抽油機游梁自動翻轉焊接裝置安全性的研究

姜學田 王春宇（大慶油田有限責任公司裝備制造集團）

1 引言

游梁作為游梁式抽油機四大結構件之一，其生產周期及生產成本直接影響著抽油機產品生產周期及成本[1-4]。在追求效益最大化的當今經濟市場中，在增強產品市場競爭力的同時，應把“提質增效、安全第一”貫穿應用到生產的各個環節。原抽油機游梁組對后，對其施焊，根據焊縫分布，需要多次翻轉才能完成不同位置焊縫的焊接作業。借助天車（橋吊）進行游梁翻轉，不僅生產受制于天車，影響游梁的生產效率，而且游梁翻轉過程存在一定安全風險。針對原游梁翻轉過程中存在的耗能大、生產效率低、安全性差等問題設計了游梁自動翻轉專機[5]，可實現游梁自動翻轉。使用工裝后施焊翻轉時無需借助天車，降低能耗，提高生產效率，提高安全性，可在抽油機翻轉焊接領域內廣泛推廣應用。

2 游梁翻轉焊接現狀

大型箱型梁上的組件在進行焊接時，由于焊縫分布在游梁的不同位置，因此需要對游梁體進行多次翻轉才能完成不同位置焊縫的焊接[6-7]，既容易造成安全隱患，同時由于生產受制于天車，又影響產品的生產效率，使能耗增加。而使游梁的翻轉次數減少或者令游梁固定不進行翻轉，則有些焊縫需要采用仰焊或者立焊等焊接方法才能完成焊接作業，對操作者的焊接技術要求較高，且影響焊接質量和焊接效率，難以達到不同焊縫所需的“船型焊”的最佳焊接位置[8-9]。因此解決大型箱型梁翻轉組焊問題的關鍵，是讓游梁自己完成翻轉作業，從而提高游梁組焊的焊接質量和效率。

3 工件結構翻轉分析

以箱型梁CYJY14-6-89HF 為例，其主要由上翼板、下翼板、兩側腹板及各板上的零部件組焊而成，從該工件的結構特點來看，游梁體周圍有多處焊縫需要焊接，至少對游梁吊裝翻轉五次才能完成要求的焊接作業[10]。原游梁翻轉過程見圖1，傳統翻轉方法采用鋼絲繩兜住游梁下部，用夾鉗固定前擋板的工藝孔和上翼板的外沿部位，利用牽引桿的指引和起重機的移動，通過工件自身的重力慣性逐漸實現翻轉。由于夾鉗所夾持游梁的部位較少，使用的鋼絲繩的數量較少，所以造成游梁翻轉速度不均勻，使游梁的穩定性降低，安全隱患大大增加。傳統的翻轉組焊方式不僅焊接效率低，焊接質量差，由于對天車的頻繁使用容易造成其他工位的停工等待，使抽油機的生產效率大大降低。

圖1 原游梁翻轉過程

4 箱型梁翻轉的解決措施

通過對箱型梁制作過程及翻轉過程的深入研究分析，以蝸輪蝸桿減速器和電動機作為動力來源，通過蝸輪以及蝸桿90°的交叉配合實現傳動效率低、扭矩輸出大的目的。對游梁輔以設計有效快捷的定位夾持裝置，通過電動機提供的動力及蝸輪減速器的自鎖功能即可使箱型梁獲得均勻的翻轉和變位，有效解決上述問題。按照前述思路設計的箱型梁翻轉工裝見圖2，按照功能劃分，該部分可分為工件定位夾緊和動力傳輸翻轉兩大結構部分，根據游梁后擋板的工藝孔設計夾具立板，用以定位夾緊游梁，通過中軸連接蝸輪減速器達到動力傳輸翻轉的目的。工裝的工作原理是電動機經過蝸輪減速器減速后帶動主動夾具低速旋轉，中軸帶動與主動夾具相連的游梁體使之產生同步旋轉實現工件的變位從而有效解決焊縫的焊接角度難題。由于蝸輪減速器的加入，實現了游梁在翻轉過程中任意角度的自鎖問題，在將游梁定位后，可實現游梁上結構件360°無死角焊接。

圖2 箱型梁翻轉工裝

5 翻轉工裝的使用

翻轉工裝在實際使用過程中，使翻轉工裝處于箱型梁的兩側，首先使游梁前端板與翻轉工裝從動夾具配合，將游梁體置于支撐裝置上，待游梁一側與工裝固定后，將游梁后端板與翻轉工裝主動夾具配合即可完成工裝與游梁體的連接。待工裝與游梁體連接完成后，啟動開始按鈕，使游梁在主動裝置的作用下開始翻轉，待翻轉到焊接位置時，按下暫停按鈕，工裝停止翻轉，操作者對游梁體上的零部件開始組焊。待組焊完該零部件后按下開始按鈕重復上述過程。

6 現場應用

在大慶油田現場應用該工裝預計年生產500 套游梁，共節省6.2 萬元。原生產方式一天只能組焊一根游梁，應用翻轉工裝后一天可組焊兩根游梁，生產效率提高50%。該工裝具有自鎖功能，通過機械化控制翻轉大大減輕了人力，解放了天車的使用，提高了現場的生產效率，降低了能耗。平焊的焊接方式，提高了焊接質量，有效的解決了游梁在翻轉過程中安全性差的問題。

7 結論

通過對現場游梁翻轉焊接情況的分析，研制出自動化游梁翻轉焊接裝置，該工裝有效解決了箱型梁焊接變位的難題，且結構簡單、使用方便、可靠性高、容易操作。由于該工裝為自動化翻轉，節省了人力，解放了天車，提高了生產效率，縮短了游梁的生產周期，提高了抽油機產品生產的安全性。抽油機游梁自動翻轉裝置已在大慶油田全面推廣，具有廣闊的應用前景。