摘要：在抽油机的整套装置中，减速器是重要的组成部分之一。随着采油设备的改进与完善，减速器产品设计也面临新的挑战，即设计更为精密、合理的产品。鉴于此，本文对抽油机减速器的产品设计进行分析。
关键字：石油工业；抽油机；减速器；产品设计
石油是一种宝贵的能源与化工原料，被称为工业的血液。近年来，石油工业得到了较快的发展，与石油生产服务配套的采油设备也得到了不断的完善与更新。从最早的原始式抽油机发展到无游梁式抽油机、水力活塞泵以及电动潜油泵等，加之采油技术的更新，油井的采收率得到了极大的提升。与此同时，钻采设备的要求也越来越高，作为采油设备的重要组成部分，减速器产品的设计方面，设计出与抽油机相匹配的减速器，同时在轴承润滑等方面做出改进，对采油设备作业质量与作业效率的提升有着重要意义。
1 抽油机减速器概述
在采油设备中，游梁式抽油机由于结构简单、制造与维修相对方便，在油田机械采油井中具有较高的应用占比。就游梁式抽油机的整套装置的组成来看，大致可以分为地面设备、井下设备以及中间的连接装置三个组成部分。地面设备即游梁式抽油机，井下部分即抽油泵，连接装置即抽油杆柱。游梁式抽油机主要有电动机、减速器以及四连杆机构组成，其中，减速器为抽油机的关键部件，同时也是主要易损部件之一。改善减速器的工况，提高其承载能力，对延长抽油机的寿命以及提高采油的经济效益等皆有重要帮助。
2 抽油机减速器产品设计要点
在油井实际生产中，受到抽油机电机的参数限制，需要在电机与抽油机之间加装减速器，以达到降低抽油机冲次的目的。针对减速器产品设计，采用机械结构，借助换挡拨叉与不同齿轮的锁紧完成不同传动比的输出转换，是一种较为常见的设计思路。与通过变频器控制电机转速的方式相比，以机械结构为核心的减速器具有维修方便、运行可靠等特点。
在抽油机减速器产品设计中，传动结构的初步设计具有重要意义，能够清晰地看出减速器的整体结构。传动部分齿轮设计方面，结合抽油机的电机参数进行设计，同时根据齿轮强度校核步骤对齿轮的强度进行验算。齿轮传动设计上，需要保证最终设计出的齿轮传动能够满足实际需要，同时避免空间或材料的浪费。针对传动轴的初步设计，需要按照扭转强度条件等进行计算，并最终确定设计方案。传动轴结构设计上，应当围绕输入轴、副轴以及输出轴的结构图展开，做出计算简图，并据此作扭矩图、弯矩图，完成强度校核。此外，在减速器的设计中，经济效益的分析是重要的环节之一，需要就制造成本、维修成本、运行影响因素等方面展开分析，以真正满足油井生产的需要。
3 抽油机减速器产品设计方法
减速器为抽油机的心脏，其设计的合理性将直接影响到抽油机的采油效率以及油田的生产效率。针对抽油机减速器产品设计，借助数字化技术完成设计逐渐成为一种趋势。
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在行星轮系节能减速器的设计中，有文献结合现有常规圆柱齿轮减速器技术参数，设计了一种新型的封闭行星轮系节能减速器，并运用SoildWorks构建零件模型以及装配体模型，最后做了相应的干涉检查。SoildWorks软件具有强大的功能与繁多的组件，对机械设计者而言，易学易用，操作简便。SoildWorks作为主流的三维CAD设计软件，能够为机械产品的设计提供不同的设计方案，减少设计过程中的差错，从而提高机械产品的质量。针对行星轮系节能减速器的设计，在确定减速器的设计参数与基本结构的基础上，做好运动学分析，是产品设计的基础。如传动机构的功率分配，合理的分配设计能够保证齿轮传动以及链条传动能力的充分发挥。在计算好齿轮以及链轮的齿宽、齿数、模数等参数，轴的轴距以及直径等参数后，使用SoildWorks对零件进行三维建模，并将其运用于装配、干涉检查，将为后续的应用可行性分析提供重要的依据。在SoildWorks装配体中，使用干涉检查命令，能够就所设计的减速器是否存在零件之间的干涉情况进行检查，以便及时修正。
渐开线齿轮减速器与圆弧齿轮减速器为目前抽油机最为常见的减速器，有学者提出了新的观点，如应用链条传动代替齿轮传动等。针对这些新的观点，有文献提出了一种新型抽油机专用的减速器，并运用Pro/E软件对减速器产品进行了参数化建模、装配与模拟分析。Pro/E是美国参数技术公司旗下的一款三维软件，集CAD、CAE与CAM于一体，在参数化建模方面具有显著优势，尤其是在国内的产品设计领域，占据着极为重要的地位。针对减速器的设计，在Pro/E环境下，借助方程创建曲线的方法，能够获得高精度的齿廓曲线，以及精确的齿轮造型。另一方面，Pro/E提供的参数化模型，在修改设计时具有显著的优势。分析模块方面，借助Pro/E软件对减速器在相应工作条件下的动力学特性与运动学特性进行模拟，分析零件的运动轨迹、机构的干涉等，对产品设计的优化可起到重要的参考作用。
结合相关软件在实体建模以及运行模拟等方面的运用效果来看，在抽油机减速器产品设计中，合理运用建模软件，完成减速器的实体装配，并进行实际工作条件下的模拟，对设计参数的修改，以及设计方案的进一步完善，均有着十分重要的作用。实际操作中，首先对减速器设计的具体要求进行分析，并据此进行减速器传动结构示意图的绘制，明确减速器的传统结构。在减速器相关参数的确定上，应当结合抽油机的具体参数，对减速器进行常规设计，并完成校验计算。完成准备工作后，即通过建模软件进行实体建模与模拟。建模软件方面，一般针对常用的零件，输入相应的指令，并修改具体参数，即可获得相应的模型。建立好链条、齿轮等零件的模型后，即按照设计方案进行装配。装配过程中，应当注意自由度的选择以及零件的连接等。随后借助软件提供的功能，进行运动特征等方面的动态分析。在运动仿真的过程中，应当选择适当的约束，促使仿真的结果向真实情况靠近，完成位置、转速以及连接作用力等方面的分析。
4 结语
抽油机减速器设计的合理性，对抽油机的工作效率以及使用寿命有着直接影响。在产品设计的过程中，应当明确设计的要求以及抽油机的具体参数，据此完成初步设计。借助建模软件进行零件建模与整体装配，完成运动仿真，可为设计方案的进一步优化提供重要的信息支撑。
参考文献
[1]刘文昆, 沈国辉, 高倩. 可变速式抽油机减速器设计[C].中国油气田地面工程技术交流大会. 2013.
[2]陈子洋, 郑倩, 赵关一玲,等. 三维设计在新型抽油机减速器开发中的应用[J]. 中国新技术新产品, 2017(21):84-85.
论文作者:贺珍
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/24
标签：减速器论文; 抽油机论文; 产品设计论文; 齿轮论文; 建模论文; 参数论文; 零件论文; 《基层建设》2018年第32期论文;