| 标题 | 三维设计在新型抽油机减速器开发中的应用 |
| 范文 | 陈子洋 郑倩 赵关一玲 崔双 石成江 包瑞新 摘 要：针对油梁式抽油机系统存在的耗能高、效率低等情况，在现有常规圆柱齿轮减速器技术参数基础上，设计了一种新型封闭行星轮系节能减速器。该减速器采用齿轮、链条混合传动，其传动比、安装尺寸及输出转矩与抽油机在用的一种减速器相吻合。确定了减速器传动结构形式并绘制了传动机构示意图，分配了齿轮、链轮的齿数，计算了传动比和传动效率。运用SoildWorks对其各个零件进行建模，并构建装配体模型，做相应的干涉检查。针对该减速器的结构特点，探讨了其增加启动能力，消除抽油机“倒发电”现象的可行性。从而减小抽油机电机的功率配置，提高电机载荷率和效率，实现节能降耗。 关键词：减速器；结构设计；Soildworks三维绘图 中图分类号：TD214 文献标识码：A 游梁式抽油机是目前机械采油的一种主要设备，它具有历史悠久、可靠性高、运行维护简单等优点。因此，具有不可替代的地位。但是游梁式抽油机存在着工作效率低和耗能高问题。本文设计的齿轮、链条混合传动行星减速器，其目的是替换抽油机中的圆柱齿轮减速器，在保证可靠性的前提下，实现抽油机节能降耗、提高经济效益。 1.齿轮、链条行星减速器运动学分析 1.1 齿轮/链条混合传动行星减速器设计参数 本减速器的传动比为i=29，允许的传动比误差为Δi=0.05。 1.2 齿轮/链条混合传动行星减速器的基本结构及原理 传动机构是将齿轮传动和链传动两种原理混合应用，构成一个封闭行星轮系，实现平行三轴齿轮、链条混合传动，完成变速（降速）要求。减速器中的齿轮传动路径和链条传动路径分别传递功率，实现功率的分流和汇流。在设计中，合理进行功率分配可充分发挥齿轮传动和链条传动的能力。 传动原理如下： 外部动力由输入轴13上的齿轮Z1、齿圈12上的齿轮Z2传递到齿圈上，齿圈围绕中间轴回转，齿圈12上的齿轮Z3带动行星齿轮Z4也围绕中间轴14回转；一部分动力经过行星架、链轮Z6、链条9、链轮Z10传递到输出轴15上；另一部分动力经过行星齿轮Z4、中间轴14上的齿轮Z5和齿輪Z7、输出轴15上的齿轮Z8传递到输出轴15上；两部分动力在输出轴15上合成后输出到工作机械，如图1所示。 1.3 传动比的计算 本文设计的减速器既包含定轴轮系，又包含周转轮系，是一个复合轮系。其传动比的正确计算方法是将其所包含的各部分周转轮系和定轴轮系各自分开，并分别列出其传动比计算式，再联立求解。 2.用SoildWorks进行零件的三维建模和模拟装配 首先，通过计算设定好齿轮、链轮的齿数、模数和齿宽以及轴的直径和轴距等参数，再进行零件的三维建模用以装配和干涉检查。绘制的三维模型可为后续的有限元分析作准备。 2.1 三维零件图的绘制 在绘制减速器三维装配图时，首先进行各个零件的建模，绘制各零件图。然后根据各个零件尺寸关系及结构形式，进行装配图绘制。 绘制的齿轮、链轮和轴等典型零件图如图2所示。 2.2装配图绘制与干涉检查 建立装配图并对各个零件间添加配合后便可得到减速器装配图如图3所示。 SolidWorks装配体中应用干涉检查命令，可以检查出减速器各零件之间的干涉情况，经检查该减速器不存在干涉情况。 3.齿轮链条混合传动行星减速应用可行性分析 游梁式抽油机耗能高的原因为：一是为保证抽油机重载启动，电机功率配置时留有很大余量，导致抽油机正常工作时电机负载率低，效率低下，耗能高；二是抽油机载荷是一种重力型负载，在下冲程时，存在着“倒发电”现象，也影响电机效率。 本文设计的减速器，由于有链条传动这个环节，利用链条传动反向间隙大的特点，解决上述两个问题，设想如下： （1）在抽油机重载启动时，可以先将电机点动、反转，让链条一侧处于松弛状态；然后再正向启动电机，拖动负载。这样电机正转开始暂短时间内，减速器中的松弛一侧链条会逐渐绷紧，而此时减速器输出轴不转动，即外界负载未施加到电机上，电机只带动减速器中的部分零件回转。这个暂短时间过后，绷紧的链条及齿轮开始将电机能量及减速器中转动零件前期储存的能量共同输出到减速器的输出轴，带动外界负载。 （2）当抽油机下行时，重力载荷会反过来带动其输入轴转动，输入轴又经过皮带传动带动电机轴转动。当重力载荷继续作用，就可能出现电机轴转速超过其理想空载转速，电机处于“倒发电”状态。本文设计的减速器，当其输出轴反向带动输入轴转动时，利用链条另一侧间隙，就可以缓解电机的“倒发电”现象。经过测量，抽油机“倒发电”存在的时间很短，利用这种具有传动间隙的减速器，理论上可以缓解“倒发电”现象。 结语 文中完成了一种新型减速器的结构设计，利用SoildWorks完成了零件建模及装配图绘制，经检查无干涉现象，说明该种减速器结构设计是正确的。根据该种减速器结构特点，能在一定程度上解决导致抽油机能耗高的两个问题，实现节能降耗的目标。 参考文献 [1]昝帅，李伟伟.游梁式抽油机节能原理分析[J].南方农机，2016（12）：129-130. [2]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2005. [3]詹燕涛，宋宕，赵星.抽油机系统效率因素分析与优化[J].油气田地面工程，2014（10）：11-12. [4]孙正贵，徐军，匡耀，等.游梁式抽油机倒发电现象的消除与节能[J].承德石油高等专科学校学报，2003，5（1）：28-30. |
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