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1、双驴头抽油机运动特性王常斌,朱云伟(东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318)摘要:根据双驴头抽油机变长四连杆机构的几何关系和运动特点,提出游梁的摆角迭代计算方法,得到游梁摆角变化规律以及悬点运动的位移、速度和加速度计算公式,给出双驴头悬点运动规律的通用计算方法.实例计算表明,该方法计算简单、适用性强,适用于后驴头为圆孤曲面的双驴头抽油机,对其他曲面双驴头抽油机运动特性研究也有参考意义.关键词:双驴头抽油机;运动特性;位移;速度;加速度中图分类号:TE933文献标识码:A文章编号:100021891(20
2、11)0220086205引言双驴头抽油机是将常规游梁式抽油机的游梁后臂加装后驴头,用驱动绳代替连杆的硬连接,形成变长的四连杆机构,以改善动力特性,在矿场中得到普遍应用[1-6].抽油机悬点的动力特性是抽油井系统设计的依据,而运动特性又是研究动力特性的基础.目前对于游梁式抽油机四连杆机构的运动特性的描述已经成熟[7-8],但对于双驴头抽油机变长四连杆机构的运动特性研究较少.戴扬、杨冬平等给出双驴头抽油机的几何关系计算[9-11],并通过速度瞬心法得到悬点运动速度和加速度的计算结果[12-14],但没有给出曲柄转角
3、和悬点运动位移计算方法.曲柄转角、悬点运动位移是进一步计算悬点运动速度和加速度的基础,因而悬点运动速度和加速度计算结果有待于进一步验证.为此,根据双驴头抽油机变长四连杆机构的几何关系和运动特点,通过定义游梁摆角,提出游梁摆角的迭代计算方法,给出悬点运动速度和加速度求解方法.0游梁摆角双驴头抽油机结构见图1.其中:<为曲柄转角;θ为游梁的摆角;L为连杆与柔性杆总长度;a为游梁前臂长度;H-G为支架轴心与减速箱轴心的垂直距离;I为支架轴心与减速箱轴心的水平距离;R1为支点到后驴头圆心的距离;R2为后驴头半径;r为曲柄
4、半径.设曲柄以12点钟位置起,以角速度ω沿顺时针方向转动.为研究双驴头抽油机悬点运动规律,需要确定后驴头孤面中心O2随曲柄转角的变化关系.在定义游梁摆角的基础上,根据连杆与柔性钢丝绳的长度为定值条件和相应的几何关系,建立游梁摆角的迭代求解方法.由图1,假设对应于曲柄转角<,游梁的摆角为θ,O2的位置为1=+R1sinθ;xO2yO2xO1(1)R1cosθ.=-yO1通过O2位置可以确定T的位置[5]:x2=A0-B0y2;(2)21B+B-AC.111y2=A1收稿日期:2010207205;审稿人:刘巨保;编
5、辑:任志平作者简介:王常斌(1964-),男,博士,教授,主要从事计算流体力学和复杂流体流动与处理技术方面的研究.·86·第2期王常斌等:双驴头抽油机运动特性图1双驴头抽油机结构示意R22+(Rsin<-y)Rsin<-yO2O22其中A0=;A1=1+B0;B1=(A0-xO2)B0+yO2;C1=(A0-+xO2;B0=Rcos<-Rcos<-xO2xO22+y22xO2)O2-R2.由T的位置可以求出DT的长度l为(x2-rsin<)2-rcos<)2.l=+(y2(3)或由直角三角形DTO2求得l为l=后
6、驴头钢丝绳包心角δ为222(xO2-rsin<)+(yO2rcos<)--R2.L-l.δ=(4)R2δ可由总长度L推算得到,使得点M与点O2的连线不一定过游梁支点O1(见图2),且线段MO2与垂线的夹角也不等于θ,设之为θ1.只有二者相等时,点M,O1,O2才共线,游梁摆角θ才为正确解.设xm=-R2sinθ1;xO2(5)ym=+R2cosθ1.yO2根据计算得到δ和两点间距离公式,以弦长TM相等建立方程:(xm-x2)2+(ym-y2)2=2R21-cosδ).2(()6将式(5)代入式(6)中,整理得图2
7、后驴头结构关系x2)sinθ1y2)cosθ1+R2cosδ=0.(7)(xO2+(yO2---式(7)为一个三角函数方程,在求解过程中,涉及到三角函数的一元二次方程求解问题,虽然有多种求法,但实现起来有一定难度.·87·大庆石油学院学报第35卷2011年±24A1C1-B1B1-θ1=arccos,(8)2A1x2)R2cosδ;C2其中A1=R2;B2=R2cos2δ-=-2(x-(y-22O2O2y2)2.式(8)中当δ≥0时,取正号;反之,取负号.游梁摆角迭代求解过程见图3.死点位置根据曲柄与连杆共线计算
8、悬点位移.(1)连杆与曲柄的斜率相等:xDy2=x2yD.2(9)(2)以α=0为条件:曲柄连杆的几何关系见图4.α可以表示为α=π-(<+γ),.(10)xD-x2其中γ=arctany2-yD悬点为下死点时,α=π,即<+γ=0;悬点为上死点时,α=0,即<+γ=π.不论是用哪一个判定条件,都需要进行数值求解,并且以确定游梁摆角为前提.悬点运动参数抽油机悬点运动参数包
