金属抽油机模型制作全解析

金属抽油机模型制作全解析

一、金属抽油机模型制作材料

（一）金属材料

1. 底座材料：底座作为模型的支撑基础，需具备良好的强度与稳定性。槽钢是常用的选择，像 10 号槽钢，规格为高度 100mm、腿宽 48mm、腰厚 5.3mm，其独特的结构赋予良好的抗弯性能，能为模型提供稳固支撑，确保演示时不晃动、不变形。
2. 游梁材料：游梁工作时承受复杂载荷，需足够强度与刚度。14 号工字钢是合适之选，高度 140mm、腿宽 80mm、腰厚 5.5mm，其截面形状使它在承受弯曲力时能充分发挥力学性能，保障游梁摆动稳定可靠。
3. 曲柄与连杆材料：曲柄和连杆运动中承受冲击与交变应力，选用直径 25mm 的圆钢，经适当热处理后，可获良好综合力学性能，满足工作要求，确保动力与运动可靠传递。
4. 其他结构材料：50×50×5mm 的角铁用于加强结构连接，增强整体稳定性；6mm 厚的钢板可制作减速箱箱体、平衡块等部件，其良好加工性能可通过切割、焊接制成各种形状零件，满足不同结构需求。

（二）其他材料

1. 模拟油井与储油容器材料：12mm 厚的有机玻璃用于制作模拟油井井筒和储油容器，其高透明度、良好加工性能和一定强度，能满足观察内部液体流动的需求，让观众清晰看到水（模拟石油）的流动过程。
2. 管道材料：内径 12mm 的橡胶管作为“石油”输送通道，柔韧性和耐水性良好，便于安装布置，能较好模拟石油在管道中的流动。
3. 电气材料：防水、节能的柔性 LED 灯带用于辅助展示，蓝色模拟“石油”流动，白色照亮关键部位，搭配电源控制器可实现开关、亮度控制，使演示更生动形象。
4. 辅助材料：6206 型号深沟球轴承保证部件转动顺畅；螺丝、螺母、垫片等连接件固定部件，确保结构牢固；润滑油减少部件摩擦，延长使用寿命，轴承选择、连接件规格材质及润滑油使用都需依部件工作要求确定。

二、金属抽油机模型制作流程

（一）底座制作

1. 设计规划：依据模型整体规模确定底座尺寸，常见长度 1800mm 左右，宽度 1000mm 左右，高度依槽钢规格而定。精确规划安装孔位置尺寸，考虑与其他部件连接方式和精度要求，确保模型稳定协调，同时兼顾底座受力情况进行结构设计。
2. 材料切割：按设计尺寸切割槽钢，控制长度误差在±1mm 以内，角度误差在±0.5°以内，保证边缘平整无毛刺缺口，切割后用工具检查尺寸。
3. 框架组装：用焊接工艺组装槽钢成框架，保证焊缝质量，焊缝饱满均匀无缺陷，焊接后打磨焊缝，减少应力集中。组装中用工具检查尺寸精度和垂直度，确保框架四个角为直角，对角线误差在±2mm 以内。
4. 安装孔加工：在框架上按设计加工安装孔，控制直径误差在±0.1mm 以内，位置误差在±0.5mm 以内，保证孔光滑无毛刺，采用合适加工工艺保证精度质量。
5. 表面处理：先除锈，再涂防锈底漆和面漆，面漆颜色可选，涂刷均匀无流挂漏刷，提高防锈性能和美观度，延长使用寿命。

（二）减速箱制作

1. 箱体设计与材料准备：根据传动比、扭矩等参数设计箱体结构尺寸，选 6mm 厚钢板，按图切割成各部分，控制切割精度在±1mm 以内，检查切割后钢板质量。
2. 机械加工：对箱体部件进行铣削平面、镗孔、铣键槽等加工。铣平面保证平面度误差在±0.05mm 以内；镗孔控制直径误差在±0.03mm 以内，同轴度误差在±0.02mm 以内；铣键槽保证尺寸精度在±0.05mm 以内，表面粗糙度达 Ra3.2μm，加工中用高精度设备和量具保证精度。
3. 组装与焊接：精确组装箱体部件后焊接，采用合理焊接顺序和参数控制变形，焊接后用无损检测设备检查焊缝质量，确保可靠性。
4. 轴承座安装：在箱体上准确安装轴承座，用螺丝固定，拧紧力矩符合要求。安装后检查同心度误差在±0.02mm 以内，垂直度误差在±0.05mm/m 以内，保证安装精度。
5. 轴与齿轮装配：将输入轴、输出轴安装在轴承座内并装齿轮，保证齿轮啮合间隙在 0.1 - 0.2mm 之间，接触精度达齿面 70%以上。装配后检查轴转动灵活性，无卡滞现象，对不合格处及时调整。
6. 附件安装：在箱体上安装油标尺、放油螺塞等附件，油标尺位置便于观察油位，放油螺塞密封良好。安装后对减速箱进行空载和加载调试，检查运转平稳性，记录分析数据，解决潜在问题。

（三）曲柄连杆机构制作

1. 曲柄制作

• 下料：按曲柄设计尺寸切割圆钢为毛坯料，考虑加工余量，长度比设计长 5 - 10mm，控制切割误差在±1mm 以内。
• 车削加工：在车床上车削曲柄轴两端，保证直径精度在±0.03mm 以内，表面粗糙度达 Ra1.6μm，在一端加工轴颈，直径公差控制在 H7/g6 范围内，采用数控编程保证加工精度质量。
• 铣削曲柄臂：在铣床上铣削曲柄臂，控制长度、宽度尺寸精度在±0.05mm 以内，表面粗糙度达 Ra3.2μm，用数控铣床编程控制加工。
• 钻孔加工：在曲柄臂上钻孔，控制孔径、垂直度、同心度误差，孔径依连杆销直径定，垂直度误差在 0.05mm/m 以内，同心度误差在±0.03mm 以内，加工中用导向装置和测量仪器保证质量。

1. 连杆制作

• 下料：按连杆设计尺寸切割圆钢为毛坯料，留加工余量，长度比设计长 5 - 10mm，控制切割误差在±1mm 以内。
• 车削加工：在车床上车削连杆两端轴颈，控制直径精度在±0.03mm 以内，表面粗糙度达 Ra1.6μm，保证与曲柄销和游梁连接销配合精度。
• 结构优化：在连杆中部按设计加工减重孔或加强筋结构，用数控加工中心编程控制加工，保证结构优化效果。
• 表面处理：对连杆进行调质处理，使硬度在 HB220 - 250 之间，改善组织结构，提高综合力学性能和使用寿命。

1. 机构装配：将曲柄安装在减速箱输出轴上，用键和螺母固定，保证平稳转动。将连杆一端通过连杆销与曲柄相连，配合间隙控制在 0.02 - 0.05mm 之间，装开口销防脱落。另一端与游梁连接，同样装连接销和开口销，装配后检查运动灵活性，无卡滞现象，对不合格处调整。

（四）游梁制作

1. 材料切割：按游梁设计图纸切割 6mm 厚钢板，控制尺寸误差在±1mm 以内，保证边缘平整无毛刺缺口，可用数控切割机提高精度效率。
2. 机械加工：对切割后的游梁进行铣削平面、钻孔、铣槽等加工。铣平面保证平面度误差在±0.05mm 以内；钻孔控制直径和位置精度，直径误差在±0.03mm 以内，位置误差在±0.5mm 以内；铣槽保证尺寸精度在±0.05mm 以内，表面粗糙度达 Ra3.2μm，用高精度设备和量具保证加工精度。
3. 平衡块安装：根据游梁平衡要求计算平衡块重量位置，通过焊接或螺栓连接安装，控制位置误差在±1mm 以内，提高游梁平衡性能，减少振动。
4. 支撑轴安装：在游梁下方安装直径 30mm 圆钢制作的支撑轴，通过轴承座与底座框架连接，保证游梁能绕轴自由摆动。安装后检查摆动灵活性，无卡滞现象，对安装不合格处调整。

（五）驴头制作

1. 设计与材料选择：根据驴头设计要求选 5mm 厚钢板，设计形状尺寸时考虑与游梁和抽油杆连接及受力、运动轨迹，保证结构强度和运动灵活性。
2. 成型加工：切割钢板成驴头各部分后焊接组装，保证焊缝质量，焊接后打磨表面使其平整光滑。
3. 连接结构加工：在驴头前端加工悬挂抽油杆的孔，孔径依抽油杆模拟尺寸定，一般为 10mm；后端加工与游梁连接结构，确保连接可靠。
4. 表面处理：对驴头进行喷漆处理，提高美观度和防锈性能，喷漆均匀无流挂漏刷。

（六）模拟油井井筒与储油容器制作

1. 模拟油井井筒制作

• 材料准备：选 12mm 厚有机玻璃切割成圆筒，直径 100mm，高度 800mm。
• 密封与接口加工：底部密封，顶部安装带螺纹接口，保证螺纹精度，用于连接橡胶管和抽油泵。
• 刻度标识：在圆筒上刻画刻度线模拟油井深度，刻度清晰准确、间距均匀。

1. 储油容器制作

• 材料切割与组装：选 12mm 厚有机玻璃切割组装成容器，保证密封良好，可用胶水或密封胶密封。
• 进出口加工：在容器一侧底部安装带阀门排水口，顶部安装进油口，通过橡胶管与模拟油井井筒出油端相连，保证连接紧密无泄漏。

（七）抽油泵制作

1. 泵筒制作：选直径 50mm 无缝钢管截取 300mm 作泵筒，加工两端使其与橡胶管和排出管良好连接，保证内壁光滑。
2. 柱塞制作：制作金属圆柱体柱塞，直径略小于泵筒内径，安装密封橡胶圈防泄漏，密封橡胶圈安装紧密无松动。
3. 抽油杆连接：用直径 10mm 圆钢制作 700mm 抽油杆，与柱塞采用螺纹或销连接，保证连接牢固，检查配合情况，确保抽油杆带动柱塞上下运动顺畅。

（八）管道连接

1. 橡胶管安装：用橡胶管连接模拟油井井筒顶部接口与抽油泵进口、抽油泵出口与储油容器进油口，两端用喉箍固定防漏水，布置整齐美观，不妨碍其他部件运动。
2. 管道布局优化：合理规划橡胶管走向，避免交叉缠绕，用卡子或支架固定，保证连接紧密无泄漏，确保模型运行时橡胶管稳定。

（九）LED 灯带安装

1. 模拟油井井筒灯带安装：在模拟油井井筒外部沿高度方向安装蓝色 LED 灯带，用双面胶或固定夹固定，控制灯带间距排列，均匀照亮井筒，模拟“石油”流动效果。
2. 储油容器灯带安装：在储油容器内部顶部或侧面安装白色 LED 灯带，避免影响液体流动观察，调整亮度颜色，使展示效果清晰吸引人。
3. 运动部件灯带安装：在曲柄、连杆、游梁等关键运动部件部位安装少量白色 LED 灯带，安装不妨碍部件运动，做好防水固定，突出运动轨迹，增强演示效果。
4. 电源连接与控制：为 LED 灯带安装电源控制器，实现开关、亮度控制，可选用电池或外接电源供电，连接注意正负极，确保灯带正常工作。

（十）模型调试

1. 机械运动调试：手动转动减速箱输入轴，检查曲柄、连杆、游梁等部件转动摆动是否顺畅，有无卡滞。启动电机，观察驴头上下运动平稳性和轨迹，若运动异常，调整平衡块重量位置。检查抽油泵工作，观察柱塞运动和“石油”流动，若有堵塞漏水，检查管道连接和泵柱塞配合。
2. 灯光效果调试：打开 LED 灯带电源，检查亮度颜色是否符合要求，若不均匀不一致，检查安装位置和电源供应。根据演示需求调整电源控制器参数，实现灯光开关、亮度调节，增强视觉效果。

通过以上详细的材料选择和制作流程，一个能够模拟游梁式金属抽油机部分功能、用水模拟石油流动并以 LED 灯带辅助展示的科普模型就制作完成了。此模型虽不具备实物设备全部功能，但能有效展示抽油机工作过程，传播石油开采知识和机械工程原理。

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