组合式抽油机教学模型设计

吕志鹏 李志伟 赵侍晗 吴帮雄

（长江大学机械工程学院，湖北 荆州 434023）

1 研究背景

油气装备是石油钻采行业不可或缺的重要组成部分，而抽油机则是其中应用最广泛的采油设备。 目前，机械平衡游梁式抽油机是应用最多的设备， 但是很多学生在生活中难以见到实物， 且很难将理论课程与实体机械相结合。对此，提出了一种解决方案——不同形式抽油机模块化组合模型。

游梁式抽油机中又分为常规型、前置型、异相型、弯游梁型等。 本设计的功能是为了实现这几种类型抽油机的组合式互换和自由式装卸， 突破了传统抽油机模型的功能及用途的单一性， 组合式互换性使得教学更具高效性及生动性， 自由式装卸可以提高学生的动手能力及思维能力。本文通过SolidWorks 软件建立了三维设计模型，为实际模型的设计制造打下了基础。

2 设计方案

油田现场应用游梁式抽油机的工作原理是： 电动机将电能转换为旋转运动， 在经过减速箱两次减速后， 利用四连杆机构将旋转运动转变为直线往复运动，通过驴头、悬绳、光杆、抽油杆带动深井泵抽油。为了实现前置型抽油机、 异相型抽油机、 常规型抽油机和弯游梁抽油机之间的互换， 将驴头、 游梁后端、连杆、 后接头等通过在游梁和连杆上钻多排销孔使之成为可拆卸或移动的形式。

2.1 单一抽油机模型的组装

组合式抽油机的特点在于其组合性， 所有零件均可拆下， 便于其携带与移动。 零件之间通过不同的连接方式， 使得抽油机的模型组装十分简单， 而且紧密有效。

图1 抽油机爆炸模型

2.2 驴头及游梁部分的组装

2.2.1 驴头部分

由驴头芯板、驴头侧板以及圆柱销组成。首先将驴头芯板通过销连接安装于游梁组合件的前半部， 固定好位置之后， 再在两侧安装驴头侧板， 连接方式为圆柱销连接。 考虑到前置型抽油机的游梁摆动半径长于其他三种抽油机， 设计了两种驴头芯板， 一种用于前置型模型， 另一种通用驴头芯板用于其他三种模型。驴头侧板为通用型， 除加固稳定驴头外， 还可固定驴头上悬绳的位置。

2.2.2 游梁部分游梁部分采用了组合式的设计， 可以顺利解决不同型抽油机游梁长度不同的问题。 将驴头部分与游梁前部安装完后， 通过销连接安装游梁后部与游梁前部。 由于不同型号抽油机的横梁位置不同， 故游梁上会存在由于安装位置不同而加工的矩形孔， 为满足工作时游梁强度足够，在孔内安装补偿板。

图2 通用驴头芯板

图3 前置型抽油机驴头芯板

图4 组合游梁

图5 游梁组合件安装

2.3 曲柄连杆部分的组装

曲柄与平衡重块采用了整体式的设计， 安装于低速轴的两侧。 连杆与曲柄平衡重组件采用销连接，两侧进行固定。 在不同形式抽油机工作时， 连杆的长度不同， 在连杆的上方设计有不同的销孔， 根据使用时的不同长度决定在何处插入定位销， 从而固定横梁的位置。

2.4 不同形式抽油机的变换

以常规型抽油机为原型说明： 按照上述方式安装完成后，得到常规型抽油机。

将常规型抽油机模型游梁后端的补偿板拆下，后接头向前移， 原先安装后接头的位置以补偿板替代，适当调整减速机构以及其他机构， 即可变形成为异相型抽油机模型。

将异相型抽油机模型游梁件的后段游梁拆下，替换为弯游梁行抽油机模型专门设计的弯游梁后段，将后接头反向安装（横梁、尾轴承座上移），使得横梁位于游梁上方。 适当调整各机构即可变形成为弯游梁型抽油机模型。

图6 曲柄连杆机构

图7 常规型抽油机模型

图8 异相型抽油机模型

图9 弯游梁型抽油机

图10 前置型抽油机模型

将弯游梁型抽油机模型游梁件的后段游梁拆下，替换为前置型抽油机模型专门设计的前置型游梁后段，将后接头安装于游梁组合件的前段长游梁部分，使得横梁与曲柄机构前置。 同时将游梁与中心轴连接位置后移，适当调整各机构即可变形成为前置型抽油机模型。

3 结束语

组合式抽油机拆装方便， 零件单元体积小， 质量轻， 通过改变游梁长度及形状与转动副支承点而进行抽油机的变形。 让不同类别的机械平衡式抽油机通过不同的组装方式相互转变， 使得课堂教学与实验演示更为生动且贴近生产，更为多样化。 教学时，方便同学们更加直观的理解不同类型抽油机的工作原理及工作过程，通过自由式装卸，也可提高学生的动手能力。