抽油機(jī)曲柄銷軸故障類型與防范策略

畢洪峰

摘 要：抽油機(jī)曲柄銷是抽油機(jī)裝置各部件中尤為重要的零件，在與其它部件比較下，曲柄銷顯得比較薄弱，所以在抽油機(jī)維修作業(yè)時(shí)，它更換頻率較高。從曲柄銷與曲柄體的聯(lián)接特點(diǎn)來看 ，曲柄銷螺紋聯(lián)接的作用就是向曲柄銷與曲柄錐套的過盈配合提供必需的過盈聯(lián)接力并給以維持 ，保證曲柄銷工作于設(shè)計(jì)狀態(tài)下。換而言之 ，曲柄銷能否正常工作 ，在很大程度上取決于曲柄銷螺紋聯(lián)接工作的可靠程度。本文對抽油機(jī)曲柄銷軸損壞的現(xiàn)象及原因進(jìn)行具體分析，提出了切實(shí)可行的防范措施，可降低現(xiàn)場曲柄銷軸損壞的事故率。

關(guān)鍵詞：曲柄銷； 失效形式；轉(zhuǎn)軸原因； 軸承損壞；防范措施；事故率

曲柄銷是游梁式抽油機(jī)上重要零件 ，它的一端通過滾動(dòng)軸承副與連桿相聯(lián)接 ，另一端采用圓錐面結(jié)構(gòu)及螺紋緊固方式與曲柄體相聯(lián)接 ，從而實(shí)現(xiàn)把曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛瘟后H頭的往復(fù)擺動(dòng) ，并傳遞動(dòng)力。抽油機(jī)機(jī)構(gòu)是簡單的四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，曲柄銷就是動(dòng)力桿與其它桿連接的節(jié)點(diǎn)，它把電機(jī)動(dòng)力間接傳遞給抽油機(jī)的連桿、橫梁、游梁、驢頭，完成連續(xù)不斷地抽油作業(yè)。曲柄銷與曲柄錐套采用錐面配合、螺栓拉緊的連接結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

抽油機(jī)在現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，曲柄銷裝置質(zhì)量問題主要表現(xiàn)為曲柄與曲柄銷軸轉(zhuǎn)軸、軸承損壞兩種形式，其中曲柄銷轉(zhuǎn)軸為主要失效形式。

2 故障原因分析

2.1 轉(zhuǎn)軸原因分析

曲柄銷軸與軸套出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）曲柄銷軸和銷套之間的銷面配合接觸面積達(dá)不到接觸面積應(yīng)不小于70%、且靠近大端的工藝要求。主要是因?yàn)榍?、錐套及曲柄銷的加工精度達(dá)不到圖紙要求所致。在接觸不良的情況下，曲柄銷與錐套間會出現(xiàn)僅小頭接觸、大頭懸空的情況。此時(shí)，曲柄銷的受力情況最惡化，不但容易引起曲柄銷轉(zhuǎn)軸，而且在交變載荷的長期作用下甚至?xí)鹎N斷裂造成翻機(jī)事故，因此有必要對曲柄銷在接觸良好和接觸不良兩種狀態(tài)下的可靠度進(jìn)行計(jì)算，圖2 是曲柄銷在接觸良好情況下和接觸不良時(shí)的受力模型。

在接觸良好情況下，H 截面為危險(xiǎn)截面。在配合不良的情況下，曲柄銷與錐套間僅小頭接觸，曲柄銷的受力峰值出現(xiàn)在小頭接觸末端，此時(shí)U 截面為危險(xiǎn)截面。通過計(jì)算可知危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、應(yīng)力幅、應(yīng)力比。查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表，可得出危險(xiǎn)截面的可靠

度；通過計(jì)算可以明顯看出，在接觸不良的情況下，曲柄銷的可靠度非常低，如遇到緊急情況，抽油機(jī)急剎車時(shí)，油井下裝置的重力通過連桿拉拽曲柄銷軸，很容易導(dǎo)致曲柄銷的斷裂失效。（2）曲柄銷軸與曲柄間的緊固冕形螺帽松動(dòng)。造成松動(dòng)原因有：①出廠前裝配質(zhì)量達(dá)不到技術(shù)要求，曲柄銷鎖緊力矩不夠；②用戶沒有按照使用說明書的要求定期對曲柄銷裝置進(jìn)行二次緊固；③曲柄銷螺紋有左、右之分，在裝配反向安裝或選擇抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向時(shí)可能造成反向選擇；④一些隨機(jī)因素影響，如抽油機(jī)剎車時(shí)機(jī)身的抖動(dòng)、井下壓力情況的突變等，很容易導(dǎo)致曲柄銷裝置冕形螺母松動(dòng)。

2.2 軸承損壞

從圖1 曲柄銷裝置結(jié)構(gòu)圖中可以看出，曲柄銷軸承承受整個(gè)連桿拉力載荷，同時(shí)具有一定的調(diào)心功能，采用的是雙列調(diào)心滾子軸承?，F(xiàn)場發(fā)生軸承損壞的形式主要有軸承保持架脫落（塌架），軸承異常響動(dòng)等。造成上述問題的主要原因有以下幾個(gè)方面：（1）軸承長時(shí)間在無潤滑脂或缺潤滑脂狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)；（2）由于連桿的下連桿頭與曲柄銷裝置的軸承座采用錐面連接，當(dāng)連接螺栓過緊時(shí)，會造成軸承座的微小變形，造成軸承卡死，進(jìn)而導(dǎo)致軸承損壞；（3）軸承自身質(zhì)量問題，使用過程中異物侵入、銹蝕等原因造成損壞；（4）由于軸承屬精密零件，在使用過程中，潤滑不良時(shí)造成軸承損壞。軸承潤滑條件變差會引起軸承接觸處溫度上升，材料表面的硬度下降，導(dǎo)致接觸疲勞強(qiáng)度的降低，從而引發(fā)接觸疲勞破壞；其次安裝過程中若造成軸承滾珠與軸承環(huán)之間接觸應(yīng)力加大，會造成軸承環(huán)表面過度磨損，引發(fā)軸承損壞。

3 解決對策

（1）加強(qiáng)曲柄銷生產(chǎn)過程的管理力度，加大檢驗(yàn)頻次和檢查力度。對曲柄銷、錐套、軸承等零部件裝配工序進(jìn)行認(rèn)真檢查，一般情況下曲柄銷采用開通槽結(jié)構(gòu)，尤其需要嚴(yán)格控制在錐套開槽前和曲柄銷軸的接觸面積的技術(shù)要求；（2）針對曲柄銷轉(zhuǎn)軸問題，曲柄銷上緊力矩可以通過計(jì)算給出數(shù)值，嚴(yán)格控制使用力度，而且要采用合適的檢測方法來控制；（3）提醒、督促用戶按照使用說明書的要求對易松動(dòng)部位的螺栓進(jìn)行二次緊固。同時(shí)根據(jù)曲柄銷上的標(biāo)記進(jìn)行檢查，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)曲柄銷出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的情況。（4）對于軸承抱死問題，將下連桿頭與曲柄銷的錐面配合改成圓柱面間隙配合。（5）按要求定期向軸承座換注符合技術(shù)要求規(guī)定型號的潤滑油。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉方，趙元. 游梁式抽油機(jī)曲柄銷損壞機(jī)理分析[J]. 中國制造業(yè)信息化. 2015（09）

[2]張保國，潘爾順. 游梁式抽油機(jī)曲柄銷的故障樹分析[J]. 工業(yè)工程與管理. 2016（S1）