組合式抽油機(jī)教學(xué)模型設(shè)計(jì)

呂志鵬 李志偉 趙侍晗 吳幫雄

（長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023）

1 研究背景

油氣裝備是石油鉆采行業(yè)不可或缺的重要組成部分，而抽油機(jī)則是其中應(yīng)用最廣泛的采油設(shè)備。 目前，機(jī)械平衡游梁式抽油機(jī)是應(yīng)用最多的設(shè)備， 但是很多學(xué)生在生活中難以見到實(shí)物， 且很難將理論課程與實(shí)體機(jī)械相結(jié)合。對此，提出了一種解決方案——不同形式抽油機(jī)模塊化組合模型。

游梁式抽油機(jī)中又分為常規(guī)型、前置型、異相型、彎游梁型等。 本設(shè)計(jì)的功能是為了實(shí)現(xiàn)這幾種類型抽油機(jī)的組合式互換和自由式裝卸， 突破了傳統(tǒng)抽油機(jī)模型的功能及用途的單一性， 組合式互換性使得教學(xué)更具高效性及生動性， 自由式裝卸可以提高學(xué)生的動手能力及思維能力。本文通過SolidWorks 軟件建立了三維設(shè)計(jì)模型，為實(shí)際模型的設(shè)計(jì)制造打下了基礎(chǔ)。

2 設(shè)計(jì)方案

油田現(xiàn)場應(yīng)用游梁式抽油機(jī)的工作原理是： 電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動， 在經(jīng)過減速箱兩次減速后， 利用四連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動，通過驢頭、懸繩、光桿、抽油桿帶動深井泵抽油。為了實(shí)現(xiàn)前置型抽油機(jī)、 異相型抽油機(jī)、 常規(guī)型抽油機(jī)和彎游梁抽油機(jī)之間的互換， 將驢頭、 游梁后端、連桿、 后接頭等通過在游梁和連桿上鉆多排銷孔使之成為可拆卸或移動的形式。

2.1 單一抽油機(jī)模型的組裝

組合式抽油機(jī)的特點(diǎn)在于其組合性， 所有零件均可拆下， 便于其攜帶與移動。 零件之間通過不同的連接方式， 使得抽油機(jī)的模型組裝十分簡單， 而且緊密有效。

圖1 抽油機(jī)爆炸模型

2.2 驢頭及游梁部分的組裝

2.2.1 驢頭部分

由驢頭芯板、驢頭側(cè)板以及圓柱銷組成。首先將驢頭芯板通過銷連接安裝于游梁組合件的前半部， 固定好位置之后， 再在兩側(cè)安裝驢頭側(cè)板， 連接方式為圓柱銷連接。 考慮到前置型抽油機(jī)的游梁擺動半徑長于其他三種抽油機(jī)， 設(shè)計(jì)了兩種驢頭芯板， 一種用于前置型模型， 另一種通用驢頭芯板用于其他三種模型。驢頭側(cè)板為通用型， 除加固穩(wěn)定驢頭外， 還可固定驢頭上懸繩的位置。

2.2.2 游梁部分游梁部分采用了組合式的設(shè)計(jì)， 可以順利解決不同型抽油機(jī)游梁長度不同的問題。 將驢頭部分與游梁前部安裝完后， 通過銷連接安裝游梁后部與游梁前部。 由于不同型號抽油機(jī)的橫梁位置不同， 故游梁上會存在由于安裝位置不同而加工的矩形孔， 為滿足工作時(shí)游梁強(qiáng)度足夠，在孔內(nèi)安裝補(bǔ)償板。

圖2 通用驢頭芯板

圖3 前置型抽油機(jī)驢頭芯板

圖4 組合游梁

圖5 游梁組合件安裝

2.3 曲柄連桿部分的組裝

曲柄與平衡重塊采用了整體式的設(shè)計(jì)， 安裝于低速軸的兩側(cè)。 連桿與曲柄平衡重組件采用銷連接，兩側(cè)進(jìn)行固定。 在不同形式抽油機(jī)工作時(shí)， 連桿的長度不同， 在連桿的上方設(shè)計(jì)有不同的銷孔， 根據(jù)使用時(shí)的不同長度決定在何處插入定位銷， 從而固定橫梁的位置。

2.4 不同形式抽油機(jī)的變換

以常規(guī)型抽油機(jī)為原型說明： 按照上述方式安裝完成后，得到常規(guī)型抽油機(jī)。

將常規(guī)型抽油機(jī)模型游梁后端的補(bǔ)償板拆下，后接頭向前移， 原先安裝后接頭的位置以補(bǔ)償板替代，適當(dāng)調(diào)整減速機(jī)構(gòu)以及其他機(jī)構(gòu)， 即可變形成為異相型抽油機(jī)模型。

將異相型抽油機(jī)模型游梁件的后段游梁拆下，替換為彎游梁行抽油機(jī)模型專門設(shè)計(jì)的彎游梁后段，將后接頭反向安裝（橫梁、尾軸承座上移），使得橫梁位于游梁上方。 適當(dāng)調(diào)整各機(jī)構(gòu)即可變形成為彎游梁型抽油機(jī)模型。

圖6 曲柄連桿機(jī)構(gòu)

圖7 常規(guī)型抽油機(jī)模型

圖8 異相型抽油機(jī)模型

圖9 彎游梁型抽油機(jī)

圖10 前置型抽油機(jī)模型

將彎游梁型抽油機(jī)模型游梁件的后段游梁拆下，替換為前置型抽油機(jī)模型專門設(shè)計(jì)的前置型游梁后段，將后接頭安裝于游梁組合件的前段長游梁部分，使得橫梁與曲柄機(jī)構(gòu)前置。 同時(shí)將游梁與中心軸連接位置后移，適當(dāng)調(diào)整各機(jī)構(gòu)即可變形成為前置型抽油機(jī)模型。

3 結(jié)束語

組合式抽油機(jī)拆裝方便， 零件單元體積小， 質(zhì)量輕， 通過改變游梁長度及形狀與轉(zhuǎn)動副支承點(diǎn)而進(jìn)行抽油機(jī)的變形。 讓不同類別的機(jī)械平衡式抽油機(jī)通過不同的組裝方式相互轉(zhuǎn)變， 使得課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)演示更為生動且貼近生產(chǎn)，更為多樣化。 教學(xué)時(shí)，方便同學(xué)們更加直觀的理解不同類型抽油機(jī)的工作原理及工作過程，通過自由式裝卸，也可提高學(xué)生的動手能力。