曲柄滑块式丛式井抽油机运动学和动力学分析

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丛式井抽油机是近些年来开发的一种新型抽油机,丛式井抽油机是利用一套传动系统实现拖动相邻的多口油井同时采油,最大限度地满足丛式井采油工艺的需要,节约电力消耗,提高抽油机和抽油系统使用寿命及抽油效率。目前,国内在针对丛式井的多井联动集成采油方面的专项技术已经有了一些研究成果,但在集成采油方案的设计和可靠性方面还存在着诸多技术问题。因此,我们设计了曲柄滑块式丛式井抽油机。机构的运动学分析,是在给定原动件运动规律的条件下,对其余活动件上各点的轨迹、位移、速度和加速度等运动参数进行分析以及基于仿真软件的运动学仿真,通过位移和轨迹分析,可以确定构件运动行程,通过速度和加速度分析,可以确定构件的速度和加速度的大小和变化规律,同时,机构的运动分析对抽油机速度波动的调节、动力平衡等动态性能的分析也十分重要,是动力学分析的基础。机构的动力学分析的目的是计算机构的运动副反力、力矩、功率等,分析抽油机的平衡机理以及基于仿真软件的动力学仿真和参数优化,为抽油机的强度、刚度、寿命、结构优化、电机功率的计算等提供数据,是抽油机性能分析的基础。本文主要研究内容包括:(1)曲柄滑块式丛式井抽油机传动方案设计及传动方案特点。(2)抽油机运动学分析。对抽油机的滑块进行了位移、速度、加速度的分析,绘制出了相应的曲线。抽油机运动学仿真,通过仿真曲线与理论计算曲线的对比,验证了运动学理论计算的正确性。(3)抽油机动力学分析。包括:悬点载荷、运动副反力、曲柄轴净扭矩、电动机功率的分析,同时绘制出了曲柄扭矩曲线。分析了曲柄滑块式丛式井抽油机的平衡机理。运用ANSYS软件对影响抽油机运动稳定性的滑轨进行了结构动力学分析,实现了两种方案滑轨结构的优选。分析结果表明,方案二滑轨的变形和应力均小于方案一滑轨,在稳定性方面更具有优势。基于ADAMS的抽油机动力学仿真,通过仿真曲线与理论计算曲线的对比,验证了动力学理论计算的正确性。基于ADAMS的抽油机参数优化,通过对抽油机连杆长度的优化可知,在抽油机冲程(即曲柄长度)一定的前提下,选取长度较长的连杆,可以有效减小曲柄轴净扭矩的峰值,从而减小了抽油机的能耗。本文通过曲柄滑块式丛式井抽油机运动学和动力学分析,为其设计提供了一套完善的计算方法,为其生产应用提供了理论的基础。
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