游梁式抽油机连杆装置性能的分析与研究

发布时间：2020-05-12 08:41

【摘要】：连杆装置是游梁式抽油机的主要受力及运动部件,工作环境恶劣,承受着复杂的交变冲击载荷,且较其它部件相对薄弱,时有出现微裂纹及断裂等故障,因此,分析研究连杆装置的故障问题及其性能是抽油机开发与设计的重点。传统设计已不能跟上现代机械工业的发展,本课题基于现代设计理论,以计算机为设计工具,以工程设计相关软件为基础,结合多体动力学理论、有限元方法、疲劳强度理论、优化设计方法等,对常规型游梁式抽油机连杆装置的性能进行分析与研究。首先,本课题以C-456D-305-144型游梁式抽油机为研究对象,对游梁式抽油机进行了运动学和动力学理论分析与计算,分析其悬点和连杆装置的位移、速度、加速度等运动学特性参数,且分析了其悬点和连杆装置所受的作用力等动力学特性参数,为下文虚拟样机模拟和有限元仿真分析提供了可靠的理论依据。其次,运用虚拟样机仿真软件ADAMS分别对抽油机进行多刚体系统及刚柔耦合系统运动学和动力学仿真,得出抽油机的运动学与动力学参数特性变化规律曲线,验证了理论分析计算与本文建立的游梁式抽油机分析模型的正确性,为后续有限元分析提供原始输入数据,并生成连杆装置的载荷-时间历程文件,为疲劳强度分析提供载荷条件。再次,通过ANSYS Workbench平台仿真模拟得出了考虑焊缝的连杆装置的总变形、应力分布、应变分布及模态振动特性,且通过带有预应力的非线性屈曲稳定性分析,得出了连杆装置的非线性临界屈曲失稳载荷,得到前六阶屈曲载荷因子和屈曲模态振型,为后续结构优化设计提供理论依据,并为今后连杆装置的研究提供了实用的参考价值。最后,本文运用一种改进的名义应力法,结合疲劳强度分析软件计算出连杆装置的疲劳寿命、疲劳损伤及安全因子分布,综合以上结果数据得出连杆套为连杆装置的薄弱构件,进而为下面的优化设计提供数据支持。接下来,对连杆套进行参数化建模,运用一种基于Direct Optimization(直接优化)的多目标驱动优化方法对连杆套进行结构优化设计,并将优化前后的结构性能参数进行分析对比。由结果可得:结构最大变形从0.03683mm减小到0.0189mm,刚度增强;优化后连杆套的疲劳寿命有了明显提升,从优化前的1.451E+005增大到1.0E+006;将连杆套优化后的连杆装置应变减小了41.4%;优化后的连杆装置的强度、刚度与疲劳寿命均得到改善,达到优化目的。接着,运用Six Sigma Analysis(六西格玛)技术分析优化后的连杆套结构的安全因子概率分布,分析优化后结构的可靠性大小,为以后连杆套的设计提供实用的参考依据。
【图文】：

游梁式抽油机,柄轴,采油系统

分析 C-456D-305-144 型游梁式抽油机连杆装置的主要失效形式和故前，先了解游梁式抽油机和连杆装置的结构特点及其工作原理。游三抽采油系统中的地面驱动装置，由减速系统将动力机的高速旋转柄轴的低速旋转运动，，再通过四杆机构将曲柄轴的旋转运动转化成的上下往复直线运动。抽油杆带动井下抽油泵做上下往复式运动，的目的[2-3]。其结构如图 1.1 所示。

游梁式抽油机,三维实体

常见游梁式抽油机连杆装置三维实体结构简图
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE933.1

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