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收稿日期:2018年9月
游梁式抽油机目前在各大油田上应用较为广泛，但在工作中主要构件和运动部件容易发生失效损坏，从而缩短抽油机的使用寿命。游梁支撑采用两个铁路轴承的新型结构，是游梁式抽油机的受力汇集处，承载最大受力。游梁式抽油机与常规抽油机相比，结构简单，安装方便，具有更好的承载能力和安全性能。由于游梁式抽油机的负载特点和长时间周期性工作特性，极易造成抽油机上的易损部件———游梁支撑轴产生疲劳磨损。 笔者以C-912D-365-192型常规游梁式抽油机为例，对游梁式抽油机的主要磨损部件———游梁支撑轴进行研究，分析游梁支撑轴的受力情况，为延长游梁式抽油机的使用寿命提供参考。
2运动分析
掌握游梁式抽油机运动部件的运动规律是研究其动力学特性、确定其各部件连接处动态载荷的基础，也为确认抽油机故障的产生机理和进行失效分析提供依据。 游梁式抽油机运动分析如图1所示,A 为游梁支
撑中心线至光杆中心线的距离,C 为游梁支撑中心线至横梁轴承中心线的距离,P 为连杆长度,R 为曲柄半径,K 为曲柄轴中心至游梁支撑中心的距离,H 为游梁支撑中心线至底座下平面的距离,I 为曲柄轴中心线至游梁支撑中心线的水平距离,G 为曲柄轴中心线至底座下平面的距离,θ为曲柄转角，以R 处于12点钟位置作为0°，沿曲柄旋转方向度量,ϕ为曲柄竖直向上位置与K 之间的夹角,ψ为C 与K 的夹角,B 为去除结构不平衡重力的光杆载荷。由图1可得:
cos β=C 2+P 2-K 2-R 2
+2KR cos (θ-ϕ)
2CP
0<β<180°(1)
(cos β)′=[C 2+P 2-K 2-R 2
+2KR cos (θ-ϕ)2CP
]′
=-KP CP
sin (θ-ϕ)
(2)(cos β)″=-KP CP最大功率点跟踪
cos (θ-ϕ)
(3)
当θ=ϕ时，有(cos β)′=0,(cos β)″=-KP CP <0，此时
cos β有极大值，因0°<β<180°，故β取得极小值。
当θ=180°+ϕ时，有(cos β)′=0,(cos β)″=-KP CP ×(-1)>
0，此时cos β有极小值，因0°<β<180°,β取得极大值。
F =A B 2C ×1
sin β
(4)
游梁式抽油机中游梁支撑轴的研究与分析
□
张天临1
□
何生兵1
□秦德昭2
□
田
琴1
1.兰州兰石能源装备工程研究院有限公司兰州730314
2.上海电力学院能源与机械工程学院
上海
200090摘
要：以游梁式抽油机的主要磨损部件游梁支撑轴为研究对象，对其进行运动分析。同时建立游
梁式抽油机的机构简化模型及游梁支撑轴的力学模型，分析游梁支撑轴在工作载荷下的受力和载荷分布。所做研究为优化油梁支撑轴设计，避免游梁支撑轴损坏，延长游梁式抽油机使用寿命提供了参考。截瘫行走器
关键词：抽油机
游梁
支撑轴
研究
分析
中图分类号:TH122
文献标志码:A
文章编号:1000-4998(2019)04-0060-03
Abstract :The motion analysis was carried out by taking the supporting a major wearing part of
the walking beam pumping unit as the subject for investigation.At the same time ,the simplified model of the
全自动粉皮机
walking beam pumping unit and the mechanical model of the support shaft for walking beam were established to analyze the stress and load distribution of the support shaft for walking beam under the working load.The
findings could provide a reference for optimum design of the support shaft for walking beam in order to avoid damage to the support shaft and extend the service life of the walking beam pumping unit.
Key Words :Pumping Unit
Walking Beam
Supporting Shaft
Research Analyses
研究·开发
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F 1=F sin
β=A B 2C ×1sin β×sin β=A B
2C
(5)F 2=F cos β=A B 2C ×1sin β×cos β=A B 2C
×cot β(6)
式中:F 为连杆拉力;F 1为连杆拉力垂直于游梁长度方向的分力;F 2为连杆拉力平行于游梁长度方向的分力。
3集中载荷分析
分析游梁支撑轴的集中载荷，可以为后续的受力分析提供依据。
规划沙盘
游梁支撑总力载荷分布如图2所示。F y =B +Q +2F sin (β+ψ+ϕ-90°)=B +Q +A B C ×sin (β+ψ+ϕ-90°)sin β(7)
F x =2F cos (β+ψ+ϕ-90°)
=A B C ×cos (β+ψ+ϕ-90°)sin β
(8)F Z =F y 2
+F x
2
√(9)
式中:Q 为游梁支撑以上部件的重力;F Z 为游梁支撑总力;F y 为游梁支撑总力沿竖直方向的分力;F x 为游梁
支撑总力沿水平方向的分力。
4有限元分析
游梁式抽油机的游梁前端连接驴头，承受悬点载荷。游梁后端有尾轴承总成，用于连接横梁，传递驱动力。游梁中部有游梁支撑总成，并支撑在机架上[2]。游梁支撑轴是游梁式抽油机所有销轴中最主要的载荷承受部位，主要承受弯曲应力的作用[3]。
游梁式抽油机在某一瞬时，轴的两端是固定的，所
以轴两端没有任何方向的位移。轴肩处和轴套相接触，轴肩处没有水平方向的位移。轴上半圆形区域承受的最大游梁支撑总力载荷为59517kg 。游梁支撑轴所用
材料为35CrMo ，其许用抗弯强度为114MPa 。根据游梁支撑轴的实际尺寸及工作情况，对其结构进行简化,
选用八节点Solid186计算单元。网格划分采用手动划分，采用多域法[4]、扫掠法，同时结合体和边尺寸控制对网格进行细化，获得较好的网格单元。游梁支撑轴有限元模型有193256个单元、298111个节点，其网格划分如图3所示，载荷加载如图4所示。
经分析，得出游梁支撑轴的最大应力出现在轴承边缘处，工作载荷下所受最大弯曲应力为104.16MPa ，可知工作载荷下的最大应力满足游梁支撑轴材料的许用应力要求。游梁支撑轴的应力、应变云图分别如图5、图6所示。
060120
180240300360
C ϕ
P βA
θB
α
ψ
▲图3游梁支撑轴有限元模型网格划分
104.16Max 92.58481.01169.43957.86646.29434.72223.14911.577
0.0045139Min
A
B
C
究·开研发
(上接第61页)
5结束语
对游梁式抽油机整机运动和游梁支撑轴受力进行了分析，为进一步研究游梁支撑轴奠定了基础。
应用ANSYS软件，得到游梁支撑轴在工作载荷下的应力云图和应变云图，确认工作载荷下的最大应力满足游梁支撑轴材料的许用应力要求。
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张天临（1985—），男，高级工程师，主要研究方向为抽油机设计与制造。（编辑绍文）
0.024891Max 0.022125 0.019359 0.016594 0.013828 0.011063 0.0082969 0.0055313 0.0027656 0Min 神经网络近邻算法多分类SVM
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作者简介:
许凯（1994—），男，硕士研究生，主要研究方向为故障诊断
和信号处理；许黎明（1968—），男，副教授，主要研究方向为精密
加工和故障诊断。（编辑平平）试验·检测
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