無(wú)螺栓懸掛式下偏杠鈴裝置的研制

孟艷春

（大慶石油管理局松原機(jī)械總廠，吉林 松原 138000）

游梁式抽油機(jī)作為機(jī)械采油的地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備，一直被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)生產(chǎn)的下偏杠鈴復(fù)合平衡抽油機(jī)作為游梁式抽油機(jī)的一種，其下偏杠鈴裝置與游梁尾部的多種連接方式都需要螺栓連接，其中螺栓加平面定位式的方法是在游梁尾部及下偏杠鈴裝置各焊一連接板,板上鉆一圈螺栓孔,安裝時(shí)把緊螺栓，如圖1所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用后，發(fā)現(xiàn)有如下弊端：一是螺栓孔數(shù)量多(超過(guò)10個(gè))不容易對(duì)正；二是工人穿孔擰螺栓需配合吊車高空作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

圖1 傳統(tǒng)下偏杠鈴連接方式圖

針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)以往下偏杠鈴式游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)節(jié)能機(jī)理及使用工況進(jìn)行了大量的調(diào)查研究，設(shè)計(jì)制造了一系列無(wú)螺栓連接的懸掛式下偏杠鈴裝置。如圖2所示，該裝置在安裝時(shí)，不需要工人在高空穿螺栓擰螺母，只需吊車將該裝置吊起，將掛軸置入游梁尾部上平面掛軸座內(nèi)，即可完成安裝，大大節(jié)省了安裝時(shí)間和工作量。

1 工作原理

圖2 新型懸掛式下偏杠鈴結(jié)構(gòu)圖

下偏杠鈴技術(shù)是原石油部認(rèn)可的技術(shù)，下偏杠鈴的扭矩峰值能有效的平衡懸點(diǎn)載荷扭矩峰值，起到削峰填谷的作用。不僅改善曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力，延長(zhǎng)整機(jī)壽命，還使整機(jī)的提升能力和平衡效果得到了提高。在設(shè)計(jì)具體的結(jié)構(gòu)及連接型式之前，需依據(jù)抽油機(jī)的四桿尺寸，優(yōu)化出偏置角和偏置半徑(即下偏杠鈴裝置的最佳質(zhì)心位置)，選出最佳平衡點(diǎn)，見(jiàn)圖3。

圖3 質(zhì)心平衡力矩圖

新裝置為無(wú)需螺栓連接的懸掛式，見(jiàn)圖2。在游梁尾部上平面焊一特殊形式的掛軸座2，裝置右上焊有一懸掛軸3，安裝時(shí)將此懸掛軸安放到掛軸座上即可完成安裝。

下偏杠鈴裝置懸掛軸左下方的支承軸5抵在游梁后堵板上，能夠有效保證下偏杠鈴裝置相對(duì)游梁體位置的固定。

下偏杠鈴裝置與游梁連接方式是本項(xiàng)目的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。要徹底解除工人從高空對(duì)正兩塊大連接板并把緊帶雙螺帽十幾個(gè)螺栓的煩惱，還要使下偏杠鈴裝置有較好的平衡效果，并且安全、可靠。

圖4 下死點(diǎn)時(shí)下偏杠鈴裝置位置圖

圖5 上死點(diǎn)時(shí)下偏杠鈴裝置位置圖

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為此著重設(shè)計(jì)了屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的特殊形狀的掛軸座，見(jiàn)圖2中的件3。其作用是在整機(jī)運(yùn)行至下死點(diǎn)時(shí)，沒(méi)有上蓋的情況下懸掛軸也不會(huì)旋脫出掛軸座，其位置的設(shè)計(jì)使驢頭運(yùn)行至下死點(diǎn)時(shí)，下偏裝置質(zhì)心重力和游梁尾部側(cè)面對(duì)其支承力的合力使懸掛軸向左下壓掛軸座，不會(huì)使整個(gè)裝置受到偏離游梁體的傾覆力矩。驢頭運(yùn)行至上死點(diǎn)時(shí)亦是同理。從而保證在整個(gè)上下沖程中，隨著位置的變化，下偏裝置始終能牢牢地貼附在游梁體上。上、下死點(diǎn)時(shí)，下偏杠鈴位置見(jiàn)圖4、5。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 質(zhì)心的位置

如圖2所示，要使下偏杠鈴裝置的質(zhì)心鉛垂線在抽油機(jī)整個(gè)沖程運(yùn)行中，始終位于掛軸座中心鉛垂線的外側(cè)（裝置的質(zhì)心可在AUCAD中畫立體圖求得），重力矩的作用使得支承軸與游梁端面相抵處存在一個(gè)支反力，該力矩與重力矩相平衡。力矩平衡公式：GLG=NLN，式中，G為下偏裝置所受的重力，N；N為支承軸與游梁端部側(cè)面接觸處游梁對(duì)支承軸施加的力，N；LG為掛軸座中心到重力方向線的垂直距離，即重力臂長(zhǎng)度，m；LN為掛軸座中心到支承力方向線的垂直距離，即支承力臂長(zhǎng)度，m。

同時(shí)，還要使質(zhì)心位置處于最佳平衡狀態(tài)。即下偏杠鈴的扭矩峰值能有效的平衡懸點(diǎn)載荷扭矩峰值，起到削峰填谷的作用。

3.2 掛軸和支承軸的強(qiáng)度

掛軸和支承軸要有足夠的抗剪切強(qiáng)度。支承軸受最大剪切力發(fā)生在驢頭上的死點(diǎn)時(shí)，剪切強(qiáng)度計(jì)算公式：τ=N/A，式中，N為前面公式中的支反力，N；A為受剪切面的面積，m2。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

設(shè)計(jì)完成后先行試制了一件，在CYJ8-3-37HF型抽油機(jī)整機(jī)上試驗(yàn)后，大大節(jié)省了安裝時(shí)間，較大程度地降低了安裝工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)制造成本也略有降低，試驗(yàn)效果良好，獲得制造安裝人員的一致認(rèn)可。之后相繼進(jìn)行了系列化設(shè)計(jì)制造，目前此項(xiàng)技術(shù)已用于我廠批量在制的六到十型抽油機(jī)數(shù)年，效果良好。

每年抽油機(jī)按500臺(tái)計(jì)算，若原裝置每臺(tái)對(duì)正兩塊聯(lián)接板，安11個(gè)螺栓上緊22個(gè)螺母需要工時(shí)為1h，則新裝置可節(jié)省人工工時(shí)及穩(wěn)抽吊車工時(shí)各500h。工時(shí)費(fèi)按10元/h計(jì)算，吊車費(fèi)按250元/h計(jì)算，則可節(jié)省：500X(10+250)=13萬(wàn)元。此外還可解決原裝置的連接板對(duì)不上，高處把緊螺栓等一些問(wèn)題，降低維修費(fèi)用。

5 結(jié)語(yǔ)

該裝置是一種全新的抽油機(jī)下偏杠鈴裝置，具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)、安全可靠、大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度等特點(diǎn)。由于結(jié)構(gòu)件先進(jìn)技術(shù)(等離子自動(dòng)切割機(jī))的采用，使其制造工藝簡(jiǎn)化，制造成本降低，與螺栓連接式下偏杠鈴裝置相比，可相應(yīng)節(jié)約制造費(fèi)用、安裝費(fèi)用、維修費(fèi)用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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