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(zhǎng)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(jiàn)到實(shí)物， 且很難將理論課程與實(shí)體機(jī)械相結(jié)合。對(duì)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(dòng)性， 自由式裝卸可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力及思維能力。本文通過(guò)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(chǎng)應(yīng)用游梁式抽油機(jī)的工作原理是： 電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 在經(jīng)過(guò)減速箱兩次減速后， 利用四連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)驢頭、懸繩、光桿、抽油桿帶動(dòng)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(guò)在游梁和連桿上鉆多排銷孔使之成為可拆卸或移動(dòng)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(dòng)。 零件之間通過(guò)不同的連接方式， 使得抽油機(jī)的模型組裝十分簡(jiǎn)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(guò)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(dòng)半徑長(zhǎng)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(zhǎng)度不同的問(wèn)題。 將驢頭部分與游梁前部安裝完后， 通過(guò)銷連接安裝游梁后部與游梁前部。 由于不同型號(hào)抽油機(jī)的橫梁位置不同， 故游梁上會(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shuō)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(mén)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(mén)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(zhǎng)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(yǔ)

組合式抽油機(jī)拆裝方便， 零件單元體積小， 質(zhì)量輕， 通過(guò)改變游梁長(zhǎng)度及形狀與轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)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(dòng)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(guò)程，通過(guò)自由式裝卸，也可提高學(xué)生的動(dòng)手能力。