趙明明

（大慶油田第一采油廠機(jī)采設(shè)備維修大隊(duì)，黑龍江 大慶 163000）

曲柄銷是抽油機(jī)采油設(shè)備的關(guān)鍵零部件，主要是由曲柄銷、錐套和緊固元件等構(gòu)成。銷體一側(cè)應(yīng)用螺紋緊固的辦法來(lái)與曲柄體實(shí)現(xiàn)連接，另一側(cè)采用滾動(dòng)軸承實(shí)現(xiàn)與連桿機(jī)構(gòu)的連接，中間部位應(yīng)用圓錐面構(gòu)件和曲柄錐套進(jìn)行緊固連接，錐套元件再與柄體實(shí)現(xiàn)有效的連接。曲柄銷采用螺紋連接的方式主要為銷體和錐套之間的過(guò)盈配合形成足夠的過(guò)盈力，并保證該種狀態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài)。把曲柄的圓圍運(yùn)轉(zhuǎn)變成游梁的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力的傳送作用。但是，曲柄銷部件非常脆弱，而抽油機(jī)裝置工作環(huán)境十分惡劣，一般情況下只有幾年的壽命，曲柄銷斷裂問(wèn)題比較突出，會(huì)使抽油機(jī)裝置無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，連刊過(guò)載或拉斷、抽油機(jī)裝置側(cè)翻，會(huì)給油田企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，需要對(duì)曲柄銷子斷裂問(wèn)題進(jìn)行深入的分析，并制定出有效地防治措施。

1 抽油機(jī)曲柄銷斷裂位置分析

圖1 抽油機(jī)曲柄銷

如圖1所示，1、2位置是抽油機(jī)曲柄銷容易斷裂的部位，為了更好地對(duì)曲柄銷疲勞壽命進(jìn)行估測(cè)，需要對(duì)曲柄銷做好受力分析來(lái)對(duì)載荷狀態(tài)進(jìn)行深入了解。曲柄銷主要會(huì)受到如下幾種力：（1）連桿施加的拉力。（2）曲柄銷與柄錐套形成的過(guò)盈接連力。（3）連接螺紋施加的預(yù)緊力。（4）每個(gè)零件間的作用力，使每個(gè)零部位形成滑移趨勢(shì)，或由產(chǎn)生滑動(dòng)而形成的摩阻。（5）連桿和曲柄銷之間軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)曲柄銷施加的摩阻。因?yàn)榍N和承軸相互間的摩阻非常小，受力分析可以忽略。

一般情況下，連桿拉力以及連接螺紋施加的預(yù)緊力共同作用之下，曲柄銷以及軸套部位會(huì)發(fā)生一定程度的形變，連桿施加的拉力會(huì)傳遞給銷錐面最小的一側(cè)，在交變載荷影響之下，銷錐較小的一側(cè)、螺紋根部最容易由于疲勞而產(chǎn)生斷裂問(wèn)題。某采油廠對(duì)在2018年更換了三口抽油機(jī)的曲柄銷子，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)是在圖1中的2位置形成了裂紋。引起該現(xiàn)象的原因主要是在加工過(guò)程中，退刀槽位置直徑變細(xì)，截面形狀會(huì)形成突變，在該部位中的應(yīng)力比較集中，同時(shí)，該部位是剪切應(yīng)力主要的施加作用點(diǎn)，極易產(chǎn)生斷裂問(wèn)題。

2 曲柄銷受力分析

三相異步電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能輸送到減裝箱，經(jīng)過(guò)減速處理之后通過(guò)輸出軸拖動(dòng)曲柄實(shí)現(xiàn)較低轉(zhuǎn)速的運(yùn)行，曲柄裝置通過(guò)銷子把力矩施加給連桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)抽油機(jī)橫梁帶動(dòng)游梁后臂完成擺動(dòng)，在游梁前部裝有驢頭構(gòu)件，活塞上側(cè)的液柱和抽油桿等負(fù)載，都經(jīng)過(guò)懸繩器施加在驢頭上面，當(dāng)驢頭和游梁共同實(shí)現(xiàn)上下擺動(dòng)時(shí)，使活塞完成上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把油液從油井中抽取出來(lái)。

從上述的抽油機(jī)工作原理中可以看出，曲柄銷子承受應(yīng)力的方向和大小呈現(xiàn)出周期性變大，受到外部交變載荷施加的影響，曲柄銷子部位形成的斷裂主要是因?yàn)榻饘倨诙霈F(xiàn)斷裂問(wèn)題，所有導(dǎo)致疲勞源產(chǎn)生的因素都會(huì)引起曲柄銷子斷裂。比如，曲柄銷子退刀槽加工過(guò)程中存在缺陷，或者表面創(chuàng)傷等，都會(huì)引起疲勞源的產(chǎn)生，極易導(dǎo)致曲柄銷斷裂。在抽油機(jī)游梁變換方向時(shí)，曲柄銷子會(huì)承受最大的沖擊載荷，因此，驢頭部位承受的載荷會(huì)對(duì)曲柄銷子受到的應(yīng)力形成較大的影響。

3 曲柄銷子斷裂的因素分析

從上面進(jìn)行的受力分析中可以發(fā)現(xiàn)，引起抽油機(jī)曲柄銷子斷裂的因素主要有。

（1）抽油機(jī)承受的負(fù)截太大。

（2）抽油機(jī)處于不平衡狀態(tài)，存在著沖擊負(fù)載。

（3）剪刀差沒有在允許區(qū)間內(nèi)。

（4）連桿機(jī)構(gòu)的下部以及軸承面不平整。

（5）連桿機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度不合理。

（6）曲柄銷子母材內(nèi)部有缺陷。

（7）裝配工序不合理，容易對(duì)曲柄銷子造成傷害。

（8）曲柄銷子退刀槽部位直徑尺寸過(guò)小，沒有達(dá)到應(yīng)有的強(qiáng)度。

4 抽油機(jī)曲柄銷子斷裂的防范措施

（1）針對(duì)生產(chǎn)負(fù)載較大的油井，由于具備的靜載荷已經(jīng)確定，抽油泵的深度、液面高度等影響因素較為穩(wěn)定，很難對(duì)其產(chǎn)生較大的改變。但是動(dòng)載荷方面，比如摩擦載荷、慣性載荷等，可以通過(guò)人為手段進(jìn)行調(diào)整。例如，對(duì)于沖次大的生產(chǎn)油井，可以合理地減小沖次，使懸點(diǎn)部位的速度以及加速度都變低，從而可以減小抽油機(jī)承受的慣性、震動(dòng)載荷，曲柄銷子部件中的上、下死點(diǎn)會(huì)承受較小的沖擊載荷，可以有效地提升曲柄銷子的使用年限。

對(duì)于稠油生產(chǎn)井或者井口偏磨的油井，可以采用摻水降粘的手段，在井口裝置中添加對(duì)中設(shè)施，可以有效地減小摩擦載荷，懸點(diǎn)部位的最大載荷會(huì)隨之降低，最小載荷會(huì)隨之提升，曲柄銷子會(huì)承受均勻的外力，有助于提高曲柄銷子應(yīng)用年限。如果油井靜載荷太高，必須匹配合理的抽機(jī)油型號(hào)，讓曲柄銷子具備更大的強(qiáng)度來(lái)滿足更大載荷要求，避免曲柄銷子出現(xiàn)斷裂問(wèn)題。

（2）對(duì)于抽油機(jī)處于不平衡狀態(tài)的油井，需要使其恢復(fù)到平衡狀態(tài)，如果平衡塊數(shù)量不足，應(yīng)該及時(shí)加裝平衡塊。如果平衡塊數(shù)量達(dá)到4個(gè)，但還沒有處于平衡狀態(tài)，需要更換抽油機(jī)型號(hào)。如果抽油機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間的工作在高負(fù)載情況下，曲柄銷子強(qiáng)度達(dá)不到使用要求，則容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。在上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，載荷呈現(xiàn)出非均勻性特點(diǎn)，懸點(diǎn)速度、加速度產(chǎn)生的變化又使不均勻性現(xiàn)象更加惡化，會(huì)直接對(duì)抽油機(jī)運(yùn)行效率以及使用年限產(chǎn)生不利的影響，抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)形成較大的震動(dòng)，曲柄銷子使用壽命會(huì)顯著降低，所以，必須要處理好抽油機(jī)運(yùn)行不平衡的現(xiàn)象。

（3）針對(duì)剪刀差較大的抽油機(jī)，需要返回生廠家修理，對(duì)鍵槽進(jìn)行重開，調(diào)節(jié)兩個(gè)曲柄讓其處于相同平面內(nèi)。但是如剪刀差問(wèn)題存在，兩個(gè)曲柄則無(wú)法保持在相同平面，在抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，曲柄銷承受的力存在差異，會(huì)使剪切應(yīng)力不斷變大，曲柄銷子則產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。

（4）如果抽油機(jī)連桿扣環(huán)以及軸承平面存在不正現(xiàn)象，需要及時(shí)采用墊子進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證連桿扣環(huán)以及軸承合面處于穩(wěn)合狀態(tài)。

（5）如果曲柄銷子母材出廠時(shí)存在質(zhì)量問(wèn)題，在對(duì)曲柄銷子部件進(jìn)行安裝以前，需要對(duì)曲柄銷子進(jìn)行系統(tǒng)、全面的探傷，如果存在質(zhì)量缺陷，不可以用于加工生產(chǎn)。避免存在缺陷的位置承受過(guò)于集中的應(yīng)力，從而形成疲勞源，最終引起曲柄銷出現(xiàn)斷裂，從而導(dǎo)致更大的經(jīng)濟(jì)損失。某采油廠曾出現(xiàn)過(guò)曲柄銷子斷裂而導(dǎo)致的翻機(jī)安全事故，導(dǎo)致斷裂問(wèn)題的根本原因在于曲柄銷子母材存在質(zhì)量缺陷，在該部位出現(xiàn)了應(yīng)力過(guò)于集中的問(wèn)題，引起了曲柄銷子斷裂事故。

（6）在對(duì)曲柄銷子部件進(jìn)行安裝過(guò)程中，當(dāng)采用緊冕型螺母進(jìn)行緊固時(shí)，如果施加的力臂太長(zhǎng)就會(huì)引起施加作用力過(guò)大，曲柄銷子就會(huì)由于應(yīng)力過(guò)于集中而產(chǎn)生損傷。所以，在對(duì)曲柄銷子進(jìn)行緊固時(shí)，需要施加合理的外力，避免對(duì)其造成傷害。

（7）為了更好地滿足抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)使用需求，曲柄銷子加工材質(zhì)需要具備較高的強(qiáng)度和較好韌性，可以承受起更大的載荷，避免由于剪切力的存在而產(chǎn)生曲柄銷斷裂問(wèn)題?？梢圆捎?5CrMo或者40Cr材料，再對(duì)其進(jìn)行熱處理之后可獲得較理想的機(jī)械性能。同時(shí)，由于曲柄銷承受載荷較大，需要根據(jù)受力特性進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)，軸肩部位不需要進(jìn)行清根，退刀槽應(yīng)該采用圓弧方法進(jìn)行過(guò)渡處理。另外部位的螺紋空刀槽同樣應(yīng)用圓弧結(jié)構(gòu)方式。兩個(gè)部位應(yīng)用圓弧結(jié)構(gòu)方式可以避免曲柄銷子在運(yùn)行時(shí)承受應(yīng)力而產(chǎn)生斷裂，圓弧結(jié)構(gòu)也不可以過(guò)小，要不然同樣會(huì)存在應(yīng)力集中的問(wèn)題，會(huì)使曲柄銷子形成裂紋，在該部位產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，容易引起安全事故。

（8）曲柄銷子應(yīng)用的時(shí)間太長(zhǎng)，銷子在銷孔內(nèi)部會(huì)存在磨損，軸徑就會(huì)逐漸變小，銷子和銷孔間隙就會(huì)變大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)很好地配合，銷子就會(huì)在抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生構(gòu)動(dòng)，在交變載荷施加的作用力下，銷子強(qiáng)度會(huì)不斷變小，在應(yīng)力集中的部位就會(huì)產(chǎn)生斷裂。某采油廠現(xiàn)換了三臺(tái)抽油機(jī)的曲柄銷子，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)銷子存在著較為嚴(yán)重的磨損問(wèn)題，直徑變細(xì)。在退刀槽部位產(chǎn)生了裂紋，如果沒有及時(shí)更換，可以會(huì)引起翻機(jī)安全事故，會(huì)給企業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，需要加強(qiáng)對(duì)抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的檢查，如果問(wèn)題需要及時(shí)更換零部件。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，除了采取技術(shù)措施來(lái)對(duì)曲柄銷子斷裂問(wèn)題進(jìn)行防范，還需要提高工作人員的主觀能動(dòng)性，加強(qiáng)對(duì)抽油機(jī)的巡查和管理，并定期對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，在曲柄銷子還沒有斷裂時(shí)進(jìn)行及時(shí)地更換，對(duì)存在的安全隱患進(jìn)行處理，避免產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)損失。還需要對(duì)曲柄銷子結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督，可以更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量。還需要制定出科學(xué)合理的安裝程序，避免安裝過(guò)程中對(duì)曲柄銷子造成損壞。