抽油机用非圆行星轮系换向装置的设计与实验研究

发布时间：2018-05-25 07:49

  本文选题：换向装置 + 非圆齿轮　； 参考：《兰州理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：石油是工业发展最为重要的能源之一,抽油机的研发是抽油设备生产制造的重要环节。抽油机设备组成中,换向装置是实现抽油运动的关键,传统的游梁式抽油机效率低下,已逐渐不能满足石油生产要求,国内外对采用新型换向装置的无游梁式抽油机的设计层出不穷。本课题通过对滚筒式抽油机换向方式的研究,结合非圆齿轮行星轮系的运动特性,设计一种无切换式自动换向装置。该装置整体结构简单,可避免结构复杂、故障频出等问题,运行时换向平稳,能够提高抽油机换向运动的稳定性和对多种工况的适用性。首先,通过对滚筒式抽油机工作原理分析并结合非圆齿轮及行星轮系运动规律,确定抽油机换向装置传动方案,对方案中轮系结构及应用于该轮系的非圆齿轮副进行啮合传动分析,确保轮系传动可达到抽油机换向运动要求。其次,进行换向装置结构设计。对该方案所采用的非圆齿轮节曲线公式进行推导,根据运动要求并参照标准圆齿轮参数,确定非圆齿轮设计参数,并对齿轮齿廓曲线进行设计。对轮系结构及换向装置其他零部件按照尺寸配合进行设计,分别建立三维模型并进行换向装置整体装配。将装置模型导入ADAMS中进行运动仿真,通过结果对比分析,检验换向装置运动是否达到设计要求。然后,对滚筒抽油机进行整体结构设计,分析所设计非圆轮系换向装置对滚筒抽油机工作性能的影响。进行非圆齿轮副、装置箱体以及换向装置整体模态分析。通过分析各阶模态振型及相应固有频率,获得设计强度薄弱点及共振发生频段,并提出改进方案。最后,进行滚筒抽油机换向装置运动性能测试。所搭建实验平台包括机械结构部分、数据采集及控制部分以及测试软件部分。通过各传感器及测试软件对换向装置各运动量及振动量进行数据记录、处理及显示。通过不同实验数据对比对换向装置运动及振动特性进行分析。将非圆行星轮系应用于抽油机换向装置,从传动方案的提出到搭建平台进行换向装置性能测试,多方面验证该设计的可行性。因此行星轮系在换向装置上的应用,可以为抽油设备的研发提供一种新思路。
[Abstract]:Petroleum is one of the most important energy in industrial development, and the research and development of pumping unit is an important link in the production and manufacture of pumping equipment. In the equipment composition of pumping unit, the reversing device is the key to realize the pumping movement. The traditional beam pumping unit has been unable to meet the requirements of oil production because of its low efficiency. The design of beamless pumping units with new reversing devices is emerging all over the world. Based on the research of reversing mode of cylinder pumping unit and the motion characteristics of non-circular gear planetary gear train, a non-switching automatic reversing device is designed in this paper. The whole structure of the device is simple, which can avoid the problems of complex structure, frequent failure and smooth commutation, which can improve the stability of reversing motion of pumping unit and its applicability to various working conditions. First of all, by analyzing the working principle of the cylinder pumping unit and combining the motion law of the non-circular gear and planetary gear train, the transmission scheme of the reversing device of the pumping unit is determined. The meshing transmission analysis of the gear train structure and the non-circular gear pair applied to the gear train is carried out to ensure that the gear train transmission can meet the requirements of the reversing motion of the pumping unit. Secondly, the structure of reversing device is designed. The formula of non-circular gear pitch curve used in this scheme is deduced. According to the motion requirement and the standard circular gear parameters, the design parameters of non-circular gear are determined, and the tooth profile curve is designed. The gear train structure and other parts of the commutator are designed according to the dimensions, the 3D models are established and the whole assembly of the commutator is carried out. The device model is imported into ADAMS to simulate the motion, and the results are compared and analyzed to verify whether the movement of the reversing device meets the design requirements. Then, the integral structure of the roller pumping unit is designed, and the influence of the non-circular gear train reversing device on the working performance of the roller pumping unit is analyzed. The whole modal analysis of non-circular gear pair, device box and commutator is carried out. The weakness of design strength and the frequency band of resonance are obtained by analyzing the modes of each order and the corresponding natural frequencies, and an improved scheme is put forward. Finally, the motion performance of the reversing device of the roller pumping unit is tested. The experimental platform consists of mechanical structure, data acquisition and control, and testing software. The data of movement and vibration of reversing device are recorded, processed and displayed by sensors and test software. The motion and vibration characteristics of the commutator are analyzed by comparing different experimental data. The non-circular planetary gear train is applied to the reversing device of the pumping unit. The feasibility of the design is verified from the transmission scheme to the setting up of the platform for the performance test of the commutator. Therefore, the application of planetary gear train in reversing device can provide a new idea for the research and development of pumping equipment.
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH132.425;TE933.1

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本文编号：1932662