畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查記錄表
年 04月 26日
學(xué)生姓名
班級
課題名稱
液壓抽油機(jī)設(shè)計
課題完成進(jìn)度（學(xué)生自述）
1． 液壓回路設(shè)計完成，正在3個方案同時進(jìn)行計算，利用軟件仿真，對比選出最節(jié)能的。
2． 機(jī)械設(shè)計部分完成液壓缸的挑選，支撐塔架的基本形狀，未進(jìn)行強(qiáng)的的校核。
3． 正在進(jìn)行機(jī)械部分的實(shí)體圖繪制，以及其他液壓元件的挑選計算（溢流閥，蓄能器等）。
存在的問題及整改措施（學(xué)生自述）
1． 液壓仿真軟件不完美，與真實(shí)工作情況有差距，令尋找更專業(yè)的液壓仿真軟件中。
2． 機(jī)械支撐部分的設(shè)計需與強(qiáng)度校核同時進(jìn)行，需要有限元分析軟件不斷優(yōu)化，進(jìn)行速度較慢。
3．
指導(dǎo)教師意見（課題進(jìn)展情況、優(yōu)缺點(diǎn)、整改措施等）
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
學(xué)院意見
負(fù)責(zé)人簽名
年 月 日
畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
學(xué)院
機(jī)械電氣化工程學(xué)院
班級
學(xué)生姓名
學(xué)號
課題名稱
液壓抽油機(jī)設(shè)計
起止時間
（共 14周）
指導(dǎo)教師
職稱
講師
課題內(nèi)容
主要參數(shù)：型 號： YCYJ8-3-6
最大載荷： 80KN
沖程長度： 3.0m
沖程次數(shù)： 6.0/min
設(shè)計內(nèi)容：1、方案設(shè)計（總體尺寸的確定）；
2、運(yùn)動分析（計算位移、速度、加速度）；
3、載荷分析及平衡計算；
4、液壓系統(tǒng)的設(shè)計及液壓元件的選擇 ；
5、主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算；
6、與常規(guī)型抽油機(jī)比較其優(yōu)缺點(diǎn)。
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）
第1到2周： 熟悉題目,開始查閱資料，完成開題報告。
第3到4周： 消化資料，設(shè)計方案。
第5周： 方案研究，確定具體方案，做出開題報告。
第6到7周： 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，計算。
第8到9周： 進(jìn)行設(shè)計結(jié)構(gòu)草圖。
第10到11周：完成圖紙，進(jìn)行設(shè)計論文。
第12到13周：完成設(shè)計論文，準(zhǔn)備有關(guān)畢業(yè)答辯。
第14周： 交畢業(yè)設(shè)計的各種資料，并進(jìn)行答辯。
主要參考文獻(xiàn)
[1] 孔昭瑞.國內(nèi)抽油機(jī)的發(fā)展趨向[J].石油機(jī)械，1995,23(2):49 54.
[2] 薄濤.中國液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況與技術(shù)水平[J].鉆采工藝2002, 25(2):60-62.
[3] 荀昊.國外液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況與技術(shù)水平[J].新強(qiáng)石油科技2001，11（1）：62-63.
[4] 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(jī)械 ,2000,28 (4):49-50.
[5]張連山.國外抽油機(jī)的技術(shù)發(fā)展.石油機(jī)械,1999,(27):54 -56 .
[6]張連山.2010年世界新型抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展預(yù)測[J].鉆采工藝編輯部，1999年.
任務(wù)下達(dá)人（簽字）
年 月 日
任務(wù)接受人意見
任務(wù)接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。
2、此任務(wù)書須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。
3、此任務(wù)書一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。
前 言
國內(nèi)各大油田現(xiàn)以游梁式抽油機(jī)為主流，夾雜著鏈條抽油機(jī)等其他抽油機(jī)作為石油開采設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。游梁式抽油機(jī)因為以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為工作的主要機(jī)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(jī)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(diǎn)。隨著近些年來密封與液壓技術(shù)的進(jìn)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(jī)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(bǔ)救，減少因壞損抽油機(jī)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(yùn)輸，可大大提高機(jī)動性；海上作業(yè)平臺抽油設(shè)備的運(yùn)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(yùn)輸負(fù)擔(dān)；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(jìn)行動力供給。
因此涉及題目綜合性較強(qiáng)，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(jī)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(jī)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(xiàn)非常少，缺點(diǎn)難以避免，望老師審閱后批評指教。
目 錄
前言
1. 緒論……………………………………………………………………………………………4
1.1本課題來源及研究的目的和意義……………………………………………………… 4
1.2本課題所涉及的問題在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析……………………………………… 4
1.3本課題所涉及的問題在國外的研究現(xiàn)狀及分析……………………………………… 4
2. 液壓回路的設(shè)計……………………………………………………………………………5
2.1上行回路與下行回路基本思路的確定………………………………………………… 5
2.2最終回路圖的確定……………………………………………………………………… 6
3. 液壓元件的選用…………………………………………………………………………… 7
3.1液壓缸的選用…………………………………………………………………………… 7
3.2液壓泵的選用…………………………………………………………………………… 9
3.3蓄能器的選用………………………………………………………………………… 10
3.4液壓回路中各元件對應(yīng)型號…………………………………………………………10
4．機(jī)械部分設(shè)計………………………………………………………………………………10
4.1 塔架部分的設(shè)計………………………………………………………………………10
4.2扶正系統(tǒng)………………………………………………………………………………12
4.3液壓缸固定部分……………………………………………………………………… 13
4.4鋼絲固定……………………………………………………………………………… 14
5．安裝與找正……………………………………………………………………………… 15
6．整體效果……………………………………………………………………………… 16
致謝…………………………………………………………………………………………… 17
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 18
2
屆畢業(yè)設(shè)計
液壓抽油機(jī)設(shè)計
設(shè)計說明書
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所屬學(xué)院
專 業(yè)
班 級
指導(dǎo)教師
日 期
1
前 言
國內(nèi)各大油田現(xiàn)以游梁式抽油機(jī)為主流，夾雜著鏈條抽油機(jī)等其他抽油機(jī)作為石油開采設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。游梁式抽油機(jī)因為以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為工作的主要機(jī)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(jī)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(diǎn)。隨著近些年來密封與液壓技術(shù)的進(jìn)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(jī)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(bǔ)救，減少因壞損抽油機(jī)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(yùn)輸，可大大提高機(jī)動性；海上作業(yè)平臺抽油設(shè)備的運(yùn)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(yùn)輸負(fù)擔(dān)；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(jìn)行動力供給。
因此涉及題目綜合性較強(qiáng)，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(jī)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(jī)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(xiàn)非常少，缺點(diǎn)難以避免，望老師審閱后批評指教。
目 錄
前言
1. 緒論……………………………………………………………………………………………4
1.1本課題來源及研究的目的和意義……………………………………………………… 4
1.2本課題所涉及的問題在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及分析……………………………………… 4
1.3本課題所涉及的問題在國外的研究現(xiàn)狀及分析……………………………………… 4
2. 液壓回路的設(shè)計……………………………………………………………………………5
2.1上行回路與下行回路基本思路的確定………………………………………………… 5
2.2最終回路圖的確定……………………………………………………………………… 6
3. 液壓元件的選用…………………………………………………………………………… 7
3.1液壓缸的選用…………………………………………………………………………… 7
3.2液壓泵的選用…………………………………………………………………………… 9
3.3蓄能器的選用………………………………………………………………………… 10
3.4液壓回路中各元件對應(yīng)型號…………………………………………………………10
4．機(jī)械部分設(shè)計………………………………………………………………………………10
4.1 塔架部分的設(shè)計………………………………………………………………………10
4.2扶正系統(tǒng)………………………………………………………………………………12
4.3液壓缸固定部分……………………………………………………………………… 13
4.4鋼絲固定……………………………………………………………………………… 14
5．安裝與找正……………………………………………………………………………… 15
6．整體效果……………………………………………………………………………… 16
致謝…………………………………………………………………………………………… 17
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 18
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(jī)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(jī)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(qiáng)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(jī)雖有大載荷的特點(diǎn)，但這種舊型設(shè)備體型笨重，運(yùn)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(yùn)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(jī)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(jī)工作原理不是曲柄連桿機(jī)構(gòu)或者其變形，工作原理在本身結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)就省去了大量的鋼材，有著改善采油設(shè)備經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(jī)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(jī)，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(yùn)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(jī)，同樣以液壓缸做驅(qū)動。
1992年、1993年蘭州石油機(jī)械研究所、浙江大學(xué)先后以“液壓泵—液壓馬達(dá)”結(jié)構(gòu)研制出新型液壓抽油機(jī)。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(jī)業(yè)迅速發(fā)展起來。
以下對上述幾種抽油機(jī)作簡要分析：
YCJ—II型液壓抽油機(jī)直接用液壓缸的直線往復(fù)運(yùn)動工作，具有結(jié)構(gòu)簡單，比常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能的特點(diǎn)。在遼河油田的實(shí)驗說明其在北方冬季野外有可連續(xù)運(yùn)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(hù)措施有所欠缺，對機(jī)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(jī)利用換向閥控制液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，以齒輪—齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動，同時采用了機(jī)械平衡方式。在液壓系統(tǒng)上彌補(bǔ)了YCJ—II型的不足，同時整機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。
功率回收型液壓抽油機(jī)利用了“變量泵—馬達(dá)”這一特殊元件，實(shí)現(xiàn)了“長沖程，低沖次，大載荷”的特點(diǎn)，并有安全保護(hù)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(dāng)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(jī)的研制起步較早，但由于翻譯過的外文文獻(xiàn)較少，這里只做介紹，不做詳細(xì)分析。
1961年美國Axelson公司研制出Hydrox長沖程CB型液壓抽油機(jī)，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(shí)驗。
1965年蘇聯(lián)研制出ArH油管平衡式液壓抽油機(jī)，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(jī)。沖程10m，最高沖次5.0/min，懸點(diǎn)載荷34.23~195.64KN。
此后仍有不少新型液壓抽油機(jī)產(chǎn)品出現(xiàn)，在國外，液壓抽油機(jī)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(dá)與液壓缸。
對于抽油機(jī)來說，其工作為直線往復(fù)運(yùn)動，液壓馬達(dá)可配合齒輪齒條機(jī)構(gòu)做直線往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)長沖程，液壓缸則較短沖程內(nèi)直接實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)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(diǎn)，機(jī)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(xiàn)[1]，由于懸點(diǎn)始終受到向下的重力，故考慮將下行回路時懸點(diǎn)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(diǎn)?；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(fù)擔(dān)。
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(diǎn)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(diǎn)需要1MPa。
下行回路應(yīng)實(shí)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(jī)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(jī)的不利損害，或者液壓泵直接卸載導(dǎo)致的能量浪費(fèi)。
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(diǎn)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(diǎn)拉著液壓泵和電動機(jī)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其作負(fù)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(diǎn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(jī)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(jìn)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(diǎn)最大載荷為80kN，即上升行程負(fù)重80kN。
回程落下負(fù)重按以下公式計算：（參照參考文獻(xiàn)[1]）
式中——抽油桿的落下負(fù)載
——抽油桿重力
——活塞桿以及鋼絲接頭等零件重力
——運(yùn)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(xiàn)[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(jī)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(jìn)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(shí)際工作排量為。則下行回路中回收部分油液，當(dāng)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(jī)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(jìn)入蓄能器，當(dāng)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(diǎn)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(diǎn)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(fù)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(jī)
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(jī)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(jìn)行測繪，得到實(shí)體圖后進(jìn)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(jìn)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(yuǎn)小于Q235角鋼的屈服強(qiáng)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(jìn)行加強(qiáng)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(qiáng)筋設(shè)計時的應(yīng)力分布情況，如右圖，加強(qiáng)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(bǔ)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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)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(jī)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(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)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(fèi)”，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(diǎn)嚴(yán)厲批評，學(xué)生會將此教導(dǎo)作為本科最后的授課，謹(jǐn)記終生。
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