DOI:10．3969/j．issn．2095－509X．2023．06．010齿轮齿条应用于井下采油设备的动力学分析周江涛1，张媛1，闫文辉2，拜颖乾1，吕金豆1(1．陕西铁路工程职业技术学院城轨工程学院，陕西渭南714000)(2．西安石油大学机械工程学院，陕西西安710065)摘要:将齿轮齿条机构用于井下采油设备，可以避免有杆式采油设备的杆管偏磨。介绍了井下采油设备的组成与工作原理，对齿轮齿条机构的强度进行了校核和有限元分析，建立了齿轮齿条传动机构的动力学模型并进行动力学仿真。结果显示，齿轮齿条机构强度符合理论要求，但轮齿啮合时会出现周期性振动，且齿条换向时存在惯性载荷冲击，在许可范围内，验证了齿轮齿条机构应用于井下的可行性。关键词:齿轮齿条;运动学;动力学;仿真分析中图分类号:TH122;TE933文献标识码:A文章编号:2095－509X(2023)06－0053－05随着油田建设的大力进行，有杆泵采油系统暴露出诸多问题，如中间传动环节多、耗能大、效率低等［1］。对于大斜度井和丛式井而言，杆管偏磨严重，抽油杆柱易损坏，致使油田经济效益受到严重影响［2－6］。为了解决这一难题，减少经济损失，本文提出以齿轮齿条机构代替抽油杆柱，从而避免油管与杆柱的摩擦。齿轮齿条机构连接换向机构，其啮合处长期承受交变载荷，容易出现齿面磨损、点蚀甚至剥落等齿轮失效问题，使整个井下传动系统失效［7］。为保证齿轮齿条机构能够在井下平稳运行，需要对齿轮齿条机构进行力学分析。本文首先利用三维制图软件建立井下采油设备模型，然后分别使用AN-SYSWorkbench平台的StaticStructural软件和AD-AMS软件对齿轮齿条机构进行静力学分析和动力学仿真及分析，对齿轮齿条的强度和啮合刚度进行分析，研究齿轮齿条应用于井下的可行性及其优缺点。1齿轮齿条用于井下采油设备的工作原理将齿轮齿条用于井下代替抽油杆柱需要一系列与之配套的设备，本文采用潜油电机驱动齿轮齿条，从而驱动往复式抽油泵完成人工举升动作。采油设备示意图如图1所示。1—套管;2—扶正器;3—潜油电机(含保护器);4—减速器;5—潜油电缆;6—换向机构;7—齿轮齿条机构;8—往复抽油泵;9—油管;10—井口;11—接线盒;12—地面变频控制柜;13—电源电网;14—变压器图1采油设备示意图通过潜油电缆将电力输送至潜油电机，经减速器、换向装置、锥齿轮对和齿轮齿条机构，实现抽油泵往复运动。其中，换向装置由一对不完全齿轮组成，实现传动系统的正向和反向转动。锥齿轮对可以将水平面的圆周运动转换成垂直面的圆周...
