毕业设计（论文）折梁式抽油机运动学分析及结构设计.doc

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1、折梁式抽油机运动学分析及结构设计摘 要： 针对游梁式抽油机系统的效率低、能耗大、平衡性能差等缺点，开展对新型抽油机折梁式抽油机的研究。折梁式抽油机是由常规游梁式抽油机衍生而来，它有一个后伸并下折的游梁，废弃了钢丝绳而增加了游梁平衡；由于平衡重的多块组合方式，使得平衡重很容易得到增减而方便平衡调节。折梁式抽油机由于平衡效果好，节能显著，适应大型机小泵深抽作业的优点。在本文中，首先设计了折梁式抽油机的整体结构，并对抽油机进行了运动学和动力学分析，得到了悬点速度、加速度和载荷的计算公式。通过和常规纯曲柄平衡抽油机的净扭矩比较，折梁式抽油机的曲柄净扭矩下降了48.9%。最后对抽油机的零部件进行了设计，

2、并绘制了装配图和零件图。关键词：折梁；抽油机；纯曲柄平衡；净扭矩The kinematic analysis of folding beam-pumping unit and its structural designAbstract: Aiming at the problem of low efficiency, high energy consumption ,and poor balance performance, the new type pumping unit - folding beam pumping unit is designed. The folding beam p

3、umping unit is derive from conventional beam pumping unit, which has an extended and folding beam, abandons wire rope and increases the beam balance. The multi-block combination of balance weight makes the balance weight change easily and adjustment convenient. Folding balance beam pumping unit, due

4、 to its effective balance, significant energy saving, it can adapt to small pump and deep drawing operations.In this paper, the overall structure of folding beam pumping unit is firstly designed, then the kinematics and dynamics analysis for pumping are made, and speed, acceleration and load formula

5、 of polished rod are got. Compared with the conventional pure crank balanced beam pumping unit, the crank net torque of the folding beam pumping unit reduced by 48.9%. Finally, the components of pumping unit is designed, and the assembly and part drawings are plotted.Keywords: The folding ; Pumping

6、unit ; Pure crank balanced ; Net torque 目 录1 绪论11.1 本文研究意义11.2 国内外抽油机研究现状趋势11.2.1 国内抽油机研究现状11.2.2 国外抽油机研究现状21.2.3 几种常用抽油机21.3 本文研究内容及方法步骤31.4 创新点32 折梁式抽油机的工作原理42.1 常规型游梁式抽油机工作原理及结构特点42.2折梁式抽油机工作原理及结构特点53折梁式抽油机的运动学分析73.1 折梁式抽油机的几何关系分析73.2 折梁式抽油机运动学分析83.2.1 悬点位移83.2.2悬点速度93.2.3 悬点加速度103.2.4 悬点运动学参数计算结

7、果103.3折梁式抽油机三维视图仿真154 折梁式抽油机动力学分析184.1 折梁式抽油机悬点载荷分析184.1.1 悬点静载荷的大小和变化规律194.1.2 基本参数的拟定计算224.1.3 悬点动载荷的大小和变化规律224.1.4 悬点载荷参数计算及曲线254.2平衡重计算274.3 连杆力计算294.4 减速箱曲柄轴扭矩计算304.5 折梁式抽油机和曲柄平衡抽油机曲柄净扭矩计算结果及对比315 折梁式抽油机的主要零部件设计355.1 折梁式抽油机受力分析355.2减速器的选择365.2.1 减速器曲柄轴的最大允许扭矩的计算及减速器的选定365.2.2 减速器的润滑与密封365.3电动机的

8、确定385.4V带的确定与大带轮的设计395.4.1 V带的确定395.4.2 大带轮的设计415.5游梁的设计425.5.1 游梁的材料选择和参数设计425.5.2 静强度校核435.6连杆的设计445.6.1 选材445.6.2 校核445.7中央轴承的校核465.7.1 中央轴承的校核465.7.2 轴承使用的注意事项475.8曲柄销的强度校核475.8.1 防止曲柄销配合松动的措施485.8.2 曲柄销材料的选择485.8.3 曲柄销的校核485.9其他主要零部件设计495.9.1 支架与底座495.9.2 滑轮与多块平衡重505.9.3 刹车装置及刹车安全装置515.9.4 驴头51

9、5.9.5 折梁铰接装置516 结论53参考文献54致谢55附录A 基于Matlab的悬点参数计算程序56附录B 基于Matlab的折梁式抽油机和纯曲柄平衡抽油机的净扭矩曲线对比图程序581 绪论1.1 本文研究意义目前，游梁式抽油机是国内外石油工业的传统采油方式之一，在我国石油开采中有杆抽油系统一直占主导地位。游梁式抽油机以其结构简单、易损件少、耐用、可靠性高、操作简便、维修方便、维护费用低等特点，在采油机械中占有举足轻重的地位。此外，常规型抽油机还具有特别能适应野外、全天候、长时间连续运转等特点。虽说游梁式抽油机是一种优秀的机械采油装置，但游梁式抽油机也存在许多缺点，如系统的效率低、能耗大

10、、抽油时间以及平衡性能差等。另外，由于游梁式抽油机配置了与其抽汲油量所折算成的能量不相对应的大功率电动机和大扭矩的减速器，形成了“大马拉小车”的耗能结构。为此，游梁抽油机都设有平衡装置，但由于其悬点载荷在一个运转周期里极不均匀，仍然不能获得较平直的净扭矩曲线。鉴于常规游梁式抽油机的以上缺点，开展对新型抽油机折梁式抽油机的研究。折梁式抽油机是由常规游梁式抽油机衍生而来，它有一个后伸并下折的游梁，废弃了钢丝绳而增加了游梁平衡；由于平衡重的多块组合方式，使得平衡重很容易得到增减而方便平衡调节。折梁式抽油机由于平衡效果好，节能显著，适应大型机小泵深抽作业的优点，所以在未来的很长一段时间内，它将在机械采

11、油中占有举足轻重的地位。1.2 国内外抽油机研究现状趋势目前，世界上生产抽油机的国家主要有:美国、俄罗斯、法国、加拿大和罗马尼亚等。全世界生产抽油设备的公司有300多家，其中生产抽油机的公司有150多家。美国生产的抽油机品种最多，技术最先进，应用范围最广泛。其中包括液压抽油机、梅普长冲程抽油机、柔性件传动抽油机等等。1.2.1 国内抽油机研究现状在国内，抽油机模块化设计的理论研究已经开展了多年，初步进行常规型和异相型游梁式抽油机模块化设计的研究。但是，由于我国抽油机生产企业规模较小，过于分散，没有开展模块化设计。随着市场的不断发展，抽油机的需求已经向多品种、小批量方向发展，且油田从提出计划到需

12、要的周期大大缩短，生产企业要想满足油田要求，快速响应市场，就必须按照新的设计方法组织生产，而模块化设计方法正能满足这一要求。1.2.2 国外抽油机研究现状在国外，抽油机的生产已经基本上被几家大的机械制造公司所垄断，如美国最早、最大的抽油机制造公司拉夫金公司、原苏联最大的抽油机生产基地阿塞拜疆石油机械制造集团。这些企业生产规模大，采用先进的部件优化技术，将抽油机系统按功能分解成若干模块，按照标准化、通用化、系列化的方式组织生产，企业的设计、制造及管理水平较高。以较少的生产模块，最大限度地满足不同用户多种类型、规格抽油机的需要，给企业带来了较高的经济效益。根据美国拉夫金公司的产品样本，他们所生产的

13、79种型号的抽油机由十类近100种模块组合而成，其生产的零部件具有高度的通用性，也较彻底地解决了零部件的通用和互换问题。由于采用模块化设计方法，既满足了多品种、小批量的市场需求，又解决了企业规模化问题，产品质量大为提高，成本大幅下降。目前抽油机包括液压抽油机、梅普长冲程抽油机、柔性件传动抽油机。本文正符合国内外研究趋势，通过改变常规游梁式抽油机的平衡形式和结构形式，达到降低配置、节省能耗目的。1.2.3 几种常用抽油机（1）异型游梁式抽油机异型游梁式系列抽油机包括双驴头抽油机、弯游梁抽油机和对常规游梁抽油机节能改造的机型等机型。异形游梁式抽油机是以常规抽油机为基础模式而研制出的新机型，它采用变

14、径圆弧状的游梁后臂，游梁与横梁之间采用柔性件连接结构，在主要结构上具有常规游梁式抽油机简单，牢靠，耐用等特点，在性能上易于实现长冲程，并且具有突出的节能特点。（2）变矩式曲柄连杆无游梁抽油机变矩式曲柄连杆无游梁抽油机是在游梁式抽油机的基础上，将摇杆改成变径天车轮，连杆改成柔性传动件，设计变矩式曲柄连杆无游梁抽油机的计算结果表明，这种无游梁抽油机动力性能明显优于游架式抽油机，具有良好的节能效果，且兼有游梁式抽油机结构简单、工作可靠、维护方便等优点。（3）干扰平衡游梁抽油机干扰平衡游梁抽油机是一种新型的节能抽油机。它不仅保持了常规游梁抽油机结构简单、可靠耐用的优点，而且具有附加动载小，能耗低，综合

15、效率高，比常规抽油机节电30-50%以上，能延长整机使用寿命的特点。如14干扰平衡机只需要配37千瓦电机及53KN减速箱。（4）塔式节能抽油机塔式节能抽油机：高效、节能、冲程、冲次在额定范围内无级调节，并可内设无线集中监控接口，通过配套设施实现遥控。该机调参简易、维护方便、安全可靠、维护费用低，与常规抽油机相比节能50%以上，是一种智能型的节能抽油机。（5）偏轮游梁式抽油机该抽油机是在常规游梁抽油机的基础上，在游梁尾部配置一偏轮，以偏轮为中心形成一六连杆机构，能很好的改善抽油机的运动性能。在相同情况下，与常规抽油机相比：1、悬点动负荷减小，最大线速度小；2、减速箱输出扭矩减小30%-50%；3

16、、节能37%以上；4、所配电网容量减少30%以上。本课题折梁式抽油机，正符合国内外研究趋势，通过改变常规游梁抽油机的平衡形式和结构形式，达到降低配置，节省能耗目的。1.3 本文研究内容及方法步骤本文设计需要解决的重点问题就是如何设计折梁式平衡式抽油机的结构，使整个抽油机的结构合理，并能够相应地降低能耗。主要内容包括：（1）认真查阅、收集资料，深刻理解论文设计的内容，在此基础上完成开题报告；（2）分析目前常规游梁式抽油机的缺点，提出折梁式抽油机的传动方案；（3）根据提供的原始数据，并查阅相关资料，计算折梁重重心运动速度和加速度，并对抽油机运动学进行分析，得到悬点速度加速度的计算公式，分析其优越性

17、；（4）设计折梁式抽油机的机械结构，对主要性能进行校核；（5）画出装配图及零件图。本次设计为折梁式抽油机的结构设计，设计的主要步骤方法如下：（1）首先了解游梁式抽油机的工作原理、结构特点，并进行折梁式抽油机结构方案设计；（2）通过对折梁式抽油机传动原理的分析，推导悬点速度、加速度等参数和抽油机其它参数的运动学方程；（3）确定悬点的动载荷、静载荷，减速箱曲柄轴扭矩的计算，选择电动机；（4）对传动系统进行结构设计；（5）对折梁式抽油机进行结构设计；（6）对抽油机零部件进行结构设计；（7）绘制折梁式抽油机的装配图；（8）绘制主要零部件的零件图。1.4 创新点（1）设计新型折梁式抽油机；（2）对折梁式

18、抽油机进行运动学、动力学分析，并对其进行编程；（3）对折梁式抽油机零部件进行结构设计。2 折梁式抽油机的工作原理折梁式抽油机是由常规型游梁式抽油机衍生而来，对其进行结构性的改造，使其具有新型节能，适应大型机、小泵、深抽作业特点的抽油机。因此在介绍折梁式抽油机的工作原理及结构特点时，先介绍常规型游梁抽油机的工作原理及结构特点。2.1 常规型游梁式抽油机工作原理及结构特点图2-1 常规游梁式抽油机结构图1-底座；2-支架；3-悬绳器；4-驴头；5-游梁；6-横梁轴承座；7-横梁；8-连杆；9-曲柄销装置；10-曲柄装置；11-减速器；12-刹车保险装置；13-刹车装置；14-电动机；15-配电箱。

19、常规型游梁式抽油机由底座、支架、悬绳器、驴头、游梁、横梁轴承座、横梁、连杆、曲柄销装置、曲柄装置、减速器、刹车保险装置、刹车装置、电动机、配电箱组成。抽油机工作时，电动机（14）转速通过三角皮带带动减速箱（11）减速后，由四连杆机构（曲柄（10）、连杆（8）、横梁（7）、游梁（5）把减速箱输出轴的旋转运动变为游梁驴头（4）的往复运动。用驴头（4）带动抽油杆做上下往复的直线运动。通过抽油杆再将这个运动传给井下抽油泵的柱塞。在抽油泵泵筒的下部装有固定阀(吸入阀)，而在柱塞上装有游动阀（排出阀），当抽油杆向上运动，柱塞做上冲程时，固定阀打开，泵从井中吸入原油。同时，由于游动阀关闭，柱塞将上面的油管中

20、的原油上举到井口，这就是抽油泵的吸入过程。当抽油杆向下运动，柱塞做下冲程时，固定阀关闭而游动阀打开，柱塞下面的油通过游动阀排到它的上面。这就是抽油泵的排出过程。其结构简图如图2-1。常规型游梁式抽油机结构特点：支架支撑在游梁中部，曲柄连杆机构和减速器位于支架的后面；曲柄轴中心基本位于游梁尾轴承的正下方。这样，工作时上下冲程的时间（或曲柄转角）相等。2.2 折梁式抽油机工作原理及结构特点 图 2-2 折梁式抽油机结构简图1-多块组合式平衡重；2-折梁；3-主游梁； 折梁式抽油机（如图2-2）是由常规游梁抽油机衍生而来,它有一个后伸并下折的游梁,废弃了钢丝绳而增加了游梁平衡;由于平衡重的多块组合方

21、式,使得平衡重很容易得到增减而方便平衡调节。文中分析了折梁式抽油机的设计基础,对平衡重、连杆力和净扭矩进行了分析与推导,将常规纯曲柄平衡和折梁式平衡进行了对比。分析认为,折梁式抽油机平衡效果好,节能显著,适应大型机小泵深抽作业,但杆油比小时,连杆力会产生较大负值,对细长的连杆不利;因此在应用中注意选用适合范围,才能使折梁式抽油机成为节能型抽油机。折梁式抽油机有一个后伸并下折的游梁(主游梁3和折梁2),形态上和异形游梁类似,但废弃了钢丝绳而增加了游梁平衡。多块平衡重(1)装在铁箱里并通过钢丝绳悬挂在折梁尾端的滑轮上,这样在相同游梁摆角下,平衡重的力臂变化较大,获得了异形游梁力臂变化的效果,但却没

22、有受钢丝绳寿命制约的问题,因为滑轮上的钢丝绳不承受变应力,而且计算和实践都表明折梁上的平衡重重心虽然有2m左右(12型)的水平位移,但悬吊的平衡重却只有很小的水平惯性力(除启动和制动有较大摆动外)。深入发掘折式游梁的“折”所产生变矩的结构效果,可进一步把它拓展成铰接式折梁,通过插入不同直径的圆柱销(图2-3),就可改变折梁的折角来取得不同的变矩效果,使抽油机将更适应不同井况的载荷特性,这在一般抽油机的平衡装置是不易做到的。此外,游梁下折使高悬在游梁上的平衡重下移,并且由于平衡重的多块组合方式使得平衡重很容易得到增减,从而方便了平衡的调节。 图2-3 折梁铰接示意图1-折梁2-圆柱销3-铰接轴承

23、4-主游梁；3 折梁式抽油机的运动学分析3.1 折梁式抽油机的几何关系分析图3-1 常规型游梁式抽油机结构简图图中各符号的意义如下：A游梁前臂长度，m；C游梁后臂长度，m；P连杆长度，m；R曲柄半径，m；I游梁支撑中心到减速器输出轴中心的水平距离，m；H游梁支撑中心到底座底部的高度，m；G减速器输出轴中心到底座底部的高度，m；K极距，即游梁支撑中心到减速器输出轴中心的距离，m；J曲柄销中心到游梁支撑中心之间的距离，m；曲柄转角，以曲柄半径R处于12点钟位置作为零点，沿曲柄旋转方向度量；零度线与K的夹角，由零度线到K沿曲柄旋转方向度量；C与P的夹角，称传动角；C与J的夹角；K与J的夹角；C与K的

24、夹角；光杆在最低位置时的角；光杆在最高位置时的角；由图可知： （3-1）式中正负号取决于曲柄旋转方向，曲柄旋转方向的判断为：面向抽油机，井口在右侧，顺时针旋转为“+”，逆时针旋转为“-”。 （3-2） （3-3） （3-4） （3-5） （3-6） （3-7） （3-8） （3-9） （3-10）在有“”式中，“+”用于曲柄顺时针旋转，“-”用于曲柄逆时针旋转。3.2 折梁式抽油机运动学分析3.2.1 悬点位移经分析比较，折梁式抽油机的几何关系和常规游梁式抽油机相同。根据以上几何关系分析结果，对折梁式抽油机的运动学特性进行分析，推导相应公式，得到悬点位移、速度、加速度。并对悬点参数进行编程计算

25、，画出相应的曲线。以悬点处于最低位置（下死点）为计算位移的起点。游梁摆动的角位移为，最大角位移为。根据抽油机四杆结构的几何关系： （3-11） （3-12）悬点位移 （3-13）悬点最大位移 （3-14）在抽油机的设计和使用中，常用的是与的比值，称为位置因素，表示为： （3-15）显然，。当悬点位于下死点时，=0；悬点位于上死点时，=1。图3-2折梁式抽油机结构简图3.2.2 悬点速度图3-3 速度分析示意图如图3-3所示，游梁后臂C和曲柄半径R均为绕定点转动，连杆P做平面运动。利用速度投影定理，忽略连杆P变形的影响，连杆两端点（d和b）的速度在连杆轴线上的投影相等。d、b两点分别和O转动，、

26、分别垂直于R和C，将、向连杆轴线投影有： （3-16）则 （3-17）因为 ，悬点速度为 （3-18）式中为曲柄旋转的角速度，其余参数同前。3.2.3 悬点加速度悬点速度对时间的一次导数即为悬点加速度。对于常规型游梁式抽油机，悬点加速度为： （3-19）3.2.4 悬点运动学参数计算结果先初步拟定折梁式抽油机的相关尺寸，其相关尺寸如下：A=2.100、C=1.780、G=1.400、I=1.620、= 2.6522、 P=1.737、R=0.700、H=3.500。根据已知尺寸，利用MTALAB软件对抽油机的悬点位移、速度、加速度进行编写程序并计算，得出表 3-1，如下所示。表 3-1 显示了

27、曲柄转角变化时，相应悬点位移、速度、加速度数值；图3-4为曲柄角度变化与悬点位移之间的关系曲线，图3-5为曲柄角度变化与悬点速度之间的关系曲线，图 3-6为曲柄角度变化与悬点加速度之间的关系曲线。表3-1 折梁式抽油机悬点参数计算数值表曲柄转角（）悬点位移S(m)悬点速度 (m/s)悬点加速度 ()00.001670.039810.4771350.011820.106430.48071100.031220.172910.47495150.059780.237870.45873200.097160.299820.43147250.142850.357230.39343300.196110.408

28、660.34573350.256030.452910.29038400.321550.489090.23009450.39150.516740.16797500.464690.535810.10711550.539950.546680.05025600.616190.55005-0.0005650.692440.54687-0.0439700.767850.53822-0.0794750.841740.52519-0.107800.913580.50884-0.1274850.982980.49011-0.1414901.049650.4698-0.1502951.113430.44857-0

29、.15491001.174230.42693-0.15631051.232020.40526-0.15541101.286820.38383-0.1531151.338660.36279-0.14981201.387610.34222-0.14631251.433740.32214-0.14291301.477120.3025-0.14011351.517790.2832-0.13811401.555790.26408-0.13741451.591140.24495-0.13831501.623820.22558-0.14111551.653780.20566-0.14621601.68091

30、0.18485-0.1541651.705070.16273-0.16521701.726030.1388-0.18011751.743510.1125-0.19941801.757140.08318-0.22351851.766450.05018-0.25251901.770880.01283-0.2861951.76978-0.0294-0.32252001.76247-0.0768-0.35932051.74823-0.129-0.39242101.72644-0.1854-0.41662151.69663-0.2441-0.42712201.65861-0.3032-0.4206225

31、1.6125-0.3602-0.39712301.55876-0.4129-0.35952351.4981-0.4596-0.31242401.43141-0.4994-0.26092451.3597-0.5321-0.2092501.28395-0.5576-0.15952551.20511-0.5765-0.11372601.12408-0.5894-0.0722651.04165-0.5967-0.03412700.95856-0.59900.000422750.87547-0.59670.032292800.793-0.59010.062152850.71173-0.57950.090

32、612900.6322-0.5650.118192950.55496-0.54670.145363000.48051-0.52460.172493050.4094-0.49880.199863100.34214-0.46910.227673150.27927-0.43550.256013200.22135-0.3980.284883250.16892-0.35640.314113300.12255-0.31070.343413350.0828-0.2610.372283400.05023-0.20730.400013450.02537-0.150.425653500.00872-0.08930

33、.448023550.00071-0.02570.46573600.001670.039810.47713图3-4 悬点位移曲线 图3-5 悬点速度曲线 图3-6 悬点加速度曲线图3-7 折梁式抽油机的悬点位移、速度、加速度曲线从图3-4、图3-5、图3-6和图3-7可知，该抽油机的悬点位移最大值悬点速度最大值，悬点加速度最大值。3.3 折梁式抽油机三维视图仿真基于3DS MAX的研究和折梁式抽油机的结构分析，对折梁式抽油机进行仿真及分析。对折梁式抽油机进行仿真的操作过程如下：（1）双击3DS MAX图标，进入3DS MAX程序； （2）在3DS MAX中，对抽油机各个零件进行建模；（3）首先

34、利用“挤出”命令建立底座，设定尺寸然后利用“倒角”命令为底座左右两边倒角；（4）用“直线”命令 和“弧线”命令绘制减速箱截面样条线，再“顶点”级别下，选中顶点调节合适位置，然后利用“焊接”命令，焊接所有顶点，最后利用“挤出”命令挤出减速器；（5）将“直线”命令和“曲线”命令结合使用，画出曲柄平衡块的截面样条线，再利用“圆”命令画出中间的圆，然后把这些线条右键转化为“可编辑样条线”，利用“附加”命令，将这些样条线附加在一起，然后再利用“挤出”命令挤出曲柄平衡块；（6）用“立方体”工具绘制支架各杆，然后利用“移动”“复制”“旋转”的命令，绘制成支架的形状；（7）利用这些命令绘制其他各部件。基于3D

35、S MAX的机构模块建立的折梁式抽油机仿真三维简图如图下3-8所示： 图3-8 折梁式抽油机仿真三维视图折梁式抽油机的各个方向三维视图如下： （a） （b） （c） （d） 折梁部分具体装置三维视图如下： （a） （b） （c） （d） （e） （f）上图（a）（f）显示了折梁式抽油机的折梁铰接部分的具体部件的各个方向的三维视图。从图中可以看出折梁的组成部件和分布情况。 4 折梁式抽油机动力学分析4.1 折梁式抽油机悬点载荷分析悬点载荷是标志抽油机工作能力的重要参数之一，也是抽油机设计计算和选择使用的主要根据。当抽油泵工作时，抽油机悬点上作用下列六项载荷：1.抽油杆自重，表示(它在油中用表示)

36、，作用方向向下。2.油管内柱塞上的油柱重(即柱塞面积减去抽油杆面积的油柱重)，用表示，作用方向向下。3.油管外油柱对活塞下端的压力，用表示，的大小取决于泵的沉没度，作用方向向上。4.抽油杆柱和油柱运动所产生的惯性载荷，相应的用和表示。它们大小与悬点的加速度成正比，而作用方向与加速度方向相反。5.油杆和油柱运动所产生的振动载荷，用表示，其大小和方向都是变化的。6.柱塞与泵筒间、抽油杆和油管的半干摩擦力，抽油杆柱与油柱间、油柱与油管间以及油流通过抽油泵游动阀的液体摩擦力、和的作用方向与抽油杆的运动方向相反，其中游动阀的液体摩擦力只在泵下冲程、游动阀打开时产生，所以它的作用方向只向上。上述前三项载荷

37、和抽油杆的运动无关，称为静载荷；4、5两项载荷与抽油杆的运动有关，称为动载荷；第 6 项载荷也与抽油杆的运动有关，但是在直井、油管结蜡少和原油粘度不高的情况下，它们在总作用载荷中占的比重很小，约占2%5%左右，一般可以不计。为了叙述简单，先从静载荷入手。抽油杆在空气中的重量为 （4-1）油管内、柱塞上的油柱重为 （4-2）抽油杆在油中的重量为 （4-3）油井中动液面以上断面积等于柱塞面积的油柱的重量为 （4-4）式中： 为抽油杆材料的密度，；为抽汲液体的密度，；为抽油杆材料的重度，；为抽汲液体的重度，；为泵柱塞的面积，；为抽油杆截面积，；为抽油机长度或下泵深度，。4.1.1 悬点静载荷的大小和

38、变化规律分别对上冲程、下冲程、上死点、下死点四种情况进行分析，见图4-1、图4-2。图4-1 悬点载荷作用图(1) 上冲程当悬点从下死点向上移动时，如图4-1a所示，游动阀在柱塞上部油柱的压力作用下关闭，而固定阀在柱塞下面泵筒内、外压差的作用下打开。由于游动阀关闭，使悬点承受抽油杆自重和柱塞上油柱重，这两个载荷的作用方向都向下。同时，由于固定阀打开，使油管外一定沉没度的油柱对柱塞下表面产生向上的压力。因此，上冲程时悬点的静载荷为 （4-5）（2）下冲程当悬点载荷由上死点向下移动时，如图4-1b所示，游动阀在上、下压力差作用下打开，而固定阀在泵筒内、外压力差作用下关闭。游动阀打开，使悬点只承受抽

39、油杆柱在液面中的重量，固定阀关闭，使油柱重量转移到固定阀和油管上。因此，下冲程时悬点的静载荷为= （4-6）（3）下死点对抽油杆来说，上死点悬点载荷瞬时发生变化，由下冲程的变到上冲程的，增加了其大小为，载荷增加使油杆伸长，伸长的大小为 （4-7）式中：E为钢材的弹性模数， 。在伸长变形完成以后，载荷才全部加在抽油杆或悬点上。实际上，在抽油杆柱受载伸长的过程中，已经进入上冲程阶段。当悬点向上走了距离时，由于同时产生的抽油杆柱伸长的结果，使柱塞还停留在原来的位置，即柱塞相对泵筒没有运动，因而不抽油，如图4-2c所示。图4-2 抽油杆柱和油管柱变形过程对油管柱来说，下冲程时，由于游动阀打开和固定阀关

40、闭，整个油柱重量都由柱塞和抽油杆柱承担，而油管柱上就没有这个载荷的作用了。因此，在抽油柱加载的同时，油管柱卸载。卸载引起油管柱的缩短，直到缩短变形完毕以后，油管柱的载荷才全部卸掉。油管柱缩短的大小为 （4-8）式中：为油管管壁的断面积，。这样一来，虽然悬点带着柱塞向上移动，但是由于油管柱的缩短，使油管柱的下端也跟着柱塞向上移动，柱塞相对泵筒没有运动，还不能抽油，如图4-2d所示。一直到悬点经过一段距离以后，柱塞才开始抽油。悬点从下死点到上死点虽然走了冲程长度S，但是由于抽油杆柱和油管柱的静变形结果，使抽油泵柱塞的有效冲程长度比S小，故 （4-9）而静变形为 （4-10）式中：称为变形分配系数，一般可取0.60.9。（4）上死点它和下死点情况恰恰相反。这时对抽油杆柱来说，静载荷由上冲程