中國報告大廳網訊，隨著石油工業的不斷發展，抽油機作為原油開採的關鍵設備，其技術改進和優化一直是行業關注的焦點。2025 年，抽油機行業呈現出數位化、智能化和高效化的趨勢。特別是在曲柄結構的強度計算及優化方面，通過動力學分析和有限元模擬，顯著提升了抽油機的可靠性和工作效率。本文通過對游梁式抽油機曲柄的強度計算及結構改進的研究，展示了如何通過理論分析和仿真驗證提升抽油機曲柄的承載能力。
《2025-2030年中國抽油機行業項目調研及市場前景預測評估報告》指出，抽油機的曲柄機構是實現原油開採的核心部件之一。它通過將圓周運動轉換為直線往復運動，驅動抽油泵實現上下往復運動，從而完成原油的提取。然而，長期的高負荷運行容易導致曲柄結構失效，進而引發設備故障，影響生產效率甚至導致安全事故。因此，對抽油機曲柄的運動狀態和受力情況進行深入分析，並據此進行結構優化，對於提升抽油機的整體性能至關重要。
通過對游梁式抽油機的曲柄進行動力學分析，推導出曲柄扭矩的平衡方程和扭矩與扭矩因數的關係。分析表明，曲柄處於水平位置時，曲柄自重和曲柄平衡重對曲柄軸產生的扭矩最大。最大應力出現在曲柄從與連杆共線位置運動到垂直位置的過程中。具體而言，當懸點載荷為額定載荷時，減速器輸出扭矩主要與扭矩因數有關，計算只需考慮最大扭矩因數即可。根據抽油機的幾何尺寸和曲柄轉角，可以計算出每一曲柄轉角下的扭矩因數。
利用有限元軟體對抽油機曲柄體在不同工況下的應力和變形進行分析。結果表明，曲柄體最大應力均出現在曲柄體工字梁根部上翼板受拉一側。在不同工況下，曲柄體的最大應力值略高於標準中的要求。具體數據如下：
當衝程為 1498.6 mm 時，最大扭矩因數為 0.742，對應角度為 75°，此時曲柄體最大應力為 32.3 MPa。
當衝程為 1092.2 mm 時，最大扭矩因數為 0.588，對應角度為 65°，此時曲柄體最大應力為 25.3 MPa。
這些結果表明，在無游梁平衡且抽油機承受額定載荷的情況下，曲柄體的應力略高於標準要求，需要進行結構優化。
抽油機行業現狀分析指出，針對仿真結果，提出對曲柄結構的優化方案。通過增加工字梁翼板的厚度，從原來的 25 mm 增加到 28 mm，顯著改善了應力分布。優化後的曲柄體最大應力為 27.63 MPa，滿足標準中規定的最大應力不超過 30 MPa 的要求。同時，曲柄的最大變形量為 0.213 mm，結構剛度也能滿足工作要求。
通過對抽油機曲柄的動力學分析和有限元模擬，確定了曲柄在不同工況下的受力狀態和應力分布。針對應力略高於標準要求的情況，通過結構優化，成功降低了曲柄體的峰值應力，提高了曲柄的承載能力和結構剛度。這些改進不僅提升了抽油機的可靠性和工作效率，還為抽油機的設計和優化提供了科學依據。隨著數位化技術的不斷發展，未來抽油機的設計和優化將更加智能化和高效化，為石油工業的可持續發展提供有力支持。
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