游梁式抽油机的工作原理
游梁式抽油机是有杆抽油系统的地面驱动装置，它由动力机、减速器、机架
和连杆机构等部分组成。减速器将动力机的高速旋转运动变为曲柄轴的低速旋转
运动;曲柄轴的低速旋转圆周运动由连杆机构变为驴头悬绳器的上下往复直线运
动，从而带动抽油泵进行抽油工作。游梁式抽油机是机械采油设备中问世最早的
抽油机机种，基本结构如图1所示：
图1 常规游梁式抽油机基本机构图
1-刹车装置2-电动机3-减速器皮带轮4-减速器5-动力输入轴6-中间轴7-输出轴8-曲柄
9-曲柄销10-支架11-曲柄平衡块12-连杆13-横梁轴14-横梁15-游梁平衡块16-游梁17-
支架轴18-驴头19-悬绳器20-底座
常规游梁式抽油机的运动分析（下图为ppt
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常规游梁式抽油机的运动分析
常规游梁式抽油机的悬点载荷计算
一、抽油机悬点载荷简介
当游梁式抽油机通过抽油杆的上下往复运动带动井下抽油泵工作时，在抽油
机的驴头悬点上作用有下列几类载荷：
(1)静载荷 包括抽油杆自重以及油管内外的液体静压作用于抽油泵柱塞上
的液柱静载荷。
(2)动载荷 由于抽油杆柱和油管内的液体作非匀速运动而产生的抽油杆柱
动载荷以及作用于抽油泵柱塞上的液柱动载荷。
(3)各种摩擦阻力产生的载荷 包括光杆和盘根盒间的摩擦力、抽油杆和油液间的摩擦力、抽
油杆(尤其是接箍)和油管间的摩擦力、油液在杆管所形成的环形空间中的流动阻力、油液通
过泵阀和柱塞内孔的局部水力阻力，还有柱塞和泵筒之间的摩擦阻力。
抽油机有杆泵运动1个周期内的4个阶段
1—抽油杆; 2—油管; 3—泵筒
有杆泵的具体运行过程：
1.电机提供动力给齿轮箱。齿轮箱降低输出角速度同时提高输出转矩。
2.曲柄逆时针转动同时带动配重块。曲柄是通过联接杆连接游梁的，游梁提
升和沉降活塞。驴头在最低位置的时候，标志着下冲程的止点。可以注意到曲柄
和连接杆此时在一条直线上。
3.上冲程提升驴头和活塞，随之油背举升。在上止点，所有的铰链在一条直
线。这种几种结构局限了连接杆的长度。
4.活塞和球阀。球阀是液体流动驱动开闭的。 上冲程中，动阀关闭静阀开
启。活塞上部的和内部的液体从套管中被提升出去，同时外部液体补充进来。下
冲程，动阀开启阀法关闭。液体流入活塞而且没有液体回流油井。
二、悬点载荷计算
jd
WWW
j
W
---悬点静载荷; dW---悬点动载荷;
（1）悬点静载荷
1.抽油杆自重计算
在上下冲程中，抽油杆自重始终作用于抽油机驴头悬点上，是一个不变的载
荷，它可以用下列式子计算:
'
/1000rrrprpWAgLqL
'
r
W
-抽油杆自重，kN; pL-抽油杆总长度，m;rA-抽油杆的截面积，m2;g重力
加速度，9.81N/kg2;r-抽油杆的密度，kg/m3;rq-每米抽油杆自重，kN/m。
对于组合杆柱,如果级数为K,则可用下式计算:
r
q=1kriiiq
ri
q
---第i级抽油杆住每米自重,KN/m;
i
----第i级杆柱长度与总长之比值;
由于抽油杆全部沉没在油管内的液体之中，所以在计算悬点静载荷时，要考
虑液体浮力的影响。用rW代表抽油杆柱在液体中的自重，则它可以用下式计算:
'
()(1)frrfrprrWALgW
=(1-0.127f)**rpqL
其中，f---井液密度,t/3m;rW---液体中抽油杆自重;
2. 作用于柱塞的液柱静载荷计算
作用于柱塞上的液柱载荷随着抽油泵阀门开闭状态的不同而变化。下冲程
时，柱塞上的游动阀是打开的，柱塞上下连通。若不计井液通过游动阀和柱塞孔
的阻力，则柱塞上下的井液压力相等，作用于柱塞上的液柱载荷等于零。上冲程
时，游动阀关闭而固定阀打开，柱塞上下不再连通。柱塞上面的液体压力等于油
管内液体静压力，而柱塞下面的液体压力，忽略液体通过固定阀时的阻力，等于
油管外动液面以下液柱的静压力。这一压力差在柱塞上产生液柱载荷fW（单位
kN）：
fW = f*g*(pL-h)* pA =f*g*0H* p
A
式中，fW---作用于柱塞的液柱载荷;f---井液密度,t/3m;g----重力加速度,g=9.81m/2s;pL---
抽油杆总长或挂泵深度,m;h---泵的沉没深度,m;0H---油井动液面深度,mpA---泵的柱塞面
积，2m
3.悬点静载荷计算
上冲程时，悬点静载荷等于上述两项载荷之和，则有:
jW = rW+f
W
下冲程时, 悬点静载荷等于抽油杆柱在液体中的自重,则有：
j
W
= rW
（2）悬点动载荷
1.抽油杆柱动载荷
抽油杆和液柱在非匀速运动过程中产生惯性力而作用于抽油机悬点上的载
荷称为动载荷。惯性力的方向与加速度方向相反。在抽油机系统中，我们规定取
向上加速度为正，即取向下的载荷为正。忽略抽油杆的弹性，将其视为一集中质
量，则抽油杆柱动载荷就等于抽油杆质量与加速度的乘积。
rd
W
jW×ag = jWg×（2***dTFdTFdd）=rpr
LAa
rd
W
---
抽油杆柱动载荷；
j
W
---悬点静载荷;
a
---悬点加速度(驴头圆弧切向加速度);
g----重力加速度,g=9.81m/2s;
--- 曲柄角速度;
----曲柄转角;
p
L
-抽油杆总长度，m;rA-抽油杆的截面积，m2; r-抽油杆的密度，kg/m3;
TF
--扭矩因数,m;代表单位悬点载荷在曲柄轴上产生的扭矩.
TF
=v；
v----悬点速度;
--- 曲柄角速度;
2.油液柱动载荷
忽略液体的可压缩性。则液柱动载荷就等于液柱质量与液柱运动加速度的乘
积。但由于油管内径与抽油泵直径不同，故抽油杆与油管形成的环形空间中液体
的运动速度和加速度不等于抽油泵柱塞的运动速度和加速度(当忽略抽油杆的弹
性时，柱塞泵的运动速度和加速度等于悬点运动速度和加速度)，为此引入加速
度修正系数。
'
/ffdWWag
其中，prirAAAA，pA---泵的柱塞面积，2m；rA-抽油杆的截面积，m2; iA—
用油管内径计算的流通面积，m2;'fW—作用下柱塞环形面积上的液柱重量，kN;
'
()ffpprWgLAA
3.悬点动载荷计算
上冲程时悬点的动载荷等于抽油杆的动载荷和液柱动载荷之和。
()/drdfdrfWWWWWag
下冲程时，液体的运动速度和加速度很小，其动载荷可以忽略不计，故
/drdrWWWag
常规游梁式抽油机减速器扭矩计算
一、抽油机减速器扭矩计算
减速器扭矩指的是游梁式抽油机在减速器输出轴(也称曲柄轴)上实际产生
的扭矩。其大小和悬点载荷、冲程长度、抽油机四杆机构杆长比值以及抽油机的
平衡状况有关。现以曲柄平衡的游梁式抽油机为例来推导曲柄轴扭矩的一般计算
公式(见下图所示)。按照习惯，当曲柄连杆机构施加于输出轴上的扭矩方向与曲
柄轴的旋转方向一致时(主动力矩)，扭矩为负值;相反时，扭矩为正值(阻力矩)。
抽油机扭矩计算图
为便于计算，现将下列符号设定为:
0
Q
—摆动部件自重(游梁、驴头、横梁等)，kN;
0
l
—摆动部件重心至游梁支承的距离，m;
b
J
—摆动部件的转动惯量，103kg·m2;
W
—作用于驴头悬点的载荷，kN;
'
—游梁与水平线之间的夹角;
b
—游梁转动的角加速度，2S;
M
—曲柄处于水平位置时平衡重与曲柄自重对减速器输出轴中心的力矩，
kNgm;
—平衡相位角，即曲柄轴中心到平衡重重心之连线与曲柄半径R的夹角，
由
R到连线按旋转方向度量;
b—四杆机构的传动效率，b
=0.92—0.96。
摆动部件自重可以转化为作用于悬点处的载荷B，B称为游梁式抽油机的
结构不
平衡重。
00
Ql
BA
在抽油机中规定:当摆动部件重心位于游梁后臂上时，B为正值;重心位于前
臂上时，B为负值。B值可以用以下方法测定:将连杆曲柄销从曲柄上脱开，在