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懸掛偏置游梁抽油機是一種節(jié)能新型抽油機，整機結(jié)構(gòu)尤如一架天平，其運動部件與常規(guī)機基本相同，但在平衡方式上采用游梁平衡方式，去掉了曲柄平衡塊，增加了懸掛及偏置平衡塊，在游梁上裝有前后驢頭，懸點負(fù)荷變化與平衡力距的變化規(guī)律趨于一致。同時，減速箱凈扭矩減小，具有較好的節(jié)電效果。采用前置橫梁及連桿，雙排*軸承座，沖程增大，四連桿機構(gòu)設(shè)計合理，運行安全可靠。動態(tài)平衡率高，調(diào)節(jié)參數(shù)方便，易于操作維護(hù)。抽油機能否安全可靠運行，在很大程度上取決于承載構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度裕度。利用電阻應(yīng)變測量技術(shù)對該型抽油機游梁、連桿等主要承載構(gòu)件在不同載荷及工況下進(jìn)行靜、動態(tài)應(yīng)力測試研究，為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

應(yīng)力測試方案

選取新型懸掛偏置游梁抽油機作為測試樣機，在3種不同載荷下，采用應(yīng)變儀進(jìn)行動、靜態(tài)應(yīng)力測試。并對減速器輸出軸扭矩與常規(guī)抽油機進(jìn)行對比測試。

動靜態(tài)應(yīng)力測試點選取

根據(jù)受力分析，應(yīng)變片選取在游梁、連桿的大應(yīng)力處。將各種電阻應(yīng)變片按一定方向粘貼在結(jié)構(gòu)表面，接成測量電橋，采用JHDJ動靜態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將應(yīng)變片測出的構(gòu)件表面某點應(yīng)變換算后得到應(yīng)力值，不同應(yīng)力狀態(tài)采用不同的換算關(guān)系。

應(yīng)力測試加載方案

為研究該機應(yīng)力與載荷的關(guān)系，試驗中分3次加載。加載前驢頭自重608kg，負(fù)載2100kg；后驢頭自重1860kg，后驢頭平衡塊重2080kg。

靜應(yīng)力測試

第一次加載，前驢頭加載2100kg；第2次加載，后驢頭加載2700kg；第3次加載，前驢頭加載3500kg，后驢頭加載728kg。

動應(yīng)力測試

對于工況1，前驢頭加載5600kg，后驢頭加載3428kg，沖次9min^-1，次程3m；對于工況2，前驢頭加載3840kg，后驢頭加載3092kg，沖次6min^-1，次程3m；工況3，前驢頭加載5600kg，后驢頭加載3428kg，沖次4min^-1，次程3m。

試驗數(shù)據(jù)分析

• 游梁 游梁理論計算采用ASP91分析程序?qū)ξｋU工況進(jìn)行有限元計算，邊界條件處理以*軸承座為固定鉸支，以橫梁軸承支座為可動鉸支，可得到模型非常直觀清晰的全場應(yīng)力分析情況，比較二者結(jié)果可知，計算與實測工況相當(dāng)吻合。游梁大應(yīng)力發(fā)生在上翼板中部，大靜應(yīng)力為47MPa（工況1），游梁動應(yīng)力大僅為10MPa（發(fā)生在工況1,9min^-1時），強度足夠，計算所得全場應(yīng)力分布圖也是準(zhǔn)確的。
• 連桿 由2根連桿各測點靜測數(shù)值增量及計算值可計算出2根連桿在3次加載條件下所引起的總平均應(yīng)變值及每噸載荷引起的平均應(yīng)變值。

3次加載實測結(jié)果與理論計算誤差分別為18.7%、-4.9%、39%。從第一次和第二次加載每噸載荷分別引起的應(yīng)變值，即可得到總載荷作用下2根連桿的總應(yīng)變數(shù)值。

實測連桿總壓力P=44.766KN；連桿上平均應(yīng)力σ_A=Eε=6.86MPa。可見，當(dāng)抽油機兩邊載荷平衡時，連桿上的靜應(yīng)力很小。

由各測點應(yīng)變量及應(yīng)力可看出，大動應(yīng)力發(fā)生在連桿及軸承座部位，當(dāng)采用大負(fù)荷沖次9min^-1時，連桿測點應(yīng)力幅峰值達(dá)到許用應(yīng)力的1/8，但靜應(yīng)力較小，不致于影響連桿強度，但對連桿兩端的聯(lián)接部位，應(yīng)注意應(yīng)力集中對其使用壽命的影響。當(dāng)采用6min^-1時，連桿動應(yīng)力幅度大幅降低，平均不僅為前者的23%，而事實上，抽油機在生產(chǎn)中基本上都采用中低沖次。因此，該抽油機連桿的設(shè)計是合理的。

扭矩測試

為檢測該型機減速箱輸出扭矩特性，在3種典型工況中，對其減速箱輸出軸扭矩及常規(guī)游梁抽油機進(jìn)行對比測試，沖程調(diào)為3m，沖次及懸點掛重*一樣。測試采用在減速器輸出軸兩側(cè)布置2組±45°扭矩應(yīng)變片，測量時，組成全橋。工況1，沖次9min^-1、懸點掛重7.11*10³kg、沖程3m（懸點動載9.3*10³kg）；工況2，沖次6min^-1、懸點掛重5.35*10³kg、沖程3m（懸點動載6.1*10³kg）；工況3，沖次4min^-1、懸點掛重5.35*10³kg、沖程3m（懸點動載6.1*10³kg）。

由不同工況下減速箱輸出軸扭矩數(shù)據(jù)可知，新型機所使用37KN*m減速箱在工況2、3時，正負(fù)扭矩峰值與常規(guī)型53KN*m減速箱相比，在低沖次時，減速箱輸出軸正扭矩峰值比常規(guī)抽油機低73%，負(fù)扭矩峰值比常規(guī)抽油機低80%。

總結(jié)

對該井新舊機型進(jìn)行了安裝前后及使用過程中跟蹤對比測試，取得了較為完整和可信的數(shù)據(jù)，與常規(guī)抽油機對比臺架試驗節(jié)電率達(dá)17%-42%，現(xiàn)場試驗在使用節(jié)能電機基礎(chǔ)上節(jié)電率達(dá)15%（而常規(guī)機本身為節(jié)能機型，所配電機為節(jié)能雙速電機）。

• 主要承載構(gòu)件如游梁、連桿各點應(yīng)力與理論計算結(jié)果吻合，均能滿足設(shè)計要求，技術(shù)條件選擇恰當(dāng)，應(yīng)力分布合理。
• 減速箱輸出扭矩小，平衡性能優(yōu)于曲柄平衡抽油機，節(jié)能機理合理有效。
• 該型抽油機機構(gòu)設(shè)計合理，綜合性能有一定優(yōu)勢，有一定市場潛力。
• 抽油機運行安全可靠，節(jié)能效果好。

由于天氣等原因，少數(shù)測點數(shù)據(jù)不太準(zhǔn)確，且理論值與實測值之間有一定的誤差，但誤差仍在工程允許范圍內(nèi)，測試方法正確可行，結(jié)論可靠。