游梁式抽油机运动参数的精确解

1998年4月油学报 第19卷 第2期ACTAPETROLEISINICA

游梁式抽油机运动参数的精确解

王常斌陈涛平 郑俊德

(大庆石油学院)Ξ

摘 要  根据游梁式抽油机四连杆机构的几何关系和运动特点,建立了游梁的摆动方程,并由该方程得出了游梁摆角

变化规律以及悬点运动的位移、速度和加速度的计算公式,从而给出了求游梁式抽油机悬点运动参数精确解的一种计算

方法。以CYJ1023237HB型抽油机为例,计算了其悬点运动参数,并给出了与简化为简谐运动和曲柄滑块机构运动的对比

(或0°)曲柄转角,因而按常规计算时悬点位移将出现负曲线;分析表明,悬点的上、下死点位置不是常规认为的180°和360°

值。为此,给出了确定悬点运动死点位置的方法,并计算出CYJ1023237HB型抽油机在给定条件下的上、下死点位置为178°

7′3″和358°2′37″曲柄转角。该方法既适用于曲柄任意方向旋转的游梁式抽油机,也适用于前置式抽油机,同时还可供研究

其它类型抽油机运动规律时参考。

主题词 抽油机 运动 位移 速度 加速度 曲柄

1 前 言

游梁式抽油机悬点运动的位移、速度和加速度。目前,常用的简化方法只能给出其近似解[1],;2以若干个相关角度的三角函数形式给出了;文献3虽然给出了悬点运动的位移、,但整个推证过程和结果表达式繁杂,应用不便。为此,作者根据游梁式抽,通过建立游梁摆动方程,得出了求游梁式抽油机悬点运动参数的一种

(或0°)曲柄转角,因此计算中常将0°方法。常规认为,悬点的上、下死点位置是对应180°和360°曲柄转角作为参

(或0°)曲柄转角,因而使悬点位移的计算结果常出现照点,而实际上由于悬点的上、下死点位置不是180

°和360°

负值,作者针对这一问题给出了确定悬点死点位置的方法。

2 游梁摆动方程的建立

游梁式抽油机结构如图1所示。假定曲柄由12点钟位置

开始沿顺时针方向做匀速圆周运动。在△OBD中,根据余弦

定理

222)](1)L=b+J-2bJcos[Π-(Η+Ω

其中J=(I+rsin

(3)Ω=tg-1H-G-rcos式中Η为任意时刻游梁摆角,即游梁后臂与Y方向的夹角;Ω

为任意时刻J和-Y方向的夹角;

度Ξ与时间t的乘积,即

Η=Π-cos

Ξ-12bJ222图1 游梁式抽油机示意图-Ω(4)Fig11 Sketchofbeampumpingunit王常斌,1985年毕业于大庆石油学院采油工程专业,1992年获硕士学位。现为大庆石油学院石油工程系讲师。通讯处:黑龙江省安达市。邮政编码:151400。

108石  油  学  报第19卷  式(4)即为游梁摆动方程。J和Ω都只为

3 悬点运动参数计算

311 悬点运动位移

对于任意时刻,游梁的角位移∃Η为

∃Η=Η-Η0(5)

式中Η。0为游梁初始摆角,即t=0时刻游梁与Y方向的夹角,可令t=0由式(4)求得

游梁绕支点O摆动时因其前、后臂的角位移相等,故任意时刻悬点位移SA为

(6)SA=Α[Η-Η0]

  式(6)即为任意时刻悬点位移表达式。由于对于某一给定型号的抽油机Η0是一常数,因此SA只是

312 悬点运动速度

将式(4)两边同对时间t求导数,得游梁摆动的角速度Η′

Η′=′-Ω′)bJsin(Η+Ω

式中J′和Ω′分别为J和Ω对时间的导数,分别由式(2)(J′=Ω′=

将式(8)和式(9))Η′=

由几何关系不难求出

)=Ksin(

H-G其中K与

将式(11)代入式(10)中,得

)bJsin(Η+Ω

  游梁绕支点O摆动时因其前、后臂的角速度相等,故任意时刻悬点的速度VA为

VA=aΗ′=)bJsin(Η+ΩΗ′=(12)(13)

313 悬点运动加速度

将式(12)两边同对时间t求导数,整理得任意时刻游梁摆动的角加速度Η″为

22Η″=)bJsin(Η+Ω(14)

  游梁绕支点O摆动时因其前、后臂的角加速度相等,故任意时刻悬点加速度WA为

22(15)WA=aΗ″=a)bJsin(Η+Ω

  式(5)、式(12)和式(14)反映了游梁摆角的变化规律,式(6)、式(13)和式(15)是悬点运动的位移、速度和加速度计算公式。对于一定型号的抽油机,其几何尺寸(a,b,L,H,G,r)是已知的,给定曲柄旋转的角速度Ξ或转

第2期游梁式抽油机运动参数的精确解109速,应用以上公式便可计算各运动参数。

上述结果是在曲柄背向驴头旋转的条件下得出的,但对于曲柄面向驴头旋转的抽油机,只要将

4 计算实例与分析

应用上述方法,在n=9r

1998年4月油学报 第19卷 第2期ACTAPETROLEISINICA

游梁式抽油机运动参数的精确解

王常斌陈涛平 郑俊德

(大庆石油学院)Ξ

摘 要  根据游梁式抽油机四连杆机构的几何关系和运动特点,建立了游梁的摆动方程,并由该方程得出了游梁摆角

变化规律以及悬点运动的位移、速度和加速度的计算公式,从而给出了求游梁式抽油机悬点运动参数精确解的一种计算

方法。以CYJ1023237HB型抽油机为例,计算了其悬点运动参数,并给出了与简化为简谐运动和曲柄滑块机构运动的对比

(或0°)曲柄转角,因而按常规计算时悬点位移将出现负曲线;分析表明,悬点的上、下死点位置不是常规认为的180°和360°

值。为此,给出了确定悬点运动死点位置的方法,并计算出CYJ1023237HB型抽油机在给定条件下的上、下死点位置为178°

7′3″和358°2′37″曲柄转角。该方法既适用于曲柄任意方向旋转的游梁式抽油机,也适用于前置式抽油机,同时还可供研究

其它类型抽油机运动规律时参考。

主题词 抽油机 运动 位移 速度 加速度 曲柄

1 前 言

游梁式抽油机悬点运动的位移、速度和加速度。目前,常用的简化方法只能给出其近似解[1],;2以若干个相关角度的三角函数形式给出了;文献3虽然给出了悬点运动的位移、,但整个推证过程和结果表达式繁杂,应用不便。为此,作者根据游梁式抽,通过建立游梁摆动方程,得出了求游梁式抽油机悬点运动参数的一种

(或0°)曲柄转角,因此计算中常将0°方法。常规认为,悬点的上、下死点位置是对应180°和360°曲柄转角作为参

(或0°)曲柄转角,因而使悬点位移的计算结果常出现照点,而实际上由于悬点的上、下死点位置不是180

°和360°

负值,作者针对这一问题给出了确定悬点死点位置的方法。

2 游梁摆动方程的建立

游梁式抽油机结构如图1所示。假定曲柄由12点钟位置

开始沿顺时针方向做匀速圆周运动。在△OBD中,根据余弦

定理

222)](1)L=b+J-2bJcos[Π-(Η+Ω

其中J=(I+rsin

(3)Ω=tg-1H-G-rcos式中Η为任意时刻游梁摆角,即游梁后臂与Y方向的夹角;Ω

为任意时刻J和-Y方向的夹角;

度Ξ与时间t的乘积,即

Η=Π-cos

Ξ-12bJ222图1 游梁式抽油机示意图-Ω(4)Fig11 Sketchofbeampumpingunit王常斌,1985年毕业于大庆石油学院采油工程专业,1992年获硕士学位。现为大庆石油学院石油工程系讲师。通讯处:黑龙江省安达市。邮政编码:151400。

108石  油  学  报第19卷  式(4)即为游梁摆动方程。J和Ω都只为

3 悬点运动参数计算

311 悬点运动位移

对于任意时刻,游梁的角位移∃Η为

∃Η=Η-Η0(5)

式中Η。0为游梁初始摆角,即t=0时刻游梁与Y方向的夹角,可令t=0由式(4)求得

游梁绕支点O摆动时因其前、后臂的角位移相等,故任意时刻悬点位移SA为

(6)SA=Α[Η-Η0]

  式(6)即为任意时刻悬点位移表达式。由于对于某一给定型号的抽油机Η0是一常数,因此SA只是

312 悬点运动速度

将式(4)两边同对时间t求导数,得游梁摆动的角速度Η′

Η′=′-Ω′)bJsin(Η+Ω

式中J′和Ω′分别为J和Ω对时间的导数,分别由式(2)(J′=Ω′=

将式(8)和式(9))Η′=

由几何关系不难求出

)=Ksin(

H-G其中K与

将式(11)代入式(10)中,得

)bJsin(Η+Ω

  游梁绕支点O摆动时因其前、后臂的角速度相等,故任意时刻悬点的速度VA为

VA=aΗ′=)bJsin(Η+ΩΗ′=(12)(13)

313 悬点运动加速度

将式(12)两边同对时间t求导数,整理得任意时刻游梁摆动的角加速度Η″为

22Η″=)bJsin(Η+Ω(14)

  游梁绕支点O摆动时因其前、后臂的角加速度相等,故任意时刻悬点加速度WA为

22(15)WA=aΗ″=a)bJsin(Η+Ω

  式(5)、式(12)和式(14)反映了游梁摆角的变化规律,式(6)、式(13)和式(15)是悬点运动的位移、速度和加速度计算公式。对于一定型号的抽油机,其几何尺寸(a,b,L,H,G,r)是已知的,给定曲柄旋转的角速度Ξ或转

第2期游梁式抽油机运动参数的精确解109速,应用以上公式便可计算各运动参数。

上述结果是在曲柄背向驴头旋转的条件下得出的,但对于曲柄面向驴头旋转的抽油机,只要将

4 计算实例与分析

应用上述方法,在n=9r

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