懸掛偏置游梁抽油機(jī)是一種節(jié)能新型抽油機(jī)，整機(jī)結(jié)構(gòu)尤如一架天平，其運(yùn)動(dòng)部件與常規(guī)機(jī)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(diǎn)負(fù)荷變化與平衡力距的變化規(guī)律趨于一致。同時(shí)，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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行安全可靠。動(dòng)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(jī)能否安全可靠運(yùn)行，在很大程度上取決于承載構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度裕度。利用電阻應(yīng)變測(cè)量技術(shù)對(duì)該型抽油機(jī)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(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試研究，為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
應(yīng)力測(cè)試方案
選取新型懸掛偏置游梁抽油機(jī)作為測(cè)試樣機(jī)，在3種不同載荷下，采用應(yīng)變儀進(jìn)行動(dòng)、靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試。并對(duì)減速器輸出軸扭矩與常規(guī)抽油機(jī)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。
動(dòng)靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)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(cè)量電橋，采用JHDJ動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將應(yīng)變片測(cè)出的構(gòu)件表面某點(diǎn)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(cè)試加載方案
為研究該機(jī)應(yīng)力與載荷的關(guān)系，試驗(yàn)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(cè)試
*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(dòng)應(yīng)力測(cè)試
對(duì)于工況1，前驢頭加載5600kg，后驢頭加載3428kg，沖次9min-1，次程3m；對(duì)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(yàn)數(shù)據(jù)分析
- 游梁 游梁理論計(jì)算采用ASP91分析程序?qū)?font color="#ff0000">*危險(xiǎn)工況進(jìn)行有限元計(jì)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(dòng)鉸支，可得到模型非常直觀清晰的全場(chǎng)應(yīng)力分析情況，比較二者結(jié)果可知，計(jì)算與實(shí)測(cè)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(dòng)應(yīng)力*大僅為10MPa（發(fā)生在工況1,9min-1時(shí)），強(qiáng)度足夠，計(jì)算所得全場(chǎng)應(yīng)力分布圖也是準(zhǔn)確的。
- 連桿 由2根連桿各測(cè)點(diǎn)靜測(cè)數(shù)值增量及計(jì)算值可計(jì)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(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算誤差分別為18.7%、-4.9%、39%。從*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(shí)測(cè)連桿總壓力P=44.766KN；連桿上平均應(yīng)力σA=Eε=6.86MPa?？梢?jiàn)，當(dāng)抽油機(jī)兩邊載荷平衡時(shí)，連桿上的靜應(yīng)力很小。
由各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變量及應(yīng)力可看出，*大動(dòng)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(shí)，連桿測(cè)點(diǎn)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(qiáng)度，但對(duì)連桿兩端的聯(lián)接部位，應(yīng)注意應(yīng)力集中對(duì)其使用壽命的影響。當(dāng)采用6min-1時(shí)，連桿動(dòng)應(yīng)力幅度大幅降低，平均不僅為前者的23%，而事實(shí)上，抽油機(jī)在生產(chǎn)中基本上都采用中低沖次。因此，該抽油機(jī)連桿的設(shè)計(jì)是合理的。
扭矩測(cè)試
為檢測(cè)該型機(jī)減速箱輸出扭矩特性，在3種典型工況中，對(duì)其減速箱輸出軸扭矩及常規(guī)游梁抽油機(jī)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，沖程調(diào)為3m，沖次及懸點(diǎn)掛重*一樣。測(cè)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(cè)量時(shí)，組成全橋。工況1，沖次9min-1、懸點(diǎn)掛重7.11*103kg、沖程3m（懸點(diǎn)動(dòng)載9.3*103kg）；工況2，沖次6min-1、懸點(diǎn)掛重5.35*103kg、沖程3m（懸點(diǎn)動(dòng)載6.1*103kg）；工況3，沖次4min-1、懸點(diǎn)掛重5.35*103kg、沖程3m（懸點(diǎn)動(dòng)載6.1*103kg）。
由不同工況下減速箱輸出軸扭矩?cái)?shù)據(jù)可知，新型機(jī)所使用37KN*m減速箱在工況2、3時(shí)，正負(fù)扭矩峰值與常規(guī)型53KN*m減速箱相比，在低沖次時(shí)，減速箱輸出軸正扭矩峰值比常規(guī)抽油機(jī)低73%，負(fù)扭矩峰值比常規(guī)抽油機(jī)低80%。
總結(jié)
對(duì)該井新舊機(jī)型進(jìn)行了安裝前后及使用過(guò)程中跟蹤對(duì)比測(cè)試，取得了較為完整和可信的數(shù)據(jù)，與常規(guī)抽油機(jī)對(duì)比臺(tái)架試驗(yàn)節(jié)電率達(dá)17%-42%，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在使用節(jié)能電機(jī)基礎(chǔ)上節(jié)電率達(dá)15%（而常規(guī)機(jī)本身為節(jié)能機(jī)型，所配電機(jī)為節(jié)能雙速電機(jī)）。
- 主要承載構(gòu)件如游梁、連桿各點(diǎn)應(yīng)力與理論計(jì)算結(jié)果吻合，均能滿足設(shè)計(jì)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(jī)，節(jié)能機(jī)理合理有效。
- 該型抽油機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，綜合性能有一定優(yōu)勢(shì)，有一定市場(chǎng)潛力。
- 抽油機(jī)運(yùn)行安全可靠，節(jié)能效果好。
由于天氣等原因，少數(shù)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)不太準(zhǔn)確，且理論值與實(shí)測(cè)值之間有一定的誤差，但誤差仍在工程允許范圍內(nèi)，測(cè)試方法正確可行，結(jié)論可靠。
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