抽油機曲柄銷軸故障類型與防范策略

畢洪峰

摘 要：抽油機曲柄銷是抽油機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，所以在抽油機維修作業時，它更換頻率較高。從曲柄銷與曲柄體的聯接特點來看 ，曲柄銷螺紋聯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接力并給以維持 ，保證曲柄銷工作于設計狀態下。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接工作的可靠程度。本文對抽油機曲柄銷軸損壞的現象及原因進行具體分析，提出了切實可行的防范措施，可降低現場曲柄銷軸損壞的事故率。

關鍵詞：曲柄銷； 失效形式；轉軸原因； 軸承損壞；防范措施；事故率

曲柄銷是游梁式抽油機上重要零件 ，它的一端通過滾動軸承副與連桿相聯接 ，另一端采用圓錐面結構及螺紋緊固方式與曲柄體相聯接 ，從而實現把曲柄的旋轉運動轉變為游梁驢頭的往復擺動 ，并傳遞動力。抽油機機構是簡單的四連桿傳動機構，曲柄銷就是動力桿與其它桿連接的節點，它把電機動力間接傳遞給抽油機的連桿、橫梁、游梁、驢頭，完成連續不斷地抽油作業。曲柄銷與曲柄錐套采用錐面配合、螺栓拉緊的連接結構，其結構如圖1 所示。

抽油機在現場運轉過程中，曲柄銷裝置質量問題主要表現為曲柄與曲柄銷軸轉軸、軸承損壞兩種形式，其中曲柄銷轉軸為主要失效形式。

2 故障原因分析

2.1 轉軸原因分析

曲柄銷軸與軸套出現轉軸的原因主要有以下幾點：（1）曲柄銷軸和銷套之間的銷面配合接觸面積達不到接觸面積應不小于70%、且靠近大端的工藝要求。主要是因為曲柄孔、錐套及曲柄銷的加工精度達不到圖紙要求所致。在接觸不良的情況下，曲柄銷與錐套間會出現僅小頭接觸、大頭懸空的情況。此時，曲柄銷的受力情況最惡化，不但容易引起曲柄銷轉軸，而且在交變載荷的長期作用下甚至會引起曲柄銷斷裂造成翻機事故，因此有必要對曲柄銷在接觸良好和接觸不良兩種狀態下的可靠度進行計算，圖2 是曲柄銷在接觸良好情況下和接觸不良時的受力模型。

在接觸良好情況下，H 截面為危險截面。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在小頭接觸末端，此時U 截面為危險截面。通過計算可知危險截面的最大應力、最小應力、應力幅、應力比。查標準正態分布表，可得出危險截面的可靠

度；通過計算可以明顯看出，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，抽油機急剎車時，油井下裝置的重力通過連桿拉拽曲柄銷軸，很容易導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。造成松動原因有：①出廠前裝配質量達不到技術要求，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運轉方向時可能造成反向選擇；④一些隨機因素影響，如抽油機剎車時機身的抖動、井下壓力情況的突變等，很容易導致曲柄銷裝置冕形螺母松動。

2.2 軸承損壞

從圖1 曲柄銷裝置結構圖中可以看出，曲柄銷軸承承受整個連桿拉力載荷，同時具有一定的調心功能，采用的是雙列調心滾子軸承。現場發生軸承損壞的形式主要有軸承保持架脫落（塌架），軸承異常響動等。造成上述問題的主要原因有以下幾個方面：（1）軸承長時間在無潤滑脂或缺潤滑脂狀態下運轉；（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，當連接螺栓過緊時，會造成軸承座的微小變形，造成軸承卡死，進而導致軸承損壞；（3）軸承自身質量問題，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，導致接觸疲勞強度的降低，從而引發接觸疲勞破壞；其次安裝過程中若造成軸承滾珠與軸承環之間接觸應力加大，會造成軸承環表面過度磨損，引發軸承損壞。

3 解決對策

（1）加強曲柄銷生產過程的管理力度，加大檢驗頻次和檢查力度。對曲柄銷、錐套、軸承等零部件裝配工序進行認真檢查，一般情況下曲柄銷采用開通槽結構，尤其需要嚴格控制在錐套開槽前和曲柄銷軸的接觸面積的技術要求；（2）針對曲柄銷轉軸問題，曲柄銷上緊力矩可以通過計算給出數值，嚴格控制使用力度，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部位的螺栓進行二次緊固。同時根據曲柄銷上的標記進行檢查，以便能及時發現曲柄銷出現轉軸的情況。（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要求規定型號的潤滑油。

參考文獻：

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