论文部分内容阅读
随着全球经济快速衰退,各种社会问题日益突出,特别是能源问题,而能源又是支撑科学技术发展,乃至经济社会发展的重要支柱。因此,节能技术的研究是关键。在此背景下,近几年来,节能技术得到了飞跃发展,成果显著。在石油机械行业中,许多机械的设计、制造等都体现出了节能技术,其中节能型抽油机的大力推广,不仅能够满足能源需求量,而且能大幅度减少投资和运营的成本。节能型抽油机结合了抽油机工程实际经验,将现代节能技术运用于抽油机的设计,具有运动及动力性能好、高效节能的特点。本文基于自行发明设计的新型节能型抽油机(专利号:ZL200820191342.6)——平行四连杆抽油机,首先,在简化模型的基础上,理论分析该抽油机的运动学及动力学规律,并利用MATLAB编程绘制其规律曲线;然后,以三维设计软计SolidWorks为平台,将建模环节、设计环节、分析环节和优化环节一体化,对该新型节能抽油机进行有限元分析和结构优化设计;其次,通过自行设计和制造的平行四连杆抽油机的试验平台,验证测试该抽油机的静力全平衡特性和功耗情况;最后,对比理论计算结果和实验研究结果,分析原因得到结论及不足。通过对该新型抽油机的传动机构和驱动机构的运动学及动力学规律理论分析,结果发现,在静力全平衡理论状态下,该新型抽油机传递动力平稳,并且运动精确,运动能耗低;同时,对该新型抽油机有限元分析和结构优化设计发现,优化后的抽油机部件重量大大降低,而且满足工作过程中的载荷,安全强度有所提高,并且运动不平稳度有所降低,能近似达到静力全平衡状态;最后,通过对该新型抽油机功耗试验发现,当交流伺服驱动器控制交流伺服电机输出转速不变时,电机输出功率随着运动过程负载功率一致变化,且在静力全平衡状态下,不管负载变化多大,电机输出的最大功率不变。综上所述,分析结果表明,本文所研究的新型节能抽油机不仅能满足一般抽油机的工作特性,而且具有良好的运动学及动力学性能,降低运动能耗;并且在优化分析和功耗试验中可知,只要该新型抽油机结构自重相对于抽油机的支点的力矩在运动过程中保持不变或较小,不管抽油机负载变化多大,抽油机的最大输出功率不变,并且相对与常规型抽油机功耗较小。