CN109187054A - 抽油机减速器加动载荷试车试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田设备技术领域，具体涉及一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，包括主体钢结构、减速器、磁粉制动器、天轮、钢丝绳、第一砝码、第二砝码、第三砝码、滚筒和杠杆组件；主体钢结构包括主导轨、副导轨和二层平台；第一砝码和第二砝码位于主导轨内；第二砝码顶端设有顶杆，第二砝码与两根钢丝绳一端连接；钢丝绳穿过第一砝码的通孔，并分别绕过顶部的天轮和底部的滚筒后与抽油机驴头下的悬绳器连接；第三砝码位于副导轨内；杠杆组件位于主导轨和副导轨之间。利用该装置进行试验可以实现抽油机减速器在出厂前加变动载荷的试验，充分利用机械砝码加载的优势，最大限度地降低试验过程中能耗损失，结构设计合理，实验效果好。

Description

抽油机减速器加动载荷试车试验装置

技术领域：

本发明属于油田设备技术领域，具体涉及一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置。

背景技术：

国内的抽油机载荷模拟主要经历了抽油机井上部分的载荷模拟，抽油机井上部分电动机的载荷模拟，以往所研究的抽油机加载试验中，其最终的目标大多数是检验抽油机的质量问题及对其工作性能的检测，从而确保抽油机在投入使用时的安全性及可靠性。

抽油机井上部分的载荷模拟经历了吊挂重物加载、斜面重物加载、电阻尼加载、水井模拟加载和液压加载。吊挂重物加载虽能模拟抽油机悬点载荷的静载荷，但由于上冲程和下冲程的静载荷相同与实际工况不同，进而出现了斜面重物加载。斜面重物加载克服了吊挂重物载荷上冲程和下冲程静载荷一样的缺点，但在实际使用中，摩擦副的磨损较重，发热量大、噪声大等原因，致使该方法仅在少量的油田中使用。电阻尼加载可以通过控制发电机励磁和调节负载电阻的接入量调节抽油机的液柱载荷，但对其他载荷的模拟不是很明显。水井载荷模拟可以说比较接近抽油机的实际工况，但由于水的粘度和石油的粘度相差很大，况且要挖1000多米深的井，费用较高，故也没能推广使用。西南石油大学研制的液压载荷模拟虽然可以模拟不同的静载荷，但由于液压元件的限制及液压油的不可避免的泄漏导致了此方法只能模拟小载荷。

正如上述分析，在抽油机的加载试验中，只有当施加载荷与抽油机现场工作载荷一致时，检测出的参数才具有真实性。以上五种载荷模拟方法各有缺点，难于推广。为了确保抽油机的制造质量和各项性能，研发一种出给抽油机所加的载荷与油井上的实际载荷相同，又简单耐用易于推广的加载试验装置是否必要的。

发明内容：

本发明的目的是提供一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，利用该装置进行试验可以实现抽油机减速器在出厂前加变动载荷的试验，充分利用机械砝码加载的优势，最大限度地降低试验过程中能耗损失。辅助砝码通过机械装置参与加载，配合磁粉制动器的载荷变化，使得悬点载荷的变化更接近抽油机工作时的真实工况；结构设计合理，实验效果好，易于推广和使用。

本发明采用的技术方案为：一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，所述试验装置包括主体钢结构、减速器、磁粉制动器、天轮、钢丝绳、第一砝码、第二砝码、第三砝码、滚筒和杠杆组件；所述主体钢结构包括主导轨、副导轨和二层平台，所述副导轨平行设置与主导轨一侧；所述第一砝码和第二砝码位于主导轨内，并能在其内滑动运行，第一砝码设置于二层平台上，所述第二砝码位于第一砝码下方，第二砝码顶端设有顶杆，第二砝码与两根钢丝绳一端连接，所述钢丝绳穿过第一砝码的通孔，并分别绕过顶部的天轮和底部的滚筒后与抽油机驴头下的悬绳器连接；所述天轮安装于主体钢结构的顶端；所述滚筒的输出轴与减速器输入轴连接，减速器的输出轴与磁粉制动器的输入轴连接；所述第三砝码位于副导轨内，并能在其内滑动运行；所述杠杆组件位于主导轨和副导轨之间，杠杆组件的U形杠杆的一端位于第二砝码下方，其另一端位于第三砝码下方。

进一步地，所述主体钢结构的主体采用槽钢对焊而成，并通过地基用地脚螺栓固定在地基面上。

进一步地，所述主体钢结构侧面设置于有用于操作人员攀爬的人工梯。

进一步地，所述包滚筒安装于支撑座，并能够旋转，支撑座安装于底座框架上。

进一步地，所述天轮通过轴座安装于主体钢结构的顶端，并能够转动。

进一步地，所述杠杆组件的U形杠杆铰接地安装在铰接座上。

本发明的有益效果：提供一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，利用该装置可以实现抽油机减速器在出厂前加变动载荷的试验，充分利用机械砝码加载的优势，最大限度地降低试验过程中能耗损失。辅助砝码通过机械装置参与加载，配合磁粉制动器的载荷变化，使得悬点载荷的变化更接近抽油机工作时的真实工况；结构设计合理，实验效果好，易于推广和使用。

附图说明：

图1是实施例一的主视结构示意图；

图2是实施例一的侧视结构示意图；

图3是实施例一的原理示意图；

图4是实施例一的立体结构图；

图5是实施例二中试验模拟载荷的示功图；

图6是实施例二试验测控原理图。

具体实施方式：

实施例一

参照图1，一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，所述试验装置包括主体钢结构1、减速器2、磁粉制动器3、天轮4、钢丝绳6、第一砝码5、第二砝码8、第三砝码9、滚筒10和杠杆组件11；所述主体钢结构1包括主导轨13、副导轨14和二层平台12，所述副导轨14平行设置与主导轨13一侧；所述第一砝码5和第二砝码8位于主导轨13内，并能在其内滑动运行，第一砝码5设置于二层平台12上，所述第二砝码8位于第一砝码5下方，第二砝码8顶端设有顶杆7，第二砝码8与两根钢丝绳6一端连接，所述钢丝绳6穿过第一砝码5的通孔，并分别绕过顶部的天轮4和底部的滚筒10后与抽油机驴头下的悬绳器连接；所述天轮4安装于主体钢结构1的顶端；所述滚筒10的输出轴与减速器2输入轴连接，减速器2的输出轴与磁粉制动器3的输入轴连接；所述第三砝码9位于副导轨14内，并能在其内滑动运行；所述杠杆组件11位于主导轨13和副导轨14之间，杠杆组件11的U形杠杆的一端位于第二砝码8下方，其另一端位于第三砝码9下方；所述主体钢结构1的主体采用槽钢对焊而成，并通过地基用地脚螺栓固定在地基面上；所述主体钢结构1侧面设置于有用于操作人员攀爬的人工梯；所述包滚筒10安装于支撑座，并能够旋转，支撑座安装于底座框架上；所述天轮4通过轴座安装于主体钢结构1的顶端，并能够转动；所述杠杆组件11的U形杠杆铰接地安装在铰接座上。

在使用该装置进行试验时，抽油机驴头上下动作，通过钢丝绳带动第二砝码上下动作，当第二砝码下降到设定位置时，可通过U形杠杆将第三砝码抬起，当第二砝码上升到设定位置时，可通过其上的顶杆将第一砝码抬起。第二砝码的质量可设置为4000kg～8000kg，可选为8000kg，第一砝码和第三砝码的质量可设置为2000kg～4000kg，可选为4000kg，第二砝码的行程最大3.6m，第一砝码和第三砝码行程最大0.8m。磁粉制动器通过减速器提供给滚筒的制动力矩为31.5kNm。滚筒的直径是1.3m，所以，磁粉制动器可以提供的悬点载荷为0～48.5kN。主体钢结构总高(包括天轮)为8996mm，构成三个导轨，其中两个轨道呈直线排列，称为主导轨；另一个轨道与他们平行排列，称为副导轨，主导轨用38^#槽钢对焊而成，总长为6030mm，共有四个，副导轨用20^#槽钢对焊而成，总长为2540mm，共有四个。为了方便调整上面第一砝码的重量，设置了二层平台的布局方式，并设有垂直爬梯，主体钢结构组件与地基用地脚螺栓连接，主体钢结构组件是三个砝码的运动导轨，另外，通过设置于其上的天轮组件，主体钢结构还是承受悬点载荷的装置。滚筒组件由滚筒、支承座、底座框架组成，滚筒组件的作用是通过输出轴与增速器和磁粉制动器相连接，将磁粉制动器的制动力矩转化为抽油机悬点荷载；另一方面，通过钢丝绳将三个砝码的质量加载到抽油机的悬绳器上，这样，调节磁粉制动器的驱动电流控制加载系统的载荷，在磁粉制动器和砝码的配合下，得到抽油机加动载荷的试验环境和工况。天轮组件的作用是与滚筒配合，将砝码的质量加载到抽油机悬点上。

实施例二

利用实施例一的抽油机减速器加动载荷试车试验装置可以实现抽油机减速器在出厂前加变动载荷试验，能够直接或间接检测减速器输出轴扭矩、曲柄销承受的剪切力、刹车拉杆力，还能够检测曲柄剪刀差，试验结果可在计算机上显示，并能够实现试验数据的储存和处理。

利用实施例一的试车试验装置检测抽油机减速器加变动载荷的试验方法，其特征在于：试验方法包括以下步骤：

步骤一、安装连接计算机数据采集与控制系统的各个测试元器件：

1)、抽油机悬点处安装用于实时检测抽油机的悬点载荷的拉力传感器；

2)、抽油机悬点处安装用于位移监测的拉线位移传感器；

3)、抽油机刹车杆处安装用于实时检测刹车杆拉力的拉力传感器；

4)、在曲柄销孔上安装用于曲柄剪刀差的激光发射器和刻度盘；

将激光发射器和刻度盘分别安装到两侧曲柄的曲柄销孔里，接通激光发射器电源，激光发射器发出的激光束会在刻度盘上打出一个激光点，利用刻度盘上的刻度值，读取激光点偏移刻度盘中心的值，通过计算即可得到曲柄剪刀差；

5)、连接控制磁粉制动器制动扭矩的各个元器件；

步骤二、检查各个试验元器件和试验设备的连接及安装，是否能够正常运行；

步骤三、启动试验设备进行检测抽油机减速器加变动载荷的试验，获得试验数据，并通过计算机进行分析处理及储存；

试验开始，抽油机的驴头在下死点位置，砝码初始位置是：第一砝码和第二砝码在其行程范围内的最下端位置，第三砝码在其行程范围内的最上端位置，磁粉制动器在这一刻的激磁电流为零，通过磁粉制动器加载到滚筒上的扭矩也是零，所以，钢丝绳作用在驴头上的荷载为(W_砝码2－W_砝码3)，其中砝码2为第二砝码，砝码3为第三砝码；

在抽油机驴头上冲程过程中，第二砝码在其行程范围内，从最低点运动到最高点，开始的一段行程(即第三砝码从最高点到最低点的行程)过程中，控制磁粉制动器的激磁电流从零变化到某一设定值，从而实现悬点载荷从(W_砝码2－W_砝码3)到W_max的变化过程；当抽油机在悬点载荷W_max的作用下向上运动到某一设定位置(第二砝码与第一砝码相接触时刻)时，通过设定磁粉制动器的激磁电流为零，由第一砝码取代磁粉制动器提供的荷载，直到上死点，上冲程结束；

在抽油机驴头下冲程过程中，第二砝码在其行程范围内，从最高点运动到最低点，开始的一段行程(即第一砝码从最高点到最低点的行程)过程中，控制磁粉制动器的激磁电流从零变化到某一设定值，从而实现悬点载荷从(W_max＝W_砝码2+W_砝码1)到(W_砝码2－W_磁粉＝W_砝码2－W_砝码3)的变化过程，其中砝码1为第一砝码；当抽油机在悬点载荷(W_砝码2－W_磁粉)的作用下向下运动到某一设定位置(第二砝码与杠杆组件相接触时刻)时，通过设定磁粉制动器的激磁电流为零，由第三砝码取代磁粉制动器提供的荷载，直到下死点，下冲程结束；

通过计算机控制磁粉制动器输出扭矩可以模拟出与抽油机实际工作时的悬点载荷相似的动载荷，此载荷为图5中的近似平行四边形；

W_A＝W_主-W_下，W_AB＝W_主-W_下+W_磁，W_磁从0增加40kN，实现斜边AB载荷从40-80kN；

B点处第三砝码脱离，W_磁＝0kN，W_BC＝W_主+W_磁，W_磁从0增加40kN，实现斜边BC载荷80-120kN；

W_CD＝W_主+W_磁，W_磁＝40kN，保持直边CD载荷120KN；

D点处第二砝码与第一砝码接触，W_磁＝0Kn，W_DE＝W_主+W_上，W_磁＝0kN，DE载荷120kN。

E点开始，W_磁从0增加到40kN，W_EF＝W_主+W_上-W_磁，EF载荷120-80kN；

F点处第一砝码脱离，W_磁＝0kN，W_FG＝W_主-W_磁，W_磁从0kN增大到40kN，FG载荷80-40kN。

W_GH＝W_主-W_磁，W_磁＝40kN，保持直边GH载荷40kN。

H点处第二砝码与第三砝码7接触，W_磁＝0kN，W_HA＝W_主-W_下，HA载荷40kN。

参照图6，测控系统负责把试验运行过程中的相关参数采集到计算机，悬点载荷、悬点位移、刹车杆拉力由计算机自动测量；加载系统的载荷通过调节磁粉制动器的驱动电流来实现自动设定，抽油机的启停通过控制柜手动操作；测控系统控制整个系统的运行，测试、存储运转过程中产生的试验数据；抽油机悬点载荷由一套拉力传感器，实时检测抽油机的悬点载荷；悬点位移检测采用拉线位移传感器，将拉线位移传感器输出模拟信号通过数据采集卡转换成RS485并送入计算机，通过计算机软件即可实现对悬点位移的采集；刹车杆拉力检测由一套拉力传感器，实时检测抽油机刹车杆拉力；磁粉制动器控制输出制动扭矩主要是通过控制输入给磁粉制动器的电流来实现的；而输入电流的控制主要是利用WLK系列程控电源来实现，通过计算机软件输出信号经由RS485/RS232转换模块输入到WLK程控电源，电源根据输入的数据输出电流，从而控制磁粉制动器的制动扭矩，即施加到抽油机悬点的载荷，根据使用人员的需要通过计算机就可以实现对磁粉制动器输出制动扭矩的控制；曲柄剪刀差的检测方法是利用分别安装在曲柄销孔上的激光发射器和刻度盘来实现测量的；测量数据人工读取并录入计算机软件中。试验前后分别读取一次；将激光发射器和刻度盘分别安装到两侧曲柄的曲柄销孔里，接通激光发射器电源，激光发射器发出的激光束会在刻度盘上打出一个激光点，利用刻度盘上的刻度值，读取激光点偏移刻度盘中心的值，通过计算即可得到曲柄剪刀差；其他参数包括抽油机结构参数、曲柄销剪切力、减速器输出轴扭矩。

加载系统的载荷通过调节磁粉制动器的驱动电流来实现自动设定，通过计算机控制驱动电流和三个砝码组合能够模拟出抽油机实际工作载荷通过计算机数据采集与控制系统，对试验过程进行控制和数据采集与实时显示，，从而实现对减速器加动载荷工况下受力状况的充分了解，该试验方法为减速器的设计、制造、选用、维护和管理提供技术参数支持。

Claims (6)

1.一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，其特征在于：所述试验装置包括主体钢结构（1）、减速器（2）、磁粉制动器（3）、天轮（4）、钢丝绳（6）、第一砝码（5）、第二砝码（8）、第三砝码（9）、滚筒（10）和杠杆组件（11）；所述主体钢结构（1）包括主导轨（13）、副导轨（14）和二层平台（12），所述副导轨（14）平行设置与主导轨（13）一侧；所述第一砝码（5）和第二砝码（8）位于主导轨（13）内，并能在其内滑动运行，第一砝码（5）设置于二层平台（12）上，所述第二砝码（8）位于第一砝码（5）下方，第二砝码（8）顶端设有顶杆（7），第二砝码（8）与两根钢丝绳（6）一端连接，所述钢丝绳（6）穿过第一砝码（5）的通孔，并分别绕过顶部的天轮（4）和底部的滚筒（10）后与抽油机驴头下的悬绳器连接；所述天轮（4）安装于主体钢结构（1）的顶端；所述滚筒（10）的输出轴与减速器（2）输入轴连接，减速器（2）的输出轴与磁粉制动器（3）的输入轴连接；所述第三砝码（9）位于副导轨（14）内，并能在其内滑动运行；所述杠杆组件（11）位于主导轨（13）和副导轨（14）之间，杠杆组件（11）的U形杠杆的一端位于第二砝码（8）下方，其另一端位于第三砝码（9）下方。

2.根据权利要求1所述的一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，其特征在于：所述主体钢结构（1）的主体采用槽钢对焊而成，并通过地基用地脚螺栓固定在地基面上。

3.根据权利要求1或2所述的一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，其特征在于：所述主体钢结构（1）侧面设置于有用于操作人员攀爬的人工梯。

4.根据权利要求1所述的一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，其特征在于：所述包滚筒（10）安装于支撑座，并能够旋转，支撑座安装于底座框架上。

5.根据权利要求1所述的一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，其特征在于：所述天轮（4）通过轴座安装于主体钢结构（1）的顶端，并能够转动。

6.根据权利要求1所述的一种抽油机减速器加动载荷试车试验装置，其特征在于：所述杠杆组件（11）的U形杠杆铰接地安装在铰接座上。