增距式抽油机换向装置结构设计及分析

袁新梅; 黄家炜; 杨立昭; 黄天成; 周思柱

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.008

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增距式抽油机换向装置结构设计及分析

设计计算 | 更新时间：2025-09-20

- 增距式抽油机换向装置结构设计及分析
- Design and analysis of the reversing device for extended-range pumping units
- 机械传动 2025年49卷第9期页码：64-71
- 作者机构：
  
  1.长江大学机械工程学院，荆州 434023
  2.长江大学机械结构强度与振动研究所，荆州 434023
  3.旭阳集团，菏泽 274700
- 作者简介：
  
  袁新梅，女，1979年生，河南虞城人，博士，副教授；主要研究方向为石油钻采机械设计等；8241067@qq.com。
  黄天成，男，1979年生，湖北蕲春人，博士，教授；主要研究方向为石油钻采机械设计等；huangtch@yangtzeu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  湖北省重大科技成果转化与产业化项目(2012AAA07-04)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.008
  中图分类号： TH132
- 收稿日期：2024-09-10，
  
  修回日期：2024-12-18，
  
  纸质出版日期：2025-09-15
- 稿件说明：
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袁新梅，黄家炜，杨立昭，等. 增距式抽油机换向装置结构设计及分析［J］. 机械传动，2025，49（9）：64-71.

YUAN Xinmei，HUANG Jiawei，YANG Lizhao，et al. Design and analysis of the reversing device for extended-range pumping units［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：64-71.
袁新梅，黄家炜，杨立昭，等. 增距式抽油机换向装置结构设计及分析［J］. 机械传动，2025，49（9）：64-71. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.008.

YUAN Xinmei，HUANG Jiawei，YANG Lizhao，et al. Design and analysis of the reversing device for extended-range pumping units［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：64-71. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.008.

摘要

目的

为解决增距式抽油机换向机构无急回特性且无法较好适应周期性负载的问题，设计了一种效率高、换向可靠的非圆齿轮曲柄滑块换向机构。

方法

对机构中的滑块进行推拉力计算及运动分析，确定了曲柄与从动非圆齿轮的最佳固连角度；采用动力学仿真方法，分析了曲柄与从动非圆齿轮的固连角度和偏心率对换向机构运动规律的影响；利用有限元仿真方法，对非圆齿轮的齿面进行了接触应力分析。

结果

分析结果表明，该换向机构上冲程运动平稳，下冲程时间较短，有助于提高抽油机的稳定性与采油效率；在非圆齿轮副单齿和双齿交替啮合的区域，接触应力会发生显著变化；非圆齿轮副的偏心率与齿宽对齿面接触应力分布影响较大，须加以限制。研究结果可为增距式抽油机的工作效率和可靠性提升提供一定参考。

Abstract

Objective

To address the deficiencies in non-quick return and cyclic load adaptation of the reversing device for extended-range pumping units

a high-efficiency and reliable non-circular gear crank slider reversing device was developed.

Methods

The calculation of push and pull forces on the slider was conducted

along with motion analysis

and the optimal fastening angle between the crank and driven non-circular gear was determined. By employing dynamic simulation methods

the impact of the fastening angle between the crank and the driven eccentric non-circular gear as well as the eccentricity of the ellipse on the motion law of the reversing device was examined. Furthermore

finite element simulation methods were utilized to conduct the comprehensive analysis of contact stress on the tooth surface of the non-circular gear.

Results

The findings indicate that the upstroke movement of this reversing device is stable

and the downstroke time is relatively short

which is conducive to enhancing the stability and oil extraction efficiency of the pumping unit. In the meshing area where single tooth and double teeth of the non-circular gear pair alternate

the contact stress undergoes significant variations. The eccentricity and tooth width of the non-circular gear pair have a considerable influence on the distribution of the tooth surface contact stress and must be restricted. The research results can provide reference for the work efficiency and reliability improvement of extended-range pumping units.

关键词

Keywords

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