r弯游梁抽油机平衡臂联接结构的可靠性设计.doc
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1、职称技术报告弯游梁抽油机平衡臂联接结构的可靠性设计摘 要: 针对目前弯游梁抽油机在使用过程中出现平衡臂支座底板焊缝开裂、平衡臂支座联接螺栓断裂、平衡臂支座加强筋板撕裂及游梁后端板压溃等问题,通过对游梁详细地受力计算和运用Pro/E分析软件对其进行有限元分析,指出平衡臂支座底板与游梁上翼板焊缝处局部应力超过了许用应力、易导致焊缝产生局部裂纹并扩展是造成支座底板焊缝开裂、支座联接螺栓断裂及加强筋板撕裂的主要原因,游梁后端板的挤压应力超过其许用挤压应力是导致后端板压溃的主要原因。为此,以弯游梁16型抽油机为例对游梁进行了受力计算,并在Pro/E的MECHANICA环境下对游梁后端及平衡臂联接结构的模
2、型进行有限元分析,并对平衡臂联接结构进行了改进,改进后此结构的可靠性有较大提高,为其它类型的弯游梁抽油机进行受力分析和平衡臂联接结构改进提供参考。主题词:抽油机 平衡臂 受力分析 Pro/E弯游梁抽油机是吐哈油田主要的采油机械设备。它以结构简单、能耗低等优点在油田上被推广使用。由于弯游梁抽油机采用“大旋臂、游梁平衡技术”,它同游梁平衡抽油机一样,也存在一些固有的缺点。最大的缺点就是在使用过程中安全性不可靠。一是当抽油机失载时,游梁平衡重处于自由落体运动状态,由此产生的冲击载荷就会对其它部件及设施造成恶劣的破坏;二是由于游梁平衡重较大,尤其是大中型抽油机,在运动过程中产生很大的惯性载荷,由此惯性
3、载荷和游梁配重重力的共同作用就会导致平衡臂联接支座附近处的游梁应力集中比较恶劣的地方产生微裂纹,随着时间的推移,微裂纹逐步扩大,最后导致游梁上翼板撕裂。在以前我们对游梁进行了补强,游梁撕裂的现象有所减少,收到一定的效果,但目前还存在平衡臂支座底板焊缝开裂、平衡臂支座联接螺栓断裂及加强筋板撕裂等故障。据详细分析主要其原因有:1、受力分析时、力学模型考虑不够全面,尤其是受力较复杂的游梁后端;2、局部地方应力超过材料的许用应力;3、平衡臂联接结构不尽合理;4、制造工艺不满足要求。为此,以16型抽油机为例,对游梁的受力进行了详细的分析和计算,指出游梁后端所受外力的变化规律及特点,并在Pro/E的MEC
4、HANICA环境下对游梁后端及平衡臂联接结构的模型进行有限元分析,并对平衡臂联接结构进行了改进。1 受力分析及有限元计算1.1受力分析方法的选定我们在对抽油机进行受力分析时,可以根据静力学的“物系平衡问题求解法”进行受力分析和计算。而以“物系平衡问题求解法”的方法进行受力分析时必须满足的先决条件就是此问题属于“静定问题”,这样才能求解。根据弯游梁抽油机的结构特点,以平衡臂、游梁及驴头作为物体系统研究对象,忽略平衡臂、游梁及驴头的自身重量,当游梁摆角为时物系的受力如图1。以00xy为坐标系建立物系平衡方程组一。O0P连PxP0yQ游QaCAKx图1 物系受力示意图方程组一: 根据上述方程组一可知
5、,未知量为、及,其个数等于平衡方程数目,所以属于静定问题,可以用“物系平衡问题求解法”进行受力分析和计算。1.2 分析模型的选定及方程组的建立游梁受力近似一个简单支梁,中间为支点,两端为自由端,平衡臂与游梁的联接方式是“上挂下顶”,如图2。以游梁和驴头为研究对象,略去游梁和驴头自重的影响,当绕支点O摆动时游梁受到悬点载荷、连杆作用力、平衡臂对游梁后端的作用力、平衡臂通过平衡臂支座作用与游梁上翼板的作用力、支架对游梁的作用力。当游梁摆角为时游梁所受作用力如图3。当物系处于平衡时,其每一部分物体处于平衡,因此以00xy为坐标系列平衡方程组二。联立方程组一与二可以得出连杆力、平衡臂对游梁后端的作用力
6、与及支架力。图2 游梁平衡臂联接方式图P连yCxPO0P0P2P1KxkA图3 抽油机游梁受力示意图方程组二: 1.3游梁后端作用力的规律由于游梁后端是易出现事故的位置,我们以弯游梁16型抽油机为例,对游梁后端所受的力P1与P2进行详细的分析和计算,见图4。从图5可以看出游梁后端所受作用力在一个冲程内呈交变状态,在上冲程过程中由大变小、在下冲程过程中由小变大,在驴头下死点附近处呈现最大值。从图6图8可以看出,游梁后端所受作用力的变化规律,平衡臂支座的安装位置对游梁后端所受作用力的大小有很大的影响,平衡臂支座与游梁支撑中心的距离越大游梁后端所受的作用力越小、平衡臂挂轴与平衡支撑轴的垂直距离n越大
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- 关 键 词:
- 弯游梁 抽油机 平衡 联接 结构 可靠性 设计
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