抽油機主要零部件設計

張悅 高琪琪 王艷成

【摘要】本文主要針對抽油機的游梁、橫梁、連桿、曲柄銷以及減速器等主要零部件進行設計，旨在為抽油機提供重要部件支持。

【關鍵詞】游梁 ?橫梁 ?連桿 ?曲柄銷 ?減速器

一、游梁

（一）游梁截面

游梁是連桿機構中直接承受油井載荷的重要部件，必須保證足夠的強度和剛度。美國抽油機的游梁本體一般采用寬翼工字鋼。由于缺少這種型鋼，中、小型抽油機常用普通工字鋼，大、中型抽油機常用鋼板焊接而成，焊接游梁有單腹板和雙腹板兩種。CYJY6-2.5-26HF抽油機屬小型機，采用寬翼工字鋼焊接游梁。

（二）游梁危險截面的強度校核

游梁危險截面內的正應力隨著懸點載荷W作周期性的變化。但由于бmin/max一般大于0.25，應力幅бa比較小，應力集中系數也比較小，故可不作疲勞強度校核，只作靜強度校核。游梁材料為Q235-B，游梁的бs=235MPa。游梁危險截面1在游梁主軸承中部，游梁的計算高度為475毫米，結構為450×300寬翼工字鋼加下加強板。游梁危險截面2在游梁主軸承加強板的前側，游梁的計算高度為450毫米，結構為寬翼450×300工字鋼。

二、橫梁

（1）橫梁截面。橫梁采用25a工字鋼與鋼板的組焊件。

（2）橫梁危險截面的強度校核。對于截面，如果只考慮工字鋼主體的承載，可滿足強度要求。對于截面，如果不僅考慮工字鋼主體的承載，又考慮加強板的加強作用，尚有一定的強度余量。可見，橫梁結構滿足強度要求。從以上分析可知，CYJY6-3.0-26（18）HF型抽油機的連桿受力較小，可考慮使用與5型機統一的橫梁、尾軸承和連桿結構。

三、連桿

（1）連桿截面。連桿采用熱軋無縫鋼管制成。曲柄平衡的異相型游梁抽油機的連桿只承受拉力，只需進行抗拉強度校核。雖然拉力也是變化的，但應力幅不大，按照標準，可以只作靜強度校核，不作疲勞強度校核。

（2）連桿抗拉強度校核。連桿材料為20#鋼，бs=250MPa。計算表明：連桿本體設計可滿足強度要求。連桿與接頭的焊縫采用腰高為8mm的滿焊縫，共4條，長度為300毫米，按照剪切許用應力為50～100MPa計算，有足夠的強度。

四、曲柄銷

曲柄銷是游梁抽油機的一個關鍵零件，一旦損壞斷脫，抽油機就不能工作，嚴重影響油井生產，甚至會發生重大設備故障，所以應精心設計。由于曲柄銷的工作特點，要求它和曲柄體之間的連接既要十分牢固可靠、又要便于拆裝以便調整沖程，一般采用錐面配合、螺栓拉緊的連接結構。我國抽油機往往在曲柄體的銷孔中鑲裝錐套，其優點是加工方便、曲柄體不宜損壞。

在我國油田上，曲柄銷的斷脫情況曾一度比較嚴重、曲柄銷的主要失效形式有：在螺紋及其退刀槽處、圓錐面退刀槽以及凸肩兩側處斷裂，圓錐配合面損壞或錐套被擠碎，螺母松動或脫落。其斷裂大多屬于產生于上述幾個應力集中部位的疲勞破壞。在交變的橫向載荷作用下，曲柄銷在孔中可能松動，這將會增大曲柄銷懸臂的長度，使危險截面移到螺紋退刀槽等薄弱部位，增加了疲勞破壞的可能性。

為了減少曲柄銷的斷脫事故，提高其工作可靠性，應從兩方面考慮。一是注意曲柄銷的配合質量和連接可靠性，盡力防止曲柄銷的松動或轉動;二是保證曲柄銷本身有足夠的強度特別是疲勞強度。

（一）防止曲柄銷配合的松動

在擰緊螺母以后，若曲柄銷內產生的軸向拉力為S0，則當尚未有外載荷作用時，在錐套與曲柄孔的接觸面上將產生均勻的壓力q0。當曲柄銷懸臂端作用有連桿力時，接觸面上的壓力將重新分布。在原來均布壓力q0的基礎上，又產生了附加應力△q;

為保證結合面之間不致產生松動和避免結合面過早損壞，必需滿足：

式中△qmax - 在原來均布壓力q0的基礎上，由于曲柄銷懸臂端作用有連桿力時，又產生的附加應力△q的最大值;[q]-許用壓力，對于鋼錐套和鑄鐵曲柄，[q]=140MPa;Lp-曲柄銷懸臂長度，m; L0-錐套與曲柄孔的配合長度，m;d0-錐套外徑，m。計算結果為：△qmax=28.70Mpα<0.5[q]=70Mpα，可見滿足擠壓強度要求。

（二）曲柄銷的強度計算

1.彎曲靜強度

假設曲柄銷與錐套的配合是緊密配合，接觸良好，則將其看成為一端固定的懸臂梁。

2.抗拉靜強度

在曲柄銷螺紋退刀槽處承受相當大的軸向拉力以及擰緊螺母時的扭矩（不包括螺母支撐面上的摩擦力矩）。

五、減速器

以減速器輸出軸最大扭矩匹配抽油機。按照上述分析，該抽油機減速器輸出軸當量扭矩為：Mmax=23.40kN.m ，可見，選26型雙圓弧齒輪減速器可滿足抽油機的要求。有關減速器的設計計算請參看減速器的設計計算說明書。選配額定扭矩為26kN.m的減速箱，輸出軸最大轉速不大于12轉/分，有足夠的余量。減速箱上所受的載荷是變化的。按照累計損傷原理，應該按照當量扭矩選擇減速箱的長期工作扭矩，按照最大扭矩選擇減速箱的靜承載扭矩。如果按照當量載荷選擇減速箱，按照計算，該減速箱所承受的當量載荷為18～19kN.m，可見，該抽油機選擇18型減速箱，也能滿足抽油機長期工作扭矩的需要。選擇26型減速箱，主要是考慮到抽油機啟動等特殊工況的需要。

作者簡介：張悅（1990-），山東濱州市鄒平市人，大學本科，助級工程師。