游梁式抽油机曲柄销的损伤分析与研究

摘要

目前油田所用采油设备以自主研制的常规型游梁式抽油机为主。近年来，随着油田工作环境的不断恶化，加之抽油机构件易老化等问题，游梁式抽油机在长期的工作过程中常出现因关键零部件损坏将会导致无法正常运行的问题，特殊情况下甚至发生事故。曲柄销损坏而导致的故障在游梁式抽油机故障中所占的比重较大，因此对游梁式抽油机曲柄销的损伤分析与研究尤为必要。 （1）以 C-456D-305-144 型抽油机为对象，对抽油机整机进行了运动学分析并对曲柄销和连杆进行了受力分析和多体动力学分析。 （2）对曲柄销进行结构静力分析和模态分析，运用动力学分析软件 ADAMS对曲柄销进行了刚柔耦合动力学仿真分析，获得了载荷谱文件。根据曲柄销的静力分析结果和载荷谱文件在nCode疲劳分析软件中建立了曲柄销的疲劳分析模型，对曲柄销进行了疲劳损伤分析。 （3）基于弹性接触理论对不同连杆拉力、摩擦系数和预紧力下的曲柄销微动特性进行了有限元模拟分析，得出了三者对接触压力、摩擦应力和滑移距离的影响规律，并针对分析结果讨论了一些减缓微动的方法和措施。 （4）基于Design Exploration优化模块对曲柄销进行了参数化建模，参数关联性分析和响应面分析。基于多目标遗传算法对曲柄销进行了结构参数优化，最优化参数条件下曲柄销的质量减小了14.9%，最大变形量降低了 23.27%。 （5）将优化后的曲柄销结构重新置入抽油机整机中，分别对曲柄销优化前后的游梁式抽油机进行了整机多体动力学仿真分析。通过对比分析发现曲柄销结构优化后整机的相关部件的受力情况有所改善，同时也验证了曲柄销优化的合理性以及损伤分析与研究的必要性。 通过本课题的研究，为提高曲柄销乃至抽油机整机的可靠性提供了支撑，具有重要的实际意义。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 抽油机损伤问题的研究现状

1.3 疲劳问题的研究现状

1.4 微动磨损问题的研究现状

1.5 主要研究内容及创新点

第2章 游梁式抽油机曲柄销的受力分析

2.1 游梁式抽油机的结构及性能参数

2.2 游梁式抽油机运动学分析

2.3 相关部件的多体动力学分析

2.4 本章小结

第3章 游梁式抽油机曲柄销的疲劳分析

3.1 疲劳分析简介

3.2 曲柄销疲劳分析步骤

3.3 曲柄销的结构静力分析

3.4 曲柄销的模态分析

3.5 刚柔耦合动力学建模与仿真

3.6 曲柄销的疲劳分析

3.7 本章小结

第4章 游梁式抽油机曲柄销的微动特性分析

4.1 分析流程

4.2 弹性接触理论

4.3 有限元法分析

4.4 曲柄销的微动特性分析

4.5 减缓微动磨损的措施

4.6 本章小结

第5章 游梁式抽油机曲柄销的结构参数分析及优化

5.1 分析流程

5.2ANSYS Workbench软件简介

5.3Design Exploration概述

5.4 曲柄销参数化模型建立与有限元分析

5.5 结构参数分析

5.6 参数优化

5.7 本章小结

第6章 游梁式抽油机的多体动力学分析

6.1 虚拟样机技术在石油机械中的应用

6.2 抽油机虚拟样机的建立

6.3 仿真结果

6.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文