游梁式抽油机啮合式刹车驻车装置的设计与强度校核

王 菁

（大庆油田有限责任公司第五采油厂，黑龙江  大庆  163000）

摘  要：针对游梁式抽油机传统制动系统在突发溜车工况下可靠性不足的问题，基于机械强制锁止原理，研究设计了一种嗤合式刹车驻车装置。该装置采用齿盘-齿块啮合机构,通过优化设计的28～32齿渐开线齿形和1:4.5杠杆比转臂机构实现制动力的高效传递。通过有限元分析表明，齿根最大应力为材料屈服强度的65%～70%,动态冲击载荷控制在<2.1倍的额定值。实验测试显示,装置平均响应时间1.2s,制动距离0.8～1.2m,200次制动后齿面磨损量<0.05mm,紧急制动成功率达98%，较传统系统提升16%。

关键词：游梁式;抽油机;喷合式;刹车驻车装置；强度校核

0 引言

游梁式抽油机在石油开采领域应用广泛，其制动系统的可靠性直接影响生产安全。现有制动装置在突发溜车工况下存在响应滞后、制动力不足等技术瓶颈，容易导致设备损坏和安全事故。为解决这一问题，需要开发具有快速响应和强制锁止功能的制动系统。研究根据机械啮合原理创新制动机构设计，结合强度校核与动态特性分析，为提升抽油机制动可靠性提供新的技术方案，对保障油田安全生产具有重要工程价值。

1 游梁式抽油机啮合式刹车驻车装置设计

1.1 装置总体方案设计

游梁式抽油机啮合式刹车驻车装置采用机械强制锁止原理，通过精密设计的齿盘一齿块啮合机构实现制动力的可靠传递与分配。该装置由制动执行机构、传动杠杆系统和自动复位装置3个核心子系统构成。在结构布局上，齿盘通过高强度螺栓与减速器输出轴实现刚性连接，确保扭矩传递路径的可靠性；转臂机构采用四连杆原理，通过拉杆的直线运动转换为齿块的垂直位移，实现啮合与分离的精确控制。

系统采用分级制动策略，常规工况下由盘式刹车装置承担主要制动力矩，当速度传感器检测到溜车趋势或常规制动失效信号时，控制系统在0.5s内触发电磁执行机构，驱动转臂带动齿块与齿盘形成强制啮合。这种双重保障机制既保证日常制动的平顺性，又确保紧急情况下的绝对可靠性。复位系统采用复合弹簧设计，螺旋压缩弹簧负责主要复位力，扭转弹簧提供辅助力矩，两者协同工作确保制动解除后各部件在1.8s内完全复位。

在关键参数设计方面，齿盘采用28～32齿的渐开线齿形，通过有限元优化确定了最佳压力角为20°，齿高系数为0.8,实现了载荷分布的均匀化。转臂机构基于力矩平衡原理，将杠杆比精确设计为1:4.5，既保证操作力的人机工程学要求，又确保足够的制动力输出。整体结构采用模块化设计理念，将功能单元划分为驱动模块、执行模块和控制模块，便于维护和部件更换。齿盘采用42CrMo合金钢经调质热处理，齿面进行高频淬火处理；齿块选用20CrMnTi渗碳钢，确保啮合副的硬度匹配。结构设计特别考虑防尘和润滑需求，在滑动部位设置自润滑轴承和密封装置，方案通过多体动力学仿真优化运动轨迹，避免干涉风险，使制动过程更加平稳可靠。

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