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5.静力示功图（表示做功的图）,定义上、下冲程悬点载荷随位移（冲程）变化规律。上冲程载荷下冲程载荷抽油杆在油中重量始终作用在悬点上。,,,（第3次课，2005.12.6）,①表示静力传递过程从下死点开始进行上冲程，静力由变到，悬点增加的载荷，是缓慢加到悬点上。即悬点走过了（杆、管静变形），载荷才全部加到悬点上。,,,,,,,【这里可认为悬点不动，载荷增加，由于变形，向下延伸。现在悬点在运动，相当于把变形部分的，很轻松的拉过去。】,②封闭平行四边形上冲程载荷、位移曲线，ABBC；位移EB，BC；下冲程载荷、位移曲线，CDDA；位移经过后，完成卸载，完成。③称理想示功图,,,,,,,,,【下冲程缓慢减载，经过全部减去。】,（三）悬点动载荷大小及变化惯性载荷和振动载荷，高冲数必须考虑动载影响。1.惯性载荷分两部分和（由加速度造成）。认为杆、油柱运动规律一致，随悬点而变。悬点随曲柄转动而摆动，悬点为非匀速，有。,,,,,（5）油管过流扩大，油柱加速度下降系数。（由图16-17说明）为油管内径面积；为油管断面积（壁厚断面）。,,,,,,,,,2.悬点加速度（求大小及变化）,,曲柄半径；连杆长；后臂；前臂角速度；曲柄转角；12点为0悬点A，绕支点O摆动，取决于B点运动（游梁尾部）。,,,,,（1）A点与B点关系位移；（）速度；加速度,,,（2）假设B点作直线简谐运动（只有游梁、连杆很长近似成立，实际是圆弧运动。）运动规律成为曲柄连杆滑块机构。（B点相当滑块认为、，B点弧度大近于直线）。,,,（3）B点运动【关键是求B点，，】冲程速度加速度,,,,,,,,（4）A点运动（悬点处）悬点最大冲程【为一冲程】,,,（6）,将代入（6）得发生在，。【恰好是下、上死点处】,,,,,,,图1-19加速度图,（5）分析【惯性载荷与大小、方向有关】上冲程（悬点向上为正向运动）前半段，为正（与运动方向相同）后半段，为负（与运动方向相反）下冲程（悬点向下为反向运动）前半段，为负（与正向运动方向相反）后半段，为正（与正向运动方向相同）,,,,（6）实际B点，A点运动规律（只给出计算思路）实际，不能忽略，A，B点圆弧运动（非直线）。应根据四连杆机构精确求B点，A点运动规律。①方法一用机构动态仿真软件ADAMS。思路实体建模→定义传动副→给原动件加力→分析机构各点的运动规律及受力。【有利于快速优化机构设计】以往用分析法或图解法。,②解析法以原动杆为基础，建立位移矢量方程。【各杆长一定，找各角度间关系，确定位移方程。】位移求导得速度、加速度。【机械设计书上有公式，有计算机可得数值解，很方便。】,矢量方程投影方程【两式为运动分析基本方程，可以求出角速度和角加速度。】,,,,③图解法按刚体平动。任意一点均由牵连运动和绕B点相对转动组合。按比例找关系，作位移、速度、加速度多边形。【动点相对于静参考系的运动称绝对运动。动点相对于动参考系的运动称相对运动。动参考系相对静参考系的运动为牵连运动。】【前人已用精确法算出，，值（采油机械设计算书上有计算数据表）给出相对值（不同r/K，r/l时，不同的相对值。），，，作为设计参考。】,,,,,（7）结论,①实际（悬点加速度）随变化与理想规律相近；②，（上冲程开始和下冲程终了附近）二者之比称运动指标研究证明（与，有关）（8）实际抽油机中用处用理想式求出乘，得，计算简单。,,,,后臂,,③理想对称（顺、逆旋转均可），非对称。为减小上冲程开始加速，考虑转向“曲柄顺转”,,,,,,【从开始顺时转动增量角下的加速度，与从开始逆时增角不同。故曲柄必按顺时转动（井口在左，曲柄在右，顺转，技术人员应考虑，有理论根据。顺时从开始上冲程。）】,3.惯性载荷对悬点载荷的影响,（1）上冲程（和均起作用）（9）此处,,,,由（5）式,上冲程前段（向上），总载上冲程后段（向下），总载,（2）下冲程（柱塞不带油运动）（10）下冲程前段（向下），总载下冲程后段（向上），总载（3）动力示功图（由静、动载合成，冲程与载荷关系图）,,,,,,,,扭曲四边形，，静力为平行四边形。是基础上增加。,,,,,上冲程静变形段悬点载荷逐渐传到悬点上，静变形终了时，最大，之后开始有效行程，因惯性载荷减小，曲线下斜。加速度变负，惯性向上。，＋，正向，增加;,,,,,,，，向，减小。下冲程前段，,向,减小；后段，,向,增加；（参看图1-19～20）,,,,,,,4.惯性载荷对有效冲程影响第4次2005.12.8①上死点处。负最大↓，↑，减重杆缩短，柱塞附加冲程（柱塞要向下走却缩回）。【以此时的减重为标准】②下死点或。正值最大↑，↓，增重杆伸长，柱塞附加冲程（悬点走完下冲程再拉长）。【以此时的增重为标准】,①上死点180为负↓向上↑杆减重缩短柱塞上缩,②下死点360为正↑向下↓杆增重伸长柱塞下伸,,,③有效冲程,（11）,（12）,上死点、下死点最大惯性载荷,,（惯性载荷沿杆均布，取长中点，作为载荷作用杆中心。,,5．振动载荷杆柱细长，弹性体，突然加、减重，且运动会产生振动。（1）悬点上行始杆、管柱在静变形内柱塞与泵筒无相对运动，杆柱无振动。静变形终了，杆、柱塞突然运动产生一次振动。（2）悬点下行始静变形结束后，杆、柱塞突然卸载，又发生一次振动。（3）衰减振动（阻尼振动）（4）防止共振，合理选冲数悬点运动频率与杆、柱塞自动振动频率相同或整数倍，易共振。应合理选悬点冲数。,（5）振动载荷示功图（参见图1-20）,（四）悬点最大和最小载荷1.（从动力示功图上看）最大载荷发生在上冲程静变形结束后的瞬间。（B”点）2.最小载荷发生在下冲程静变形结束后的瞬间。（D”点）是设计或选电机的依据。,4.,计算（1）API公式根据机、电模型，实测后给出公式（经验式）（13）（14）（无因次系数查曲线；S冲程；弹性系数）N/m（）【按加重长计算杆伸弹性系数,杆在油中重。】杆截面（使用较多，与实测值较接近。）,（2）前苏联公式理论形式（15）（16）加修正（17）变形分配系数（）杆径；D泵径；n冲次。（理论＋经验式，不分上、下，惯、振。）所有公式计算较准确，有偏差。,（五）摩擦力对悬点载荷的影响，计算均未考虑。【实验证明不随而变，随而变，与运动方向相反。柱塞与泵间，杆箍与油管间；杆与油柱间、油柱与油管间。】（18）（19）增加了（上行）；减小了（下行）（液摩擦力与粘度有关）,抽汲速度,,四、冲程长度与冲数选择1.冲程冲程长度对悬点载荷影响不大。【只是抽油机高度增加，不可能实现长冲程≤6m。】曲柄扭矩随S正比增加。（经验式）2.冲数n冲次高，产生冲击载荷，会使减小。最高n限制条件不使油杆发生共振。许用冲次,五、曲柄扭矩计算1.扭矩大小及变化曲柄销处受力切线力；连杆力；曲柄折合平衡力；曲柄平衡重离心力,力矩平衡方程曲柄销处,切向力曲柄平衡重连杆力,（1）求（连杆力）,由游梁支点力矩方程求得。游梁摆动惯性力矩,转动惯量（，游平衡重半径）；梁角加速度。，前臂,力矩方程,P方向永不变游梁平衡重,（2）求出可知，复合平衡力矩0，求曲柄平衡力矩0，求（游梁平衡力矩）平衡良好标准电机上下冲做正功。,,2．最大扭矩计算式（1）前苏经验式由公式【（15）、（16）、（17）】计算（2）API式为杆弹性常数（3）简化式（有效平衡重量）,无因次数，查曲线。,,六、平衡问题1.基本原理（1）机械平衡下冲程抬高平衡重，储存位能。上冲程释放位能，“帮举”。【三种平衡游梁，曲柄，复合三种平衡方式。】（2）气平衡下冲程压缩气体，上冲程放出能量。“帮举”（3）下冲程储能（能为做功）电机功，下落功（4）上冲程放能（上冲程悬点载荷需要的功）（5）原理要求（使电机做恒功）（6）需要的储能,,储能,,（7）按实际示功图计算（）上冲程为OABCF面积（用测面仪）下冲程为OADCF面积由上两面积可求，要有坐标比例。（8）无实际示功图（用计算式），按静力示功图求,2．平衡重计算游梁平衡重；臂长曲柄平衡重；平衡半径游梁部件重；重心到支点曲柄部件重；重心回转距离r曲柄半径（）,第5次课2005.12.10,距离,（1）下冲程储能①游梁平衡重抬高储能（功）②游件抬高，储能；③曲柄平衡重抬高2R，储能；④曲柄自重抬高，储能。总储能,,游平重储能曲平重储能游件平重储能曲件平重储能,,,,,设；将静力示功求代入上两式可求复合平衡及R。二者单独平衡（0）；（0）。,R为曲柄平衡半径,游件重相当于游平重大小曲件相当于曲平重的平衡半径,,,3.机械平衡效果检查（1）平衡合理理论检查用（选择系数）检查平衡的合理性。选择系数；曲柄角速度；后臂长；游平重臂给出上、下限值，设计作计算参考。,平衡合理性选择系数表,（2）现场检查①直观看振动情况；②上、下冲程时间近等；③测上、下冲程电机电流（最大）近等。上大于下，平衡欠重；上小于下，过重。④不符合要求，调重和曲柄平衡半径。,
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