新型节能抽油机主要承载构件应力测试

悬挂偏置游梁抽油机是一种节能新型抽油机，整机结构尤如一架天平，其运动部件与常规机基本相同，但在平衡方式上采用游梁平衡方式，去掉了曲柄平衡块，增加了悬挂及偏置平衡块，在游梁上装有前后驴头，悬点负荷变化与平衡力距的变化规律趋于一致。同时，减速箱净扭矩减小，具有较好的节电效果。采用前置横梁及连杆，双排中央轴承座，冲程增大，四连杆机构设计合理，运行安全可靠。动态平衡率高，调节参数方便，易于操作维护。抽油机能否安全可靠运行，在很大程度上取决于承载构件的结构设计及强度裕度。利用电阻应变测量技术对该型抽油机游梁、连杆等主要承载构件在不同载荷及工况下进行静、动态应力测试研究，为进一步优化设计提供依据。

应力测试方案

选取新型悬挂偏置游梁抽油机作为测试样机，在3种不同载荷下，采用应变仪进行动、静态应力测试。并对减速器输出轴扭矩与常规抽油机进行对比测试。

动静态应力测试点选取

根据受力分析，应变片选取在游梁、连杆的*大应力处。将各种电阻应变片按一定方向粘贴在结构表面，接成测量电桥，采用JHDJ动静态应变仪进行数据采集，将应变片测出的构件表面某点应变换算后得到应力值，不同应力状态采用不同的换算关系。

应力测试加载方案

为研究该机应力与载荷的关系，试验中分3次加载。加载前驴头自重608kg，负载2100kg；后驴头自重1860kg，后驴头平衡块重2080kg。

静应力测试

*一次加载，前驴头加载2100kg；第2次加载，后驴头加载2700kg；第3次加载，前驴头加载3500kg，后驴头加载728kg。

动应力测试

对于工况1，前驴头加载5600kg，后驴头加载3428kg，冲次9min^-1，次程3m；对于工况2，前驴头加载3840kg，后驴头加载3092kg，冲次6min^-1，次程3m；工况3，前驴头加载5600kg，后驴头加载3428kg，冲次4min^-1，次程3m。

试验数据分析

a. 游梁 游梁理论计算采用ASP91分析程序对*危险工况进行有限元计算，边界条件处理以中央轴承座为固定铰支，以横梁轴承支座为可动铰支，可得到模型非常直观清晰的全场应力分析情况，比较二者结果可知，计算与实测工况相当吻合。游梁*大应力发生在上翼板中部，*大静应力为47MPa（工况1），游梁动应力*大仅为10MPa（发生在工况1,9min^-1时），强度足够，计算所得全场应力分布图也是准确的。

b. 连杆 由2根连杆各测点静测数值增量及计算值可计算出2根连杆在3次加载条件下所引起的总平均应变值及每吨载荷引起的平均应变值。

3次加载实测结果与理论计算误差分别为18.7%、-4.9%、39%。从*一次和第二次加载每吨载荷分别引起的应变值，即可得到总载荷作用下2根连杆的总应变数值。

实测连杆总压力P=44.766KN；连杆上平均应力σ_A=Eε=6.86MPa。可见，当抽油机两边载荷平衡时，连杆上的静应力很小。

由各测点应变量及应力可看出，*大动应力发生在连杆及轴承座部位，当采用*大负荷冲次9min^-1时，连杆测点应力幅峰值达到许用应力的1/8，但静应力较小，不致于影响连杆强度，但对连杆两端的联接部位，应注意应力集中对其使用寿命的影响。当采用6min^-1时，连杆动应力幅度大幅降低，平均不仅为前者的23%，而事实上，抽油机在生产中基本上都采用中低冲次。因此，该抽油机连杆的设计是合理的。

扭矩测试

为检测该型机减速箱输出扭矩特性，在3种典型工况中，对其减速箱输出轴扭矩及常规游梁抽油机进行对比测试，冲程调为3m，冲次及悬点挂重完全一样。测试采用在减速器输出轴两侧布置2组±45°扭矩应变片，测量时，组成全桥。工况1，冲次9min^-1、悬点挂重7.11*10³kg、冲程3m（悬点动载9.3*10³kg）；工况2，冲次6min^-1、悬点挂重5.35*10³kg、冲程3m（悬点动载6.1*10³kg）；工况3，冲次4min^-1、悬点挂重5.35*10³kg、冲程3m（悬点动载6.1*10³kg）。

由不同工况下减速箱输出轴扭矩数据可知，新型机所使用37KN*m减速箱在工况2、3时，正负扭矩峰值与常规型53KN*m减速箱相比，在低冲次时，减速箱输出轴正扭矩峰值比常规抽油机低73%，负扭矩峰值比常规抽油机低80%。

总结

对该井新旧机型进行了安装前后及使用过程中跟踪对比测试，取得了较为完整和可信的数据，与常规抽油机对比台架试验节电率达17%-42%，现场试验在使用节能电机基础上节电率达15%（而常规机本身为节能机型，所配电机为节能双速电机）。

1. 主要承载构件如游梁、连杆各点应力与理论计算结果吻合，均能满足设计要求，技术条件选择恰当，应力分布合理。

2. 减速箱输出扭矩小，平衡性能优于曲柄平衡抽油机，节能机理合理有效。

3. 该型抽油机机构设计合理，综合性能有一定优势，有一定市场潜力。

4. 抽油机运行安全可靠，节能效果好。

5. 由于天气等原因，少数测点数据不太准确，且理论值与实测值之间有一定的误差，但误差仍在工程允许范围内，测试方法正确可行，结论可靠。