液壓抽油機設(shè)計,液壓抽油機設(shè)計,液壓,抽油機,設(shè)計 塔里木大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查記錄表 年 月 日 學(xué)生姓名 班級 課題名稱 課題完成進度（學(xué)生自述） 存在的問題及整改措施（學(xué)生自述） 指導(dǎo)教師意見（課題進展情況、優(yōu)缺點、整改措施等） 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 學(xué)院意見 負責(zé)人簽名 年 月 日 前 言 國內(nèi)各大油田現(xiàn)以游梁式抽油機為主流，夾雜著鏈條抽油機等其他抽油機作為石油開采設(shè)備進行生產(chǎn)。游梁式抽油機因為以曲柄滑塊機構(gòu)作為工作的主要機構(gòu)，必須配以平衡重塊，而且游梁本身也十分笨重；移動不便，制造時消耗材料較多。鏈條抽油機相對于游梁式占地面積相對小，但是其整體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了安裝與移動的不方便。 利用液壓傳動的相關(guān)技術(shù)可以獲得較大的輸出力，而且液壓傳動有著傳動不受地形的條件限制，參數(shù)調(diào)動靈活等優(yōu)點。隨著近些年來密封與液壓技術(shù)的進步，利用液壓力開采石油作為一種新的方法，正受到各國的關(guān)注。我國液壓抽油方法研究的起步較晚，而且中途有一段時間停滯，故相關(guān)技術(shù)不是很完善，同時可創(chuàng)新的空間也較大。 液壓抽油機省去了笨重的平衡重等重物，若設(shè)計拆裝方便，可用于野外作業(yè)故障的迅速補救，減少因壞損抽油機不工作耽誤時間減少產(chǎn)量的弊端；如遇工作要求調(diào)動，迅速拆裝方便運輸，可大大提高機動性；海上作業(yè)平臺抽油設(shè)備的運輸相對地面大大不便，設(shè)計輕型才有設(shè)備有利于減輕船舶的運輸負擔；占地面積小，適用于密集井口的開采作業(yè)，并且泵站的液壓元件，再回路上稍加調(diào)整可以對多臺設(shè)備進行動力供給。 因此涉及題目綜合性較強，引起本人興趣，故選中該課題作為畢業(yè)設(shè)計，希望給自己所學(xué)知識有一個綜合的應(yīng)用的機會。 本次設(shè)計對個人學(xué)科知識要求比較綜合，涉及到液壓傳動，以及機械設(shè)計，工程圖學(xué)等幾門專業(yè)知識，而且國內(nèi)可參考的文獻非常少，缺點難以避免，望老師審閱后批評指教。 目 錄 前言 1. 緒論……………………………………………………………………………………………1 1.1本課題來源及研究的目的和意義……………………………………………………… 1 1.2本課題所涉及的問題在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析……………………………………… 1 1.3本課題所涉及的問題在國外的研究現(xiàn)狀及分析……………………………………… 1 2. 液壓回路的設(shè)計……………………………………………………………………………2 2.1上行回路與下行回路基本思路的確定………………………………………………… 2 2.2最終回路圖的確定……………………………………………………………………… 3 3. 液壓元件的選用…………………………………………………………………………… 4 3.1液壓缸的選用…………………………………………………………………………… 4 3.2液壓泵的選用…………………………………………………………………………… 6 3.3蓄能器的選用…………………………………………………………………………… 7 3.4液壓回路中各元件對應(yīng)型號……………………………………………………………7 4．機械部分設(shè)計………………………………………………………………………………7 4.1 塔架部分的設(shè)計………………………………………………………………………7 4.2扶正系統(tǒng)………………………………………………………………………………10 4.3液壓缸固定部分……………………………………………………………………… 10 4.4鋼絲固定……………………………………………………………………………… 11 5．安裝與找正……………………………………………………………………………… 12 6．整體效果……………………………………………………………………………… 13 致謝…………………………………………………………………………………………… 14 參考文獻……………………………………………………………………………………… 15 12 屆畢業(yè)設(shè)計 液壓抽油機設(shè)計 設(shè)計說明書 學(xué)生姓名 高澤睿 學(xué) 號 8011208112 所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 12-1 指導(dǎo)教師 廖結(jié)安 日 期 2012.5 塔里木大學(xué)教務(wù)處制 液壓抽油機設(shè)計 1緒論 1.1本課題來源及研究的目的和意義 隨著原油儲量日益減少，開采難度的增大，油田對新型采油方法以及采油設(shè)備的探索及構(gòu)思也在日益更新中。抽油機作為一種普及的采油設(shè)備，也在不斷的構(gòu)思和日益更新中。液壓抽油機作為近些年來迅猛發(fā)展的新型抽油設(shè)備，有著優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備的強項。 增大載荷是本課題研究的目的之一，是在結(jié)構(gòu)最簡，材料最省得方案下盡可能的增大其工作載荷。傳統(tǒng)的游梁抽油機雖有大載荷的特點，但這種舊型設(shè)備體型笨重，運輸和安裝都較為麻煩，尤其是海上平臺更是不允許過的的大質(zhì)量設(shè)備。能在質(zhì)量最輕和結(jié)構(gòu)最簡的情況下增大工作載荷，有著方便運輸以及滿足海上平臺開采要求的重要意義。 節(jié)能減排是本課題研究的目的之二。到1995年統(tǒng)計的游梁抽油機總數(shù)約為4萬臺，但使用期卻沒有超過5年的，如果每年需更換10%的設(shè)備，使用的鋼材金額會在1.5億元左右。首先不看使用壽命，這種舊型設(shè)備本省的鋼材用量就非常的大。液壓抽油機工作原理不是曲柄連桿機構(gòu)或者其變形，工作原理在本身結(jié)構(gòu)上的改進就省去了大量的鋼材，有著改善采油設(shè)備經(jīng)濟性的重要意義。 此外結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化方便了安裝，同時也方便了拆卸和運輸，即故障診斷更換壞損元件也相對方便了許多。在工作上迅速的故障診斷與維修有著增加設(shè)備連續(xù)工作時間的意義。 1.2本課題所涉及的問題在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析 我國開始研究液壓抽油機是從60年代開始的。 1966年北京石油學(xué)院提出“液壓泵—液壓缸”結(jié)構(gòu)的抽油機，以液壓缸伸縮來完成主要工作，同時用油管做平衡重，并利用其往復(fù)運動增大沖程。 1987年吉林工業(yè)大學(xué)研制出YCJ-II型液壓抽油機，同樣以液壓缸做驅(qū)動。 1992年、1993年蘭州石油機械研究所、浙江大學(xué)先后以“液壓泵—液壓馬達”結(jié)構(gòu)研制出新型液壓抽油機。此后至近幾年來，隨著油田開采的要求，液壓技術(shù)、密封技術(shù)的發(fā)展，液壓元件的成熟，液壓抽油機業(yè)迅速發(fā)展起來。 以下對上述幾種抽油機作簡要分析： YCJ—II型液壓抽油機直接用液壓缸的直線往復(fù)運動工作，具有結(jié)構(gòu)簡單，比常規(guī)抽油機節(jié)能的特點。在遼河油田的實驗說明其在北方冬季野外有可連續(xù)運行的能力，其液壓與電氣系統(tǒng)亦是可行的。不足在于：安全保護措施有所欠缺，對機電一體化技術(shù)應(yīng)用不足等。 YCJ12—12—2500型滾筒式液壓抽油機利用換向閥控制液壓馬達的正反轉(zhuǎn)，以齒輪—齒條機構(gòu)實現(xiàn)往復(fù)運動，同時采用了機械平衡方式。在液壓系統(tǒng)上彌補了YCJ—II型的不足，同時整機平穩(wěn)運行。 功率回收型液壓抽油機利用了“變量泵—馬達”這一特殊元件，實現(xiàn)了“長沖程，低沖次，大載荷”的特點，并有安全保護功能。最重要的是它通過能量的儲存于轉(zhuǎn)換使功率回收，而且相當完全，平衡也是最完美的。 1.3本課題所涉及的問題在國外的研究現(xiàn)狀及分析 國外對于液壓抽油機的研制起步較早，但由于翻譯過的外文文獻較少，這里只做介紹，不做詳細分析。 1961年美國Axelson公司研制出Hydrox長沖程CB型液壓抽油機，沖程1.2~7.95m，適井深度670~2032m，并在幾個大油田獲得成功的應(yīng)用性實驗。 1965年蘇聯(lián)研制出ArH油管平衡式液壓抽油機，可分開調(diào)節(jié)上下沖程的速度，沖程長度1.625~4.275m。目前，這類產(chǎn)品已形成產(chǎn)品系列。1977年加拿大研制出HEP型液壓抽油機。沖程10m，最高沖次5.0/min，懸點載荷34.23~195.64KN。 此后仍有不少新型液壓抽油機產(chǎn)品出現(xiàn)，在國外，液壓抽油機已形成系列產(chǎn)品走向市場，在油田作業(yè)表現(xiàn)出較高的可靠度和采油效益。 2液壓回路的設(shè)計 2.1上行回路與下行回路基本思路的確定 液壓執(zhí)行元件常用的有液壓馬達與液壓缸。 對于抽油機來說，其工作為直線往復(fù)運動，液壓馬達可配合齒輪齒條機構(gòu)做直線往復(fù)運動實現(xiàn)長沖程，液壓缸則較短沖程內(nèi)直接實現(xiàn)直線往復(fù)運動。 因沖程為3m，故選液壓缸為執(zhí)行元件。 為充分利用液壓缸伸長時的力大于收縮時的力之這一特點，機械結(jié)構(gòu)上決定以液壓缸那個伸長為上行沖程，液壓缸收縮為下行沖程，液壓回路與之對應(yīng)分別為上行回路和下行回路。 思路上參照參考文獻[1]，由于懸點始終受到向下的重力，故考慮將下行回路時懸點下降的重力勢能回收，在上行回路時釋放幫助液壓缸的提升，減少液壓泵的排量。 圖1 上行回路 如圖，上行回路的思路基本如此，由已經(jīng)在下行回路中回收了重力勢能的蓄能器同液壓泵同時向液壓缸供油，提升懸點?；钊麠U前端排除的油液直接回油箱，以減少阻力，減輕液壓泵的負擔。 此處，蓄能器的出口壓力必須大于等于液壓泵的出口壓力，否則將是液壓泵同時向蓄能器和液壓缸供油，適得其反。蓄能其出口壓力大小大約是選點最大載荷除以活塞面積，數(shù)值可暫設(shè)為液壓泵2MPa，蓄能器最低出口壓力1.5Mpa，提升懸點需要1MPa。 下行回路應(yīng)實現(xiàn)能量的回收利用，故液壓缸排除的油液暫定為全部回收到蓄能器內(nèi)，而液壓泵也同時推動活塞桿下行，，即蓄能器回收了重力勢能與液壓泵輸出的能量，避免了帶動液壓泵的電機頻繁停轉(zhuǎn)啟動導(dǎo)致先圈內(nèi)電流變化引起的發(fā)熱等對電動機的不利損害，或者液壓泵直接卸載導(dǎo)致的能量浪費。 圖2 下行回路 如此，得到了上行回路與下行回路的雛形，接下來應(yīng)添加元件，解決控制問題，以及其他可能出現(xiàn)的問題。 在上行回路中，上行回路中，壓力設(shè)定為提前文已經(jīng)提到，并作為后期計算選取元件的重要指導(dǎo)。在下行回路，由于選點載荷依然較大，活塞桿的下落即使無液壓泵供油也會自行發(fā)生，其速度有可能超過液壓泵供油的速度，導(dǎo)致液壓缸成為動力元件，液壓泵成為執(zhí)行元件，即懸點拉著液壓泵和電動機轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其作負功，故有必要在液壓泵的出口設(shè)置單向裝置，必須避免選點拉著泵轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象，所以需要在泵的出口處加一個溢流閥。 另外為防止壓力過大損壞蓄能器，而不選取過大容積的蓄能器，故在蓄能器的出口加一個溢流閥引導(dǎo)超出蓄能器設(shè)定最大壓力的有也回油箱。 圖3 修改后的下行回路 稍作改動后如上圖所示。 回路之間的切換，即液壓缸走向的變化，由行程開關(guān)檢測，電磁換向閥控制，回路中若需要其他的換向閥，盡量統(tǒng)一使用一套行程開關(guān)以減少不必要的元件。 2.2最終回路圖的確定 在草紙上設(shè)計了4種方式的回路，經(jīng)FluidSIM液壓設(shè)計輔助軟件進行仿真后，留下最后一套方案定稿。 圖4 FluidSIM中的液壓回路 左圖為檢測上行回路，右圖為檢測下行回路，經(jīng)軟件檢測表明，該回路設(shè)計合理，并滿足使用要求，箭頭方向為液壓油走向。 由于軟件內(nèi)元件庫的元件如蓄能器，液壓泵（該軟件中以泵站形式表示）的圖樣不能更改，故將繪制的液壓回路圖帖于正文中，如下圖所示。 圖5 最終確定的液壓回路 三個換向閥均在左位時為上行回路，均在右位時切換至下行回路。 3液壓元件的選用 3.1液壓缸的選用： 本次設(shè)計選用標準液壓缸做驅(qū)動元件。 首先保證沖程為3米，即液壓缸行程為3000mm，油手冊活塞行程系列（GB/T 2349—1980）第三系列。 液壓缸可以上拉或者上推形式帶動懸點上下動作，故以兩種方法，確定液壓缸需用行程，求出數(shù)據(jù)作對比以選優(yōu)劣。 根據(jù)用途，選擇冶金設(shè)備用UY型液壓缸。 按《機械設(shè)計手冊（液壓傳動）》表20-6-4選取工作方式，均以最長行程為宗旨，以頭部法蘭式（TF）固定方式進行計算。 上推：一段剛性固定，一段自由方式。 由，，，得出： 上拉：一段鉸接，剛性導(dǎo)向，一段剛性固定方式。 由，，，得出： 其中等尺寸在手冊表20-6-38，表20-6-41中查得。 D，d，p三個參數(shù)在表20-6-37中選取，分別以兩種方式計算在對應(yīng)情況下的液壓缸需用行程S，得下列兩表。 以上推方式的液壓缸許用行程： p D/d 10 12．5 16 21 25 40/28 0.2513 0.1883 0.1264 0.0665 0.0321 50/36 0.4015 0.3183 0.2364 0.1571 0.1117 63/45 0.5478 0.4446 0.3430 0.2448 0.1884 80/56 0.7265 0.6006 0.4768 0.3569 0.2882 100/70 0.9306 0.7733 0.6185 0.4686 0.3828 12590 1.3433 1.1352 0.9304 0.7323 0.6188 140/100 1.4729 1.2435 1.0179 0.7995 0.6743 160/110 1.5406 1.2977 1.0588 0.8276 0.6950 180/125 1.8007 1.5219 1.2477 0.9823 0.8301 200/140 2.0713 1.7565 1.4469 1.1473 0.9755 220/160 2.5499 2.1762 1.8085 1.4528 1.2488 250/180 2.8076 2.3913 1.9819 1.5856 1.3585 280/200 3.1309 2.6721 2.2207 1.7839 1.5336 320/220 3.2812 2.7954 2.3176 1.8551 1.5901 360/250 3.9044 3.3469 2.7983 2.2675 1.9633 400/280 4.5155 3.8861 3.2668 2.6675 2.3240 表1 以上推方式的液壓缸許用行程 以上拉方式的液壓缸許用行程： p D/d 10 12．5 16 21 25 40/28 0.2040 0.1788 0.1541 0.1301 0.1163 50/36 0.2767 0.2434 0.2107 0.1790 0.1608 63/45 0.3481 0.3068 0.2662 0.2269 0.2044 80/56 0.4304 0.3800 0.3305 0.2826 0.2551 100/70 0.5403 0.4773 0.4154 0.3555 0.3211 12590 0.7257 0.6425 0.5606 0.4813 0.4359 140/100 0.7992 0.7074 0.6171 0.5298 0.4797 160/110 0.8442 0.7471 0.6515 0.5590 0.5060 180/125 0.9723 0.8608 0.7511 0.6449 0.5841 200/140 1.1015 0.9756 0.8518 0.7319 0.6632 220/160 1.3170 1.1675 1.0204 0.8781 0.7965 250/180 1.4635 1.2970 1.1333 0.9748 0.8839 280/200 1.6168 1.4333 1.2528 1.0781 0.9779 320/220 1.7085 1.5142 1.3230 1.1380 1.0320 360/250 1.9749 1.7518 1.5324 1.3201 1.1984 400/280 2.2403 1.9885 1.7408 1.5011 1.3637 表2 以上拉方式的液壓缸許用行程 經(jīng)對比，選取以上推方式，缸徑280，桿徑200，在10Mpa下工作，許用行程為3.1309米的液壓缸，型號為UY TF 11 280X3000—10。 沖次為每分鐘6次，即周期為T=10s，行程h=3m，則有平均速度 懸點最大載荷為80kN，即上升行程負重80kN。 回程落下負重按以下公式計算：（參照參考文獻[1]） 式中——抽油桿的落下負載 ——抽油桿重力 ——活塞桿以及鋼絲接頭等零件重力 ——運動部件的慣性力 ——各密封處摩擦阻力 ——井下油柱液阻力 其中除去活塞桿等重力=9.02kN，其余參數(shù)直接引用文獻[1]中數(shù)據(jù)，得=48.93kN。 3.2液壓泵的選用 已知液壓缸活塞面積615.75，桿端承壓面積301.6，周期T=10s，液壓缸的機械效率和容積效率手冊上未能查到，故取。 上升沖程，蓄能器與液壓泵同時向液壓缸注油，下降沖程，只有液壓泵向液壓缸供油。故在一個周期內(nèi)，液壓缸內(nèi)進入的液壓油體積為活塞腔最大容積與活塞桿腔最大容積之和。該體積為：(615.75300)+ (301.06300)=275043 ， 允許上下沖程速度不等，但要/周期不變，有 設(shè)泵的輸出速率為X，蓄能器輸出體積為Y，又有，。 考慮到可以使用多個蓄能器并聯(lián)使用，并通過調(diào)整蓄能器工作容量時限要求，故暫設(shè)蓄能器可放出上升行程所需油液的三分之一，即蓄能器實際工作排量為。則下行回路中回收部分油液，當壓力過大時，由溢流閥排出。 解得，，X=21346.8。 則每分鐘流量為1280808，取泵轉(zhuǎn)速（電動機轉(zhuǎn)速3000r/min），容積效率0.92，得泵的排量為464ml/r，故選取A7V500型柱塞泵。 3.3蓄能器的選用 下降沖程時回收油液，液壓缸內(nèi)油液全部進入蓄能器，當蓄能器壓力一定時，由溢流閥回油箱。 在下降沖程，重力與液壓泵對活塞的力同時作用，將油液送入蓄能器；上升沖程時懸點重力相對液壓泵與蓄能器的輸出為阻力。 分別計算在上升和下降沖程，就懸點外力對活塞面的作用力： ， 即為保障在上升沖程時，蓄能器輸出油液，其出口壓力最小為。 由于蓄能器在此作“輔助油源”，則充氣壓力，并取指數(shù)K=1.4。 要求釋放油液V=61575mL。 由公式。 先設(shè)，算得，故可選用NXQ1-L150/10LR型氣囊蓄能器。 考慮到釋放油液的速率，需在4.23s內(nèi)將61575mL油液全部放出，此處改為4個40L的小蓄能器，型號NXQ1-L150/10LR，用三個三通并行連接。 此處出口的溢流閥選用DT02B20，最小壓力設(shè)定為1.3MPa，在液壓泵出口處同樣安裝一個該型號的溢流閥，防止下行回路中液壓泵做負功最小壓力設(shè)定為0.8MPa。 3.4液壓回路中各元件對應(yīng)型號 元件 型號 件數(shù) 備注 液壓泵 A7V500 1 配3000r/min電動機 液壓缸 UY TF 11 280X3000—10 1 蓄能器 NXQ1-L150/10LR 4 溢流閥 DT02B20 1 蓄能器出口壓力調(diào)至1.3MPa，液壓泵出口壓力調(diào)至0.8MPa 三位四通電磁換向閥 4WE10N10/OFW200-50-N 1 二位三通電磁換向閥 3WE10B10/OFW200-50-N 1 二位二通電磁換向閥 3WE10B10/OFW200-50-N 1 手冊總未查到相關(guān)產(chǎn)品，故用三通閥堵住一通作為二通閥用 表3 液壓元件清單 4機械部分設(shè)計 4.1 塔架部分的設(shè)計 塔架可由建筑塔吊的部件改造而來，使用Q235角鋼焊接成型。 整體塔架的各個部分均用Q235型鋼焊接而成。 對塔吊塔架進行測繪，得到實體圖后進行有限元應(yīng)力分析，如下圖 圖6 中部塔架零件校核應(yīng)力分析 經(jīng)分析，最大應(yīng)力僅有8.63Mpa，而且應(yīng)力分布較為均勻，即材料、零件在安全范圍內(nèi)，可以使用。 以下焊接零件同樣進行分析。 圖7 底部塔架零件校核應(yīng)力分析 下部分支架應(yīng)力也遠小于Q235角鋼的屈服強度極限。 與水泥臺地腳螺栓連接的底座部分，通過有限元分析，得知需進行加強部分的焊接設(shè)計，以盡量減小應(yīng)力。 圖8 底座零件校核應(yīng)力分析 左圖為初始設(shè)計未有加強筋設(shè)計時的應(yīng)力分布情況，如右圖，加強后應(yīng)力分布情況得以明顯改善，最大應(yīng)力明顯降低。 4.2扶正系統(tǒng) 為保證液壓缸與水平地面的垂直度，防止在工作時因傾斜角度過大，隨工作時間的增長產(chǎn)生偏磨損傷，故設(shè)計此系統(tǒng)。 由于塔架各零件均為焊接件，故加工精度不做過高要求，但誤差不會太大，故設(shè)計以下微調(diào)的方法，幫助液壓缸剛體扶正，即加工誤差在裝配中的補償。 圖9 扶正系統(tǒng)示意 在塔架頂端的平面設(shè)置四個下端為粗牙螺紋連接，上端為短銷定位兼連接的螺栓類零件，意義在于通過調(diào)動4個零件的高度。調(diào)整固定液壓缸水平面相對于地面的平行程度，來保證液壓缸與水平地面的垂直程度。 圖10 定位銷零件校核應(yīng)力分析 由該零件承受載荷情況，選用40Mn鍛鋼。 圖11 配合定位銷的零件校核應(yīng)力分析 與之連接的兩個零件，由Q235角鋼與40Mn鍛鋼焊接而成，為保證相關(guān)形狀公差，制造過程為先焊接，再加工孔。由于焊接件形狀復(fù)雜，應(yīng)力分布情況也較為復(fù)雜，但仍未超出235Mpa的屈服強度極限。 4.3液壓缸固定部分 連接頂部法蘭與頂部部件底面的四根無縫鋼管焊接而成的連桿，其應(yīng)力也在安全范圍。 圖12 頂部連桿零件校核應(yīng)力分析 連接四根連桿的底部零件，由100*100的工字鋼焊接而成，制造時焊接上加強筋，其應(yīng)力情況如下。 圖13 頂部蓋板零件校核應(yīng)力分析 頂部法蘭直接連接液壓缸缸體，受力最為直接，其應(yīng)力也較大。 圖14 頂部法蘭零件校核應(yīng)力分析 在兩個臺階之間添加了R5的圓角之后，應(yīng)力情況改善如下，值得一提的是，R10的圓角時，最大應(yīng)力反而變大了。 圖15 倒R5圓角后應(yīng)力改善情況 4.4鋼絲固定 圖16 頂部鋼絲固定零件 以銷軸配合于活塞桿前端，兩邊張開并打孔，穿入鋼絲。 5安裝與找正 安裝時首先在井口附近砌水泥臺，盡量保證水平，然后劃線安裝地腳螺栓。待水泥凝固后，將最下端的支座安裝上，此階段需靈活處理與井口的關(guān)系，以方便接下來的塔架加高，水泥臺劃線必須注意，井口的抽油桿出口應(yīng)在中心，誤差不允許過大。 圖17 底座的固定 圖18 井口裝置與劃線位置 隨后支起2層塔架，安裝至扶正裝置，即圖9所示位置零件即可，隨后在地面安裝塔架上部分，但不安裝液壓缸。 圖19 上部分安裝情況 其目的在于，質(zhì)量尚輕，安裝拆卸較為方便。將該部件安裝于塔架上，利用法蘭盤的8個螺孔和工程線、重錘等建筑用垂直度測量設(shè)備，通過調(diào)整4個螺栓的高度，保證重錘線與井口抽油桿出口在同一直線上，螺栓上端類似銷軸，但與之配合的孔侑足夠大的間隙， 圖20 扶正裝置原理幾何解析 即如上圖所示，較大的配合間隙可以調(diào)整三角形頂點相對于中心垂線的位置，如次可避免因鋼絲繩拉動方向不與地面垂直，導(dǎo)致塔架在水平方向上受力，使之整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。該誤差來自于地面水泥臺的水平程度以及機械加工時塔架自身的傾斜，但誤差不會太大，否則塔架產(chǎn)品不合格或者水泥臺需要重新搭建。 此后卸下上端的部件，安裝液壓缸，再次將上端的部件安裝于塔架上。此時圖20位置上的三角形頂點與抽油桿共線。法蘭盤上用于安裝螺栓的孔也是較為松動，為的是在安裝液壓缸時，調(diào)整螺栓松緊，使液壓缸軸線與抽油桿垂直，放置在工作時徑向受力，造成偏磨。 因為重力，以及懸點載荷，調(diào)整好后的系統(tǒng)不易再變動，因此在安裝時確定可行后，直到下次拆裝都不用再調(diào)整該系統(tǒng)。 6整體效果 圖21 整體效果圖 液壓元件均放置于旁邊的泵站中。 致 謝 首先感謝指導(dǎo)老師廖結(jié)安老師提出這樣一個綜合性較強的畢業(yè)設(shè)計課題，并在設(shè)計過程中給予監(jiān)督與指導(dǎo)。另外同樣感謝任課老師兼班主任李宜峰老師在液壓回路設(shè)計上給予的指導(dǎo)和批評，以及在大學(xué)四年中各位授課老師對本人知識的傳授。同時也感謝同樣在做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)們與本人在畢業(yè)設(shè)計上問題的交流探討。 畢業(yè)設(shè)計是本科生在大學(xué)本科階段的最后一次設(shè)計，是對專業(yè)知識技能綜合應(yīng)用的考驗，本人并不是優(yōu)等生，但是此次設(shè)計是盡全力完成的。相信老師們在審閱畢業(yè)設(shè)計的同時也是在尋求一種慰藉：“4年的授課總算有成效，沒有白費”，希望老師能在本篇設(shè)計中找到這種感覺，因為就目前而言一個畢業(yè)生能報答老師的僅此而已。如果設(shè)計欠佳，希望老師們對本片設(shè)計的錯誤及缺點嚴厲批評，學(xué)生會將此教導(dǎo)作為本科最后的授課，謹記終生。 參考文獻 [1]陳春安,陳鐵民.YCH—II型液壓抽油機的研制..石油機械,1988年,16卷(11期). [2] 孔昭瑞.國內(nèi)抽油機的發(fā)展趨向[J].石油機械，1995,23(2):49 54. [3] 薄濤.中國液壓抽油機的發(fā)展概況與技術(shù)水平[J].鉆采工藝2002, 25(2):60-62. [4] 荀昊.國外液壓抽油機的發(fā)展概況與技術(shù)水平[J].新強石油科技2001，11（1）：62-63. [5] 張彥延,潘紅政,金文倩,李高升,張作龍.液壓技術(shù)在抽油設(shè)備上的應(yīng)用[J].石油機械,2000,28 (4):49-50. [6]張連山.國外抽油機的技術(shù)發(fā)展.石油機械,1999,(27):54 -56 . [7]張連山.2010年世界新型抽油機技術(shù)發(fā)展預(yù)測[J].鉆采工藝編輯部，1999年. [8]陳春安,陳鐵民.YCH-II型液壓抽油機的研制,石油機械1988,11 [9]許福玲,陳堯明.液壓與氣壓傳動.第三版.北京,機械工業(yè)出版社,2008年. [10]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.機械制圖.第六版.北京,高等教育出版社,2007年. [11]成大先.機械設(shè)計手冊(液壓傳動卷).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004年. 16 附錄1 故障診斷 液壓傳動系統(tǒng)由于其獨特的優(yōu)點，即具有廣泛的工藝適應(yīng)性、優(yōu)良的控制性能和較低廉的成本，在各個領(lǐng)域中獲得愈來愈廣泛的應(yīng)用。但由于客觀上元、輔件質(zhì)量不穩(wěn)定和主觀上使用、維護不當，且系統(tǒng)中各元件和工作液體都是在封閉油路內(nèi)工作，不象機械設(shè)備那樣直觀，也不象電氣設(shè)備那樣可利用各種檢測儀器方便地測量各種參數(shù),液壓設(shè)備中，僅靠有限幾個壓力表、流量計等來指示系統(tǒng)某些部位的工作參數(shù)，其他參數(shù)難以測量，而且一般故障根源有許多種可能，這給液壓系統(tǒng)故障診斷帶來一定困難。 在生產(chǎn)現(xiàn)場，由于受生產(chǎn)計劃和技術(shù)條件的制約，要求故障診斷人員準確、簡便和高效地診斷出液壓設(shè)備的故障；要求維修人員利用現(xiàn)有的信息和現(xiàn)場的技術(shù)條件，盡可能減少拆裝工作量，節(jié)省維修工時和費用，用最簡便的技術(shù)手段，在盡可能短的時間內(nèi)，準確地找出故障部位和發(fā)生故障的原因并加以修理，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行，并力求今后不再發(fā)生同樣故障。 液壓系統(tǒng)故障診斷的一般原則 正確分析故障是排除故障的前提，系統(tǒng)故障大部分并非突然發(fā)生，發(fā)生前總有預(yù)兆，當預(yù)兆發(fā)展到一定程度即產(chǎn)生故障。引起故障的原因是多種多樣的，并無固定規(guī)律可尋。統(tǒng)計表明，液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障約90%是由于使用管理不善所致為了快速、準確、方便地診斷故障，必須充分認識液壓故障的特征和規(guī)律，這是故障診斷的基礎(chǔ)。 以下原則在故障診斷中值得遵循 （1）首先判明液壓系統(tǒng)的工作條件和外圍環(huán)境是否正常需首先搞清是設(shè)備機械部分或電器控制部分故障，還是液壓系統(tǒng)本身的故障，同時查清液壓系統(tǒng)的各種條件是否符合正常運行的要求。 （2）區(qū)域判斷根據(jù)故障現(xiàn)象和特征確定與該故障有關(guān)的區(qū)域，逐步縮小發(fā)生故障的范圍，檢測此區(qū)域內(nèi)的元件情況，分析發(fā)生原因，最終找出故障的具體所在。 （3）掌握故障種類進行綜合分析根據(jù)故障最終的現(xiàn)象，逐步深入找出多種直接的或間接的可能原因，為避免盲目性，必須根據(jù)系統(tǒng)基本原理，進行綜合分析、邏輯判斷，減少懷疑對象逐步逼近,最終找出故障部位。 （4）驗證可能故障原因時，一般從最可能的故障原因或最易檢驗的地方開始，這樣可減少裝拆工作量，提高診斷速度。 （5）故障診斷是建立在運行記錄及某些系統(tǒng)參數(shù)基礎(chǔ)之上的。建立系統(tǒng)運行記錄，這是預(yù)防、發(fā)現(xiàn)和處理故障的科學(xué)依據(jù)；建立設(shè)備運行故障分析表，它是使用經(jīng)驗的高度概括總結(jié)，有助于對故障現(xiàn)象迅速做出判斷；具備一定檢測手段，可對故障做出準確的定量分析。 故障診斷方法 日常查找液壓系統(tǒng)故障的傳統(tǒng)方法是邏輯分析逐步逼近斷。 基本思路是綜合分析、條件判斷。即維修人員通過觀察、聽、觸摸和簡單的測試以及對液壓系統(tǒng)的理解，憑經(jīng)驗來判斷故障發(fā)生的原因。當液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，故障根源有許多種可能。采用邏輯代數(shù)方法，將可能故障原因列表，然后根據(jù)先易后難原則逐一進行邏輯判斷，逐項逼近，最終找出故障原因和引起故障的具體條件。 故障診斷過程中要求維修人員具有液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)知識和較強的分析能力，方可保證診斷的效率和準確性。但診斷過程較繁瑣，須經(jīng)過大量的檢查，驗證工作，而且只能是定性地分析，診斷的故障原因不夠準確。為減少系統(tǒng)故障檢測的盲目性和經(jīng)驗性以及拆裝工作量，傳統(tǒng)的故障診斷方法已遠不能滿足現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的要求。隨著液壓系統(tǒng)向大型化、連續(xù)生產(chǎn)、自動控制方向發(fā)展，又出現(xiàn)了多種現(xiàn)代故障診斷方法。如鐵譜技斷，可從油液中分離出來的各種磨粒的數(shù)量、形狀、尺寸、成分以及分布規(guī)律等情況，及時、準確地判斷出系統(tǒng)中元件的磨損部位、形式、程度等。而且可對液壓油進行定量的污染分析和評價，做到在線檢測和故障預(yù)防。 基于人工智能的專家診斷系斷，它通過計算機模仿在某一領(lǐng)域內(nèi)有經(jīng)驗專家解決問題的方法。將故障現(xiàn)象通過人機接口輸入計算機，計算機根據(jù)輸入的現(xiàn)象以及知識庫中的知識，可推算出引起故障的原因，然后通過人機接口輸出該原因，并提出維修方案或預(yù)防措施。這些方法給液壓系統(tǒng)故障診斷帶來廣闊的前景，給液壓系統(tǒng)故障診斷自動化奠定了基礎(chǔ)。但這些方法大都需要昂貴的檢測設(shè)備和復(fù)雜的傳感控制系統(tǒng)和計算機處理系統(tǒng)，有些方法研究起來有一定困難，一般情況下不適應(yīng)于現(xiàn)場推廣使用。下面介紹一種簡單、實用的液壓系統(tǒng)故障診斷方法。 基于參數(shù)測量的故障診斷系統(tǒng) 一個液壓系統(tǒng)工作是否正常，關(guān)鍵取決于兩個主要工作參數(shù)即壓力和流量是否處于正常的工作狀態(tài)，以及系統(tǒng)溫度和執(zhí)行器速度等參數(shù)的正常與否。液壓系統(tǒng)的故障現(xiàn)象是各種各樣的，故障原因也是多種因素的綜合。同一因素可能造成不同的故障現(xiàn)象，而同一故障又可能對應(yīng)著多種不同原因。例如：油液的污染可能造成液壓系統(tǒng)壓力、流量或方向等各方面的故障，這給液壓系統(tǒng)故障診斷帶來極大困難。 參數(shù)測量法診斷故障的思路是這樣的，任何液壓系統(tǒng)工作正常時，系統(tǒng)參數(shù)都工作在設(shè)計和設(shè)定值附近，工作中如果這些參數(shù)偏離了預(yù)定值，則系統(tǒng)就會出現(xiàn)故障或有可能出現(xiàn)故障。即液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障的實質(zhì)就是系統(tǒng)工作參數(shù)的異常變化。因此當液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時，必然是系統(tǒng)中某個元件或某些元件有故障，進一步可斷定回路中某一點或某幾點的參數(shù)已偏離了預(yù)定值。這說明如果液壓回路中某點的工作參數(shù)不正常，則系統(tǒng)已發(fā)生了故障或可能發(fā)生了故障，需維修人員馬上進行處理。這樣在參數(shù)測量的基礎(chǔ)上，再結(jié)合邏輯分析法，即可快速、準確地找出故障所在。參數(shù)測量法不僅可以診斷系統(tǒng)故障，而且還能預(yù)報可能發(fā)生的故障，并且這種預(yù)報和診斷都是定量的，大大提高了診斷的速度和準確性。這種檢測為直接測量，檢測速度快，誤差小，檢測設(shè)備簡單，便于在生產(chǎn)現(xiàn)場推廣使用。適合于任何液壓系統(tǒng)的檢測。測量時，既不需停機，又不損壞液壓系統(tǒng)，幾乎可以對系統(tǒng)中任何部位進行檢測，不但可診斷已有故障，而且可進行在線監(jiān)測、預(yù)報潛在故障。 附錄2 Fault diagnosis Hydraulic driving system because of its unique advantages, that is, has wide adaptability, good process control performance and relatively low cost, get more and more widely used in various fields. But because objectively yuan, auxiliary parts quality is not stable, and the subjective improper use, maintenance, and the components and working fluid in the system are within the closed oil circuit work, not as intuitive as machinery and equipment, also don't like electric equipment, can use various instrumentation easily measure various parameters, hydraulic equipment, only by a few to indicate that the system pressure gauge, such as some parts of the working parameters, other parameters are difficult to measure, and generally there are many possible fault source, which brings certain difficulty for the hydraulic system fault diagnosis. At the scene of the production, due to the restriction of the production plan and technical conditions, the required fault diagnosis is accurate, simple and efficient fault diagnosis of hydraulic equipment; For maintenance personnel use of existing information and the scene of the technical conditions, as far as possible reduce the mounting workload, save time and cost of maintenance, with the most simple technology, in the shortest possible time, accurately find out the cause of the failure positions and failure and repair, make the system back to normal operation, and strive to the same failure will not happen in the future. The general principles of the hydraulic system fault diagnosis Correct analysis of the fault is the precondition of troubleshooting, most system failure, not sudden, before always have omen, when developing to a certain extent the failure omen. The cause of failure is various, there is no fixed rule can be found. Statistics show that the fault of hydraulic system of about 90% is caused due to poor management in order to conveniently, quickly and accurately diagnose faults, must fully recognize the characteristics and law of hydraulic fault, which is the basis of fault diagnosis. The following principles in the fault diagnosis is worth following (1) the first identifies the working conditions of the hydraulic system and the peripheral environment is normal need to first find out the mechanical parts of the equipment or the electric controlling part failure, or the fault of hydraulic system itself, at the same time find out whether the various conditions of hydraulic system in line with the requirements of normal operation. (2) the judgment according to the fault phenomenon and the characteristics of certain areas related to the fault zone, gradually narrowing the scope of the failure detection element in this area, analysis of the causes, finally find out the specific fault. (3) master fault types according to the phenomenon of failure in the end, make a comprehensive analysis step by step further to find the possible causes of a variety of directly or indirectly, to avoid blindness, must be based on the basic principle of the system, carries on the comprehensive analysis, logic, reduce suspicion gradually approaching, finally find out the fault position. (4) validation may be the cause of the problem, from the most likely the cause of the problem or the most easily inspection place, so can reduce the workload, installation to improve diagnostic rate. (5) fault diagnosis is based on the operation records and some system parameters. Set up a system running records, this is the scientific basis for the prevention, detection and troubleshooting; Set up equipment operation fault analysis table, it is the use of the height of the experience summarization, helps to quickly judge the problem; Have a certain detection means, can make a accurate quantitative analysis of the fault. Fault diagnosis methods Daily for hydraulic system fault is the traditional way of logic analysis approach. The basic idea is comprehensive analysis, the condition judgment. The maintenance personnel by watching, listening, touching, and simple test and the understanding of the hydraulic system, from experience to determine the cause of the failure. When the hydraulic system failure, there are many possible fault source. Using logic algebra method, may be the cause of the problem list, and then one by one according to "after the first difficult logic, item by item, approximation, finally find out the cause of the problem and cause of failure of the specific conditions. For maintenance personnel in the process of fault diagnosis has a basic knowledge of hydraulic system and strong analytical ability, can guarantee the diagnosis efficiency and accuracy. But the diagnosis process trival, must pass a large number of inspection, validation, and can only be qualitatively analyzed, the diagnosis of the cause of the problem is not enough accurate. To reduce the blindness of system fault detection and empirical and disassembling workload, the traditional fault diagnosis method has far cannot satisfy the requirements of modern hydraulic system. As the hydraulic system to develop in the direction of large-scale, continuous production, automatic control, appeared a variety of modern fault diagnosis method. Such as iron spectrum technology, can be separated from the oil of various grinding grain quantity, shape, size, composition and distribution rule, and so on and so forth, timely, accurately judge the degree of wear parts of the system components, form, etc. But also to the hydraulic oil pollution of quantitative analysis and evaluation, the online detection and fault prevention. Based on artificial intelligence expert diagnosis system is broken, it through the computer imitation in there were experienced experts in the field of the method to solve the problem. Input fault phenomenon through the man-machine interface to computer, the phenomenon of computer according to the input as well as the knowledge in knowledge base, the causes of failure can be calculated, and then through the man-machine interface and output the reasons, and maintenance plans or preventive measures are put forward. Hydraulic system fault diagnosis method for such broad prospects, has laid a solid foundation of hydraulic system fault diagnosis automation. But most of these methods need expensive testing equipment and sophisticated sensing control system and computer processing system, some methods have some difficult, under normal circumstances is not suitable for field use. Here is a simple and practical method of hydraulic system fault diagnosis. The fault diagnosis system based on parameter measurement A hydraulic system work is normal, the key depends on two main working parameters namely whether the pressure and flow rate is in normal working condition, as well as the system parameters such as temperature and speed of actuator is normal or not. Hydraulic system failure phenomenon is various, the cause of the problem is also a combination of many kinds of factors. The same factors may lead to different fault phenomena, and the same fault may correspond to a variety of different reasons. For example: oil pollution may cause hydraulic system pressure, the flow or direction and so on various aspects of fault, which brings great difficulties to the hydraulic system fault diagnosis. Method for measuring the parameters of the thinking of troubleshooting is that any of the hydraulic system working properly, the system parameters in the design and near the set value, the work if these parameters deviated from the target value, then the system will fail or likely to fail. The essence of a hydraulic system failure is the system working parameters changes. So when the hydraulic system failure occurs, is a certain element or some element has a fault in the system, further can be concluded that a point or some parameters in circuit has deviated from the target value. This shows that if the working parameters of hydraulic loop some point is not normal, then the system fault or failure may have happened to have occurred, to maintenance personnel immediately for processing. So on the basis of parameter measurement, and then combined with logic analysis, can quickly and accurately find the malfunction. Parameter measurement method can not only fault diagnosis system, but also can forecast the possibility of failure, and the prediction and diagnosis are quantitative, greatly improving the speed and accuracy of diagnosis. The test for direct measurement, detection speed, small error, detection equipment is simple, easy to use at the scene of the production. Suitable for any hydraulic system. Measurement, without downtime, and no damage to the hydraulic system, can almost any part of system testing, not only can diagnose has fault, and online monitoring, forecast the potential fault can be performed. - 6 -