别为平衡链条 平衡链轮 平衡柱塞 白重 G为悬 点 额 定 载 荷 的6 8 图2 b 悬 点下 冲程 往返架上 行 1 抽油杆柱主动下 落 做 功 AT 2 电动机驱动轨迹 链 条 做 功 A 下 3 往返架被提升 耗功 e 4 柱塞上行 气体被压 缩 储 存 能量A o 则有 下 A 电下 A o A G 3 声 I 琏 平 G 4 式中 山 悬点最小载 荷 下冲 程 平衡的基本愿删是使电动机上 下冲程 做 功 相 等 醇 电 上 A F 由式 1 3 得 A o 士 上 下 一A 5 囿l 链奈 油扎塞奉结构示意圈 计算时 上 AT 可 利 用 静 1 电 动机 2 譬帚 传 3 戒 连 箱 4 主动 链轮 力示功图求得 A o 是气 动平衡 系 轨避链蒂 特球健节 r 滑块 往返架 统 设 计 参巍 特殊链节 运行一周 悬点完 成 l 7 平衙鞋 轮 1 8 羌抒 l 9 悬薄嚣 上冲程 和下 冲程 链 节O在CDE和 FAB段垂向速度是变化 的 并 分别在 D 点前 后完成 速度换 向 和常规链传动相比 链条张 紧和松弛变祀规律 略有不同 见 图2 但链轮齿 承 载 规律是相同的 轮齿承载面在换向前后并不变更 1 轨迹链条 链 轮转 速 n 二 链轮转速与链条速度 6 维普资讯 6 石 油 机 械 链 条 速 度 囊 硅 冲 m s 2 平衡甓 条 链条速度 第 1 8 卷 7 链轮 转速 l 据 6 RI 0 月链 有 墼 n 8 机 上式 中 L 链条节数 链轮齿数 1 月 一轨迹链轮节 圆半 径 轨迹链 轮角速 t 上冲程 b 下冲程 圈2 条竹遗动置承羲分析 4 主 砷 格 5 托蓬 鼍 t 7 嚣块 0 氍远束 9 上性轮 1 0 啊世 l 1 I 置 率格 I 1 4 平鲁缸 l l 5 平 鲁壮 誊F 1 7 平 舒 硅转 变 平衡链轮节圆半径I m 一 一 平锤链轮角莲度 对于LCn2 5 0 型抽油机 2 7 1月 0 2 1 8 7 m 工P 2 0 6 I 3 8 1月 O 3 0 7 6 m 口 H 计算结果 觅裹1 三 平衡链条设计计算 维普资讯 第3 期 链条抽油机滚子链传动的设计计算 7 平衡链条速度较低 拉力波动小 受力比较均匀 设计计算时 按最大计 算功率选择石油链条规格 按 最 大 拉力核算 静强度 1 气动平衡 系统压力0 0 O均 气动平衡系统中气体的压缩和膨胀 视为等温 过程 则 口 h 口 计算培果 裹l 希虚 mj 口 一 2 3 d t 5 托 n r mi 2 0 d 2 7 4 3 4 3 连 幢 m s 0 4 3 2 0 B 2 9 0 B B 条 m s 0 t g 2 0 8 2 9 O 8 8 街 健 r rai n 1 4 6 5 1 9 4 8 2 4 4 4 备 U i h 或 V m l 9 0 自 J 式中 q 一 平衡柱塞位于上死点时气体压力 一 平衡柱塞位于上死点时气体容积 0 一 平衡柱塞位于下死点时气体压力 一平衡柱塞位于 下 死 点 时 气 体 容 积j Q l 平衡 系统 中气体平均 压 力 又 i 丑 包 眯 包 t A lSt i 0 式 中 平衡系统储能气包容积 A E一 一 平衡柱塞横藏面积I 一平街柱塞行程 S o 5 S 为冲程 的一半 对于LCJ 1 2 5 0 型抽油机 已知 1 0 b 3 2 MPa j 包 1 2 m a D耋 o 2 4 m A O 0 4 5 r n J S 2 5 m 由式 1 0 得 1 2 J O 0 4 5 x 2 5 1 3 1 2 5m 由式 9 得l o 1 x 3 3 5 M Pa J o日 3 3 5 MPa 2 平衡鼍蠢拉力和计算功率 平衡 链条拉力等于平衡柱塞上 总压 力之 半 即t P v 0 5 0 Ai 1 十 0 5 0 Az l 平 均 o 5 0均 A誉 平 衡链条传 递功率t 最大功率 p 斗 最 大计算功 率 N j 式 中 K 载荷 系数 取K 1 5 表2 1 1 1 2 维普资讯 对于 LCJ J 2 5 O 璺抽 诎机 由式 1 1 得 p平 丑 1 0 5 3 5 1 0 x 0 0 4 5 7 8 7 5 k N p平 0 5x 3 2x 1 0 0 0 4 5 7 2 kN p平均 0 5 3 3 5 1 0 0 0 4 5 7 5 4 kN 油 机 械 筘1 8善 麓荷系戴 寰 2 戴 荷 动 力 熹 型 丧 型l冉 髋l机 一 液力 侍 琦 电 动 机氧 进 平 机 内 燃札 机械 侍琦 平 穗 I 1 1 一 J t 2 q 等冲击J 1 2 f 重 击 l 4 由式 1 2 得 N 6 7 8 7 5 0 7 8 6 6 1 9 kW N 6 1 5 6 1 9 9 2 8 5 kW 3 静 强度计算 静强度条件 n 静 4 8 1 3 式中 一静强 度安全系数 0 o 抗 拉极限载荷 查文 献 C1 袁4 多排 链 条 乘 以 排数 F 链条拉力 对 于平衡链 条 F p平 K 载荷 系数 K 1 5 表2 对于LCJ 1 2 5 0 型 抽油机 选用3 2 S一 3 8 l 石油 钻机传动 滚子 链 基本系列 节距 5 0 8 1 1 1 1 1 1 3 排 8 l 节 0 2 2 2 枣 甜 c N 则 一5 6 s 静强度满足 要求 四 轨迹链条拉力和计算功率 轨迹链条承受交变载荷 且有较严重振动冲击 应按最大链条拉力核算静强度 按平均 计算功率计算疲劳寿命 按最大传递功率选择电动机 I 量太拉力p 悬点上冲程静变形期结束瞬间 悬点载荷为 乎衡链条拉力为p 平 由式 2 得 P链 一G 一p 平 扭 2 最大计算功率 最大传递功率 N p u 最大计算功率 f I 按 m 选择石 油链条规格 并确定 电动机功 率Nt Nt N v 1 6 式中 甚 一 电动机到轨迹链条总传动效率 叩 叩 腔 箍叩 链 3 平均计算功率Nm 悬点上冲程 由开始至结束 平衡链条拉力由P e 一p 平 如不考虑悬点载荷中动 载 维普资讯 第3 期 链条抽油机滚子链传动的设计计算 荷 衰减对 的影响 则轨迹链 条拉力由 链 一p娃 应 按照p链均求出平均计 算功 率 作 为计算轨迹链条疲劳寿命 的依据 由 p链均 1 P链 P挂 9 链均 一G 一p平均 1 宙 N 均 链均u l 1 7 对于LCJ 1 2 5 0 型 抽油机 已知 P 1 1 7 2 k N G 6 2 k N 由式 1 4 1 5 1 6 1 7 得 p 1 1 7 2 6 2 一7 2 3 9 kN N 3 9 0 7 8 6 3 0 6 5 kW I 1 5 3 9 0 7 8 6 4 6 kW p 日 i 1 7 2 6 2 一7 5 4 3 5 6 kN V 1 5 3 5 6 0 7 8 6 4 2 kW N 3 0 6 5 0 9 6 0 9 3 2 0 9 7 3 5 3 k W 实际所选 电动机额定功 率为3 7 kW 五 轨迹链条静 强度与疲劳寿命计算 1 静强度 按式 1 3 核算静强 度 对于 LCJ 1 2 5 0 型抽油机 动滚子链 加 重系列 节距 5 0 8 ram 双 排 2 0 6 节 3 9 kN 轨 迹链 条选3 2 5 H一 2 2 0 6 石 油钻机 传 0 0 2 2 2 41 2 kN F 静强 度满 足要求 2 疲劳寿命 文献 3 提供了石油链条实用功率表和帐篷曲线及疲劳 寿 命 计 算方法 轨迹链轮 转速较低 都 在链 条帐篷 曲线 图3 AB线 段 对 应 的转速范 围内工作 应 按链 板疲劳失效计 算寿命 01 令 d 代表AB线段内链板疲劳限定的单排链额定功率 有 N 1 6 7 1 0 S 0 P kW 式中 S o 链条持久极 限载荷 N 小链 轮齿 数 节 距 1 2 1 m口 选用多排链 应乘 以多 排系数 袁3 比较 N 和 若 N 则链 条寿命即 为 链 板 额 定 寿 命T一它取 决于C o L n 和 可能大 于 等于或小 田3滚子 链帐 篷曲 螅 1 8 小链 轮 轷 速 r rai n 多搏 系数 袭3 l链 条 排 敏 l 2 I一 三 4 I 5 0 8 I 1 1 T 2 5 3 3 3 9 4 5 5 7 维普资讯 1 0 石 曲 机 械 第1 8 卷 子 1 5 0 0 0 h h 若NJ 1 5 O O O h 时 即 具 若 m K N 链条 寿命 就是链 板的有 限寿命 器似 N 玑 2 0 上式 中 C 链 板疲劳 试验循环基 数 C o 5 x 1 0 8 链板疲劳指数 由试验 确定 对国产石油钻机传动滚子链 推荐取a 3 7 1 3 L C J 1 2 5 0 型抽油机辕盎麓条疲劳膏命计算 0 5 8 8 4 0 N 见文 献 1 表A1 I目 3 4 3 r mi I 2 7 I P 5 0 8 mi 1 1 将 0 P 值代入 式 1 8 得 1 6 7 x1 0 x 5 8 8 4 0 x 2 7 x 34 3 x 5 0 8 4 2 2 3 kW N 1 7 x 4 2 2 3 71 7 9 kW 比较Nm 和 值 N瑚 K N 由式 1 9 得 T o 甏 1 8 53 7 h 轨迹链 条至 少具有 1 8 5 3 7 h 寿命 当 斗 为3 6 和2 7 时 Nm 更小于 分别 为2 0 3 2 5 h 和 3 0 8 6 5 h 若改用基本系列3 2 S 一 2 2 0 6 石油钻机传动滚子链 S e 4 9 0 3 0 依同 法 计算 当 冲为 4 5 3 6 和2 7 时 轨迹链条仍至少具有寿命1 8 5 3 7 h 2 0 3 2 5 h 和3 0 8 6 5 h 计算表明 L CJ 1 2 5 0 型抽油机的轨迹链条具有足够的疲劳寿命 六 结 束 语 1 链条抽油机采用石油钻机滚子链传动 推荐按本文介绍的方法进行设计计算 2 理论计算和使用实践表明 石 油钻机传动滚子链能胜任链条抽油机的传动 工 作 L CJ 1 2 5 0 型抽油机的平衡链条和轨迹链条具有足够的静强度和疲劳寿命 3 现场发现步数轨迹链条有先期破坏现象 主要原周有t 1 链条质量不台格 某些出厂的石油链条 翩造精度和性能达不到GB 3 6 3 8 8 3 石 油钻机传动滚子链 规定的要求 2 抽油机本身制造 安装调整不符合要求 使轨迹链条不在同一平面内运转 导致 先期 失效 因此 只要采甩质量合格的石油链条 提高抽油机本身制造 安装调整的质量 轨迹链 条先期破坏现象必将大大减少 甚至完全避免 4 现有链条抽油机结构 尚有需改进之处 主要是 1 目前采 用的滑块换 向机构 虽 结构新颖 换 向可靠 但存在换 向冲击 引起往返架 振动并波 及链 条 限 制 了使用冲数的提 维普资讯 第3 期 链条抽油机滚子链传动的设计计算 1 1 高 2 滚子链传动 固有的 多边形效 应 使链 速不 均匀 附加惯性动载加剧链条 振动 轨 迹链 条垂直传动 中心距 大 却无 张紧装置 这两个 问题 已经引起有关人 员的注意 正在研 究改进 中 参 考 文 献 f 1 3 GB3 6 3 8 8 3 石 油 钻机 持动 茬于链 1 9 8 3 年4月 2 牟东石油学院矿机教研室璃 E石油钻采机城 下 石油工生出版杜 9 8 0 R 6 月 0 陈 蒙撮 钻机链传 动 计 算碌 理 与实 用计 算 图表