游梁平衡抽油机横梁连杆结构的改进.doc

游梁平衡抽油机横梁连杆结构的改善
通过对游梁平衡抽油机连杆组系结构和运动特性分析，提出了对横梁连杆总成的改善，将连杆销轴加长，采纳卡瓦式连接与连杆上接头固为一体，消除了连杆销与连杆上接头、连杆销与横梁连接套在运转过程中产生的相对运动，解决了"横梁、连杆'的振动和异响问题。
游梁四连杆抽油机是一种主要的有杆机械采油设备，其已经有100多年的历史。在这100多年里，游梁式抽油机以结构简单、可靠性高、经久经用、修理方便、适应性强等优点而得到不断的应用和发展。目前它仍然在机械采油设备中处于主导地位。为了满足节能降耗的要求，各种节能式抽油机不断推出，悬挂偏置平衡抽油机〔即双驴头抽油机〕和调径变矩抽油机是近些年出现的两种新型游梁平衡节能抽油机。由于该型抽油机因操作方便、节能效果显然等特点受到用户的好评。但因其结构特点，随着抽油机服役时间的增加，该型抽油机在使用过程中出现"横梁、连杆'抖动现象，严重影响抽油机可靠平稳工作。
结构和运动特性分析
游梁式抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆，以曲柄、连杆和游梁后臂为三个活动杆件所构成的曲柄摆杆机构。从横梁轴承座到曲柄销之间的装置称为连杆组系，连杆组系在由驴头、游梁、支架和曲柄等连杆组系组成的抽油机四连杆组件中是最薄弱的环节。横梁是抽油机力矩传递的主要部件之一，横梁通过横梁轴承座与游梁连接，横梁两侧的耳座孔通过销轴与连杆连接。
常规曲柄平衡(或复合平衡)抽油机，游梁上无平衡配重(或很少的配重)。在抽油机运转过程中，连杆始终受到较大的拉力，即使横梁上的连接套与连杆销、连杆上接头与连杆销之间存在间隙，由于单向力的作用,配合接触面将始终靠在一侧，一般不会产生冲击振动和响声。
游梁平衡抽油机由于配重安装在游梁后端，直接平衡驴头上的悬点载荷。在抽油机运转过程中，连杆受到呈周期性变化的拉力和压力。通过对抽油机横梁总成组装件和横梁总成制定图样分析后发现，连杆销与连杆上接头及连杆销与横梁联接套存在两处径向间隙，连杆上接头与横梁联接套之间存在一处轴向间隙。因此，当连杆在拉力和压力互相转换时，连杆销与连杆、横梁销接处必定就会出现承载接触面的转换，造成承载接触面的磨损，随着磨损加剧，间隙逐渐增大。由于间隙的存在，在连杆往复力的作用下，就会对横梁造成冲击，抽油机在运转中即会出现周期性的振动和异响声。如图1所示。
改造方案
依据传统的横梁与连杆的连接结构分析，连杆销、连杆上接头〔即连杆销孔〕、横梁联接套三个互相独立。连杆销孔在长期承受交变载荷作用下，销孔内壁会出现磨损，孔径变大，从而导致连杆在上下换向时出现摆动和撞击异响声。
那么，如何彻底消除连杆销与连杆、横梁联接套之间的间隙？消除连杆在上下冲程换向的过程中连杆销与连杆、横梁间的相对运动？
从上述目的出发，提出横梁连杆改造思路，将连杆与连杆销轴固定为一体，便不会发生连杆与连杆销轴相对运动，不会出现横梁与连杆异响声。
其改造方案为：①加长连杆销轴〔以八型抽油机为例，由原来的Ф210mm加长为310mm〕；②连杆销轴两端用卡瓦固定，卡瓦上端采纳M27mm螺栓锁紧〔每侧2条，共4条〕，卡瓦下端焊接到连杆上端固定，确保连杆销与连杆上接头无横向与纵向相对运动；③连杆上接头侧面增加一顶丝，确保连杆销与横梁联接套无相对运动。
现场应用及效果对比
3.1.现场应用状况
此改造结构最早于2021年5月安装于89115井和89116井现场试验。目前已经应用四年多的时间，一直运行平稳，未发生抖动或异常响声。截至2021年11月底，目前已改造抽油机横梁连杆207台〔其中：悬挂偏置抽油机120台，调径变矩抽油机87台〕。改造明细详见下表：
抽油机横梁连杆改造明细表
六型八型十型十二型十四型合计悬挂偏置抽油机142919652120调径变矩抽油机0482613087合计1477451952207 3.2.经济效益对比 分析
抽油机横梁连杆改造费用：0.87104元/台，抽油机横梁连杆总成新购置费用：1.85万104元/台〔平均单价〕，估计净效益：〔1.85 -0.87〕104元/台207台＝2.03106元。
结论与熟悉
4.1.游梁平衡结构抽油机在上下换向过程中，连杆上接头存在周期性推、拉交变载荷作用，长期工作会造成连杆销孔磨损，孔径变大，导致游梁平衡抽油机冲击振动及异响等故障现象的发生；
4.2.将连杆销轴加长，采纳卡瓦式固定，上端采纳锁紧螺母，下端与连杆固定为一体，连杆上接头采纳顶紧螺栓预紧，可以避免横梁、连杆的冲击振动和异响等故障；
4.3.该改造方案利用原旧部件加工，不但降低了成本,而且消除了连杆上接头与销轴互相磨损产生的间隙,防止了连杆在工作时的振动,从根本上解决了"横梁、连杆'的异响问题。