游梁式抽油机尾部支撑结构的分析研究

发布时间：2017-10-07 18:18

  本文关键词：游梁式抽油机尾部支撑结构的分析研究

  更多相关文章： 游梁式抽油机尾部支撑 运动学分析 轴承 疲劳 可靠性 多体系统动力学

【摘要】：在油田有杆抽油设备中,常规型游梁式抽油机的使用最为广泛。随着我国自主研制的常规型游梁式抽油机大量出口国外,在油田使用过程中显露出了诸如整机寿命低于设计寿命、驴头悬点摆动等问题。而美国著名Lufkin石油公司生产的常规型游梁式抽油机并不存在上述问题,对比两类抽油机结构发现主要区别在于尾部支撑,因此两类不同结构尾部支撑的对比分析对改善和提高我国游梁式抽油机整机性能有重大意义。首先以C-456D-305-144常规型游梁式抽油机为例,根据其结构和工作原理,建立抽油机运动学和动力学模型,得到作用在尾部支撑轴的动态载荷。其次,对游梁式抽油机尾部支撑做多体静力学分析,确定两类结构的最大应力和应变位置为轴承与轴接触处;根据Hertz接触理论以及轴承的不同参数,获得双列调心滚子轴承和无内圈滚针轴承的力学基础模型,依据其动态载荷得到两种轴承的载荷分布以及在运动周期内的径向位移变化。再次,采用ANSYS-PDS和ANSYS/FE-SAFE模块对两种结构的轴分别做疲劳分析与可靠性分析,得出“Lufkin”结构的尾部支撑疲劳寿命较长;可靠性方面:虽然二者可靠度均为1,但“兰石”结构的尾部支撑轴存在安全隐患。最后,建立“兰石”结构和“Lufkin”结构整机的虚拟样机模型,利用ADAMS软件,对抽油机工作的真实工况进行模拟仿真分析。结果表明:1.冲程方面:“Lufkin”结构较“兰石”结构提高17.6%;游粱支撑受力较“兰石”结构减小20%,变化曲线稳定;2.悬点竖直载荷方面:“Lufkin”结构较“兰石”结构提高0.48%;而影响悬点摆动的游梁方向载荷“兰石”结构远大于“Lufkin”结构;3.尾部支撑的ADAMS分析也表明轴向位移方面无内圈滚针轴承小于双列调心滚子轴承。可见,游梁式抽油机在尾部支撑结构上:“Lufkin”结构优于“兰石”结构。
【关键词】：游梁式抽油机尾部支撑 运动学分析 轴承 疲劳 可靠性 多体系统动力学
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 课题的背景及意义14-15
• 1.2 国内外抽油机尾部支撑的发展现状15-19
• 1.2.1 国内抽油机尾部支撑的发展现状15-17
• 1.2.2 国外抽油机尾部支撑的发展现状17-19
• 1.3 论文的研究内容及创新点19-21
• 1.3.1 论文的研究内容19
• 1.3.2 论文的创新点19-21
• 第2章 游梁式抽油机尾部支撑的动力学分析21-33
• 2.1 游梁式抽油机的结构及性能参数21-22
• 2.1.1 结构组成21
• 2.1.2 性能参数21-22
• 2.2 游梁式抽油机的运动学分析22-27
• 2.2.1 几何结构分析22-25
• 2.2.2 运动分析25-27
• 2.3 尾部支撑的动力学分析27-32
• 2.3.1 影响尾部支撑运动部件的惯性力计算27-30
• 2.3.2 尾部支撑轴上集中载荷的计算30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 游梁式抽油机尾部支撑轴承的接触力学特性分析33-45
• 3.1 两类尾部支撑结构的静力学分析33-35
• 3.2 基于Hertz理论的接触力学特性问题的求解35-39
• 3.2.1 Hertz接触问题及假设35
• 3.2.2 接触的两种情况及应力分布35-36
• 3.2.3 接触类型的确定36-39
• 3.3 游梁式抽油机尾部支撑轴承的动载及位移分析39-44
• 3.3.1 运动分析39-41
• 3.3.2 尾部轴承的载荷分析41-43
• 3.3.3 尾部轴承的位移分析43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 游梁式抽油机尾部支撑轴的疲劳与可靠性分析45-63
• 4.1 游梁式抽油机尾部支撑轴的有限元分析45-52
• 4.1.1 模态分析45-48
• 4.1.2 瞬态动力学分析48-52
• 4.2 游梁式抽油机尾部支撑轴的疲劳分析52-55
• 4.2.1 疲劳累积损伤理论52-53
• 4.2.2 ANSYS/FE-SAFE软件的理论基础53
• 4.2.3 游梁式抽油机尾部支撑轴的ANSYS/FE-SAFE加载与结果分析53-55
• 4.3 尾部支撑轴可靠性分析55-62
• 4.3.1 Monte-Carlo概率有限元法56
• 4.3.2 抽样方法的选取56
• 4.3.3 极限状态方程56-57
• 4.3.4 ANSYS概率设计分析步骤57
• 4.3.5 游梁式抽油机尾部支撑轴的ANSYS-PDS概率有限元分析57-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 游梁式抽油机的多体动力学分析63-72
• 5.1 虚拟样机技术在石油机械中的应用63
• 5.2 游梁式抽油机整机虚拟样机的建立63-66
• 5.2.1 前提与说明63
• 5.2.2 三维模型的建立63-64
• 5.2.3 添加约束及接触64-65
• 5.2.4 添加驱动及外力65-66
• 5.3 游梁式抽油机整机的多体动力学仿真分析66-71
• 5.3.1 整机的仿真分析66-69
• 5.3.2 游梁式抽油机尾部支撑的仿真分析69-70
• 5.3.3 结果对比分析70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 结论与展望72-74
• 结论72-73
• 展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文78-79
• 附录B Matlab计算文件79-83
• 附录C 尾部支撑轴可靠性分析命令流83-88

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本文编号：989354