游梁抽油机磁流变二次精确平衡及控制研究

发布时间：2017-04-17 17:00

  本文关键词：游梁抽油机磁流变二次精确平衡及控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济全球化的快速发展,能源问题已经成为当今世界主流的问题,石油作为一种不可再生的资源推动着社会的不断发展。传统的游梁式抽油机具有结构简单、制造成本低和容易维修等优点,使它一直在石油开采中处于主导地位。由于在工作时曲柄净力矩波动极其剧烈,有时甚至达到了负力矩状态,大大的降低了电机的效率和使用寿命,给全球带来了巨大的能源浪费。本文的主要研究内容是在游梁式抽油机曲柄配重一次平衡的基础上,进行二次精确平衡研究,在游梁轴上添加磁流变阻尼器,通过对磁流变阻尼器进行半主动控制,从而调节曲柄净力矩曲线,使其波动变平缓,达到节能效果。(1)对游梁式抽油机进行运动学和动力学分析,通过计算绘制出了悬点示功图与曲柄净力矩曲线。建立游梁式抽油机的三维ADAMS模型,通过仿真得到了相关的动力学与运动学曲线,对比两种方法绘制出的曲线,它们的变化趋势基本一致。(2)根据曲柄净力矩曲线设计出磁流变阻尼器的三维结构模型,利用ANSYS磁场仿真模块,对模型进行电磁学分析,并优化了磁流变阻尼器活塞的结构,得到磁流变液剪切屈服强度与电流的关系,利用上述关系建立系统的宾汉(Bingham)控制模型,并求出相应的控制参数。(3)建立游梁式抽油机与磁流变阻尼器系统的三维装配模型,并校核了关键零部件的强度,将建立好的系统模型导入ADAMS中,建立ADAMS与MATLAB联合仿真系统,设计模糊控制器对系统进行智能控制,最终使能耗降低了11.49%,并且电机的寿命得到了明显的提升。本文将磁流变阻尼器应用到石油开采中,是一种前所未有的创新,为抽油机的未来发展指引了一条新方向。
【关键词】：游梁式抽油机 磁流变阻尼器 联合仿真 模糊控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 本文的研究目的和意义9-10
• 1.3 游梁抽油机与磁流变阻尼器的国内外研究现状10-15
• 1.3.1 游梁式抽油机节能方法的国内外研究现状10-13
• 1.3.2 MRF的国内外研究现状13-15
• 1.4 课题的主要研究内容15-17
• 第2章 游梁式抽油机的动力学与运动学分析17-35
• 2.1 抽油机的运动学及动力学理论分析17-27
• 2.1.1 抽油机的理论运动学分析17-20
• 2.1.2 抽油机悬点载荷的分析20-24
• 2.1.3 悬点示功图的绘制24-25
• 2.1.4 曲柄净力矩25-27
• 2.2 游梁式抽油机的三维建模与仿真27-32
• 2.2.1 游梁式抽油机的三维建模27-28
• 2.2.2 游梁式抽油机ADAMS运动学与动力学仿真28-32
• 2.3 三相异步电机的选取32-33
• 2.4 二次精确平衡方案设计33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 磁流变阻尼器的结构设计及其磁场仿真35-51
• 3.1 磁流变液简介35-38
• 3.1.1 磁流变液的特性35-36
• 3.1.2 磁流变液的工作机理36
• 3.1.3 磁流变阻尼器的工作模式36-38
• 3.2 磁流变阻尼器的设计38-44
• 3.2.1 磁流变液的特性及选择38-40
• 3.2.2 磁流变阻尼器结构的设计40-44
• 3.3 磁流变阻尼器有限元磁场仿真44-48
• 3.3.1 ANSYS磁场分析44-46
• 3.3.2 绘制阻尼器的B-H曲线46-48
• 3.4 BINGHAM模型的建立及其参数确定48-50
• 3.4.1 Bingham模型48-49
• 3.4.2 Bingham模型参数的确定49-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 游梁式抽油机二次精确平衡控制及仿真51-72
• 4.1 三维模型装配与虚拟样机模型的建立51-57
• 4.1.1 齿轮齿条的设计51-52
• 4.1.2 齿轮齿条接触疲劳强度校核52-55
• 4.1.3 联合仿真系统模型的建立55-56
• 4.1.4 总装系统ADAMS模型的建立56-57
• 4.2 模糊控制器的建立57-64
• 4.2.1 模糊系统的理论基础57
• 4.2.2 模糊控制系统57-58
• 4.2.3 模糊控制器的组成58-61
• 4.2.4 模糊控制器的设计61-64
• 4.3 ADAMS与MATLAB联合仿真64-71
• 4.3.1 联合仿真的简介64
• 4.3.2 联合仿真的实现方法64-65
• 4.3.3 MATLAB联合仿真系统的建立65-66
• 4.3.4 系统的联合仿真分析66-71
• 4.4 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77

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