螺杆钻具和螺杆泵橡胶定子的三工位立式注射成型设备的设计研究与三维动态模拟
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摘要
螺杆钻具和螺杆泵因其设备费用低、节约能耗、安装调试方便等优点在油田生产中得到广泛应用，然而作为其核心部件的橡胶定子在现有技术条件下，生产设备仍然存在诸多不足：一是细长定子在水平注射时产生大挠度，导致定子与转子轴线严重偏差；二是注射机喷嘴的压合装置与注射机轴线的非重合性形成偏心力矩：三是平面运动机构的滑块平面与注射机产生的轴向力相平行，降低运动机构使用寿命。由此影响了螺杆钻具和螺杆泵的推广和使用。
通过对橡胶注射成型装置的工作原理和现有橡胶定子成型设备的优点和不足的研究，本文在一步法旋转注射原理基础上，针对现有技术的缺点，设计了一种全新的螺杆钻具和螺杆泵橡胶定子的三工位立式注射成型设备。对此，本课题着重做了如下工作：
1、首次设计了橡胶定子注射成型设备的立式结构，利用重力原理，克服了定子与转子轴线的偏差问题，减少原有技术繁琐的操作过程，保证芯模不变形，进而有效地简化了工艺过程，提高了橡胶定子合格率和生产效率。
2、首次设计了橡胶定子注射成型设备的三工位移动装置，可最大限度地发挥注射装置的效能，大大提高生产效率，降低生产成本，设备结构紧凑，占地面积小。
3、设计了一种无偏心力矩的压合装置，保证压合装置轴线、注射机轴线和橡胶定子模具轴线三线重合。克服现有技术因压合装置和注射机装置轴线不重合产生的力矩而影响设备寿命和产品质量问题，并使得滑块平面与注射机产生的轴向力相平衡，从而保证设备工作可靠性，延长其使用寿命。
4、采用了螺杆旋转式(一步法)成型装置，解决了传统方法对大容量橡胶定子不能注射成型的问题，实现了对橡胶定子的一步法注射。
Screw drills and screw pumps are more and more widely used to satisfy the needs of the production of oil field ,because they have many advantages ,such as they are cheaper ,consume less energy ,and are more convenient to assemble and debug and rubber stators are their hard-core components .But the existing equipments which are used to make rubber stator have many disadvantages: firstly ,the leptosomatic stator will make a obvious bending deflection when they are injected; secondly, pressure equipment will bring gauche moment because of the non-superposition in axes between the pressure equipment and injection machine; thirdly ,the face of locomotive die is paralleled to the axial force brought by injection machine, which debase the equipment's life-span. Screw drills or screw pumps are seriously restricted by the traditional backward producing method.
By the research on the principle of the rubber injection molding equipments and the advantages and the disadvantages of the molding equipments of screw pumps rubber stator ,on the base of one step principle and the power consume of press equipment ,we designed a new machine which named three stations vertical injection equipment for rubber stator of screw drill or screw pump .The following work will be done:
1. Vertical injection is first used in injection machine which is used in producing rubber stators .this technique overcomes the problems of bending deflection, predigests technical course and improves the eligible rate and productivity.
2. The three stations locomotive equipment is fist used in injection machine
通过对橡胶注射成型装置的工作原理和现有橡胶定子成型设备的优点和不足的研究，本文在一步法旋转注射原理基础上，针对现有技术的缺点，设计了一种全新的螺杆钻具和螺杆泵橡胶定子的三工位立式注射成型设备。对此，本课题着重做了如下工作：
1、首次设计了橡胶定子注射成型设备的立式结构，利用重力原理，克服了定子与转子轴线的偏差问题，减少原有技术繁琐的操作过程，保证芯模不变形，进而有效地简化了工艺过程，提高了橡胶定子合格率和生产效率。
2、首次设计了橡胶定子注射成型设备的三工位移动装置，可最大限度地发挥注射装置的效能，大大提高生产效率，降低生产成本，设备结构紧凑，占地面积小。
3、设计了一种无偏心力矩的压合装置，保证压合装置轴线、注射机轴线和橡胶定子模具轴线三线重合。克服现有技术因压合装置和注射机装置轴线不重合产生的力矩而影响设备寿命和产品质量问题，并使得滑块平面与注射机产生的轴向力相平衡，从而保证设备工作可靠性，延长其使用寿命。
4、采用了螺杆旋转式(一步法)成型装置，解决了传统方法对大容量橡胶定子不能注射成型的问题，实现了对橡胶定子的一步法注射。
Screw drills and screw pumps are more and more widely used to satisfy the needs of the production of oil field ,because they have many advantages ,such as they are cheaper ,consume less energy ,and are more convenient to assemble and debug and rubber stators are their hard-core components .But the existing equipments which are used to make rubber stator have many disadvantages: firstly ,the leptosomatic stator will make a obvious bending deflection when they are injected; secondly, pressure equipment will bring gauche moment because of the non-superposition in axes between the pressure equipment and injection machine; thirdly ,the face of locomotive die is paralleled to the axial force brought by injection machine, which debase the equipment's life-span. Screw drills or screw pumps are seriously restricted by the traditional backward producing method.
By the research on the principle of the rubber injection molding equipments and the advantages and the disadvantages of the molding equipments of screw pumps rubber stator ,on the base of one step principle and the power consume of press equipment ,we designed a new machine which named three stations vertical injection equipment for rubber stator of screw drill or screw pump .The following work will be done:
1. Vertical injection is first used in injection machine which is used in producing rubber stators .this technique overcomes the problems of bending deflection, predigests technical course and improves the eligible rate and productivity.
2. The three stations locomotive equipment is fist used in injection machine
引文
[1] 吕柏源，橡胶注射成型机械发展现状及新产品开发，中国橡胶，2001，17(11)：20～21
[2] 吕柏源，王忠芸，刘厚义．橡胶注射成型机发展概况，橡胶技术与装备．1996，22(6)：1～7
[3] 吕柏源，国内外橡机行业发展动向，现代橡塑，2002，2：1-6
[4] 吕柏源，橡胶注射成型机发展概况， 橡胶技术与装备，1996，22(6)：1～7
[5] 吕柏源，祝刚等，橡胶注射成型设备的技术进步及发展动向，中国橡胶，2002 18(1)：25～26
[6] 加藤宽，注射成型技术的最新动向，橡胶参考资料，1996，26(1)：2～11
[7] 刘贵玲，魏纪德，螺杆泵采油工艺的合理应用，石油机械，2002，30(2)：32～34
[8] 何存兴，何钢厚，海水螺杆泵的研制，机床与液压，1996，(5)：23～29
[9] 赵小京，卢祥国，螺杆泵采油的过去、现在和将来，国外油田工程，1996，(5)：32～33
[10] 周毅，单螺杆泵橡胶定子的研制，橡胶工业，2003，50(5)：312～313
[11] 李永东，张男等，Moyon理论在油田抽油螺杆泵设计中的应用，哈尔滨工程大学学报， 2000，21(4)：85～89
[12] 马利明，何宝丰，抽油单螺杆泵定子用橡胶耐热油性能的研究，特种橡胶制品，1994， 15(5)：13～15
[13] 韩遵安，徐树利等，螺杆泵优化设计及矿场应用，石油钻探技术，2003，31(2)：42～44
[14] 金无健，单螺杆泵使用中的几个问题及解决方法，水泵技术，2002，(4)：29～31
[15] 万得鑫，螺杆泵采油的现场实践，石油矿场机械，1997，26(5)：29～31
[16] 曹振发，孙喜寿，李宗乾，采油机械的新发展， 国外油田工程，1995(3)：38～41
[17] 师国臣，孙沿安，魏纪德等，大庆油田螺杆泵采油实践及认识，石油机械，1998，26(5) 47～54
[18] 张连山，螺杆泵采油系统技术发展现状与动向研究，石油机械，1994，22(1)：46～50
[19] 赵英，螺杆泵采油系统的优化设计，新疆石油学院学报，2003，15(3)：62～65
[20] 赵恒枫，螺杆泵的应用与节能，水泵技术，1995(4)：47～48
[21] 栾超，提高螺杆泵运行可靠性的途径，中国设备工程，2002(2)：34
[22] 李晶，张连社，田庆国，浅谈螺杆泵采油井的优化设计
[23] 吕柏源等，橡胶螺杆旋转注射成型技术及成型机的研究，橡胶工业，2001，48(1)：38-42
[24] 郑师，轮胎胶囊一步法注射成型注射机的设计与研究，青岛科技大学硕士论文，2003
[25] 焦冬梅，螺杆泵橡胶定子一步法注射成型技术及设备的设计与研究，青岛科技大学硕士论文，2004[26] 唐国政，开发轮胎硫化胶囊注射硫化机，橡胶技术与装备，1999，25(2)：14～18
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[56] 杨顺根，白仲元主编，橡胶工业手册(第九分册)，化学工业出版社，1992
[57] 上海南洋电机厂，电机样本
[58] 天津华盛昌齿轮有限公司，减速器样本
[59] 唐国俊，李健镔主编，橡胶机械设计(上册)，化学工业出版社
[60] 刘鸿文主编，材料力学(下册)，高等教育出版社
[61] 王勋成，邵敏，有限单元法基本原理与数值方法，清华大学出版社，1988
[62] 刘涛，杨凤鹏，精通ANSYS，清华大学出版社
[63] 东方人华主编．ANSYS7．0入门与提高．清华大学出版社，北京，2004
[64] 龚曙光主编．ANSYS基础应用及范例解析，机械工业出版社，北京，2003
[65] 马占兴，何月梅主编，橡胶机械设计(下册)，化学工业出版社
[66] 李雨，戴福来．注射成型机，现代橡塑．2004，16(9)：22
[67] 邱宣怀主编，机械设计，高等教育出版社
[68] H, R, Simonds A, J Weith and W Schack. Extrusion of Plastic Rubber and Metal, NEW YORK: Reinhold Publishing Corp, 1952
[69] 青岛链条厂，链条样本
[70] 山东济宁博特精密丝杠制造有限，导轨副样本
[71] 徐灏主编，机械设计手册(3)，机械工业出版社
[72] 单岩主编，UG三维造型技术基础，清华大学出版社
[73] 华中理工等院校编，画法几何及机械制图，高等教育出版社
[74] 何煜琛 主编，Pro／ENGINEER野火中文版建模基础技术，清华大学出版社
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[78] 朱成实．注射机五孔斜排双曲肘合模机构的优化设计，沈阳工业大学学位论文，2003
[79] 胡松，邹慧君．机械运动方案实体模型实现可视化动态模拟的研究，机械设计与研究， 2003 19(3)：15-17
[80] 郭启全，三维造型与动画制作3DS MAX R4教程，机械工业出版社，北京，2002
[81] 袁志平，MAYA 3DS MAX环境设置与实例，机械工业出版社，北京，2002
[82] Cat Woods．3ds max4从入门到精通，中国电力出版社，北京，2002
[83] 吴起等编著．3ds max5动画技术与艺术，中国电力出版社，北京，2003
[84] 杨勇等编著．3DS MAX5基础教程，中国水力水电出版社，北京，2003
[85] 于鹏，陈欣．3ds max5入门与提高，清华大学出版社，2003
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[80] 郭启全，三维造型与动画制作3DS MAX R4教程，机械工业出版社，北京，2002
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[84] 杨勇等编著．3DS MAX5基础教程，中国水力水电出版社，北京，2003
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