煤层气抽油机曲柄销结构的优化改进
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[摘 要]文章分析了一般抽油机曲柄销的结构及受力特点，总结出导致抽油机曲柄销损坏的原因有多种，除少数是因为材料本身缺陷或原始裂纹引起的破坏外，大多数是由于曲柄销螺纹联接在使用中发生了松动，破坏了曲柄销与锥套的配合状态，改变了其受力状况，最终致使曲柄销发生弯曲疲劳破坏。对曲柄销的连接结构进行优化改进，简要介绍其结构和工作原理，具有工作可靠、放松效果好等特点。
[关键词]抽油机；曲柄销螺纹联接；防松优化改进
中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0078-01
1 引言
曲柄销是游梁式抽油机上的一个关键部件，也是一个易损部件。在抽油机的运转工作中，经常发生曲柄销损坏的情况，这会导致抽油机其它部件的损坏，导致抽油机无法工作，而且会给油田生产造成很大的损失。
导致油机曲柄销损坏的原因有多种，除少数是因为材料本身缺陷或原始裂纹引起的破坏外，大多数是由于曲柄销螺纹联接在使用中发生了松动，破坏了曲柄销与锥套的配合状态，改变了其受力状况，最终致使曲柄销发生弯曲疲劳破坏。为此，笔者首先对一般抽油机曲柄销的结构及受力特点进行了分析，从连接结构入手对曲柄销进行优化改进。改进后的曲柄销连接结构具有结构简易、工作可靠、放松效果好等特点。
2 曲柄销的结构特点以及受力分析
2.1结构特点
曲柄销是游梁抽油机上的一个关键部件，使用是把曲柄和连杆连接起来，它的一端通过滚动轴承座与连杆相连接，另一端采用圆锥面结构以及螺纹紧固方式与曲柄相连接。一方面是起传递动力的作用，另一方面又使曲柄和连杆之间产生相对转动，从而实现了把曲柄的旋转运动变为游梁和驴头的往复摆动。
由于曲柄销的工作特点，要求它与曲柄体之间要连接牢固可靠，所以一般采用锥面配合、螺纹连接的结构。螺纹连接结构的作用就是向曲柄销与锥套的过赢配合提供必需的连接拉紧力，一般采用一个厚螺母拧紧，加一个薄螺母锁紧的结构（参见图1）。由于抽油机长时期的在野外恶劣环境下工作，运转中会产生震动，这种锁紧结构不十分的牢靠，一旦发生了松动就会破坏曲柄销与锥套的配合状态，改变了其受力状况，最终致使曲柄销发生弯曲疲劳破坏。
2.2受力分析
曲柄销安装到曲柄上以后，其受力状态相当于悬臂梁，连杆作用于曲柄销上的拉力P（连杆作用力）垂直于曲柄销轴线，如图2a所示。在抽油机运转工作中，连杆作用力P的大小与位置随曲柄转角的变化而时刻发生变化，由于曲柄销相对曲柄股东不懂，故连杆作用力P分解为沿曲柄径向的分离Pz和沿曲柄切线方向的分力Py，如图2b所以。
由于在曲柄销A端收到Pz和Py的作用，曲柄销任意截面收到弯曲剪力Qy、Qz以及弯矩My、Mz的作用，如图3所示。
在设计曲柄销的时候，往往重视连杆作用力对与曲柄销强度的影响，而忽略弯矩对曲柄销转动的影响。由于连杆作用力对于曲柄销螺纹联接体而言，是一种震动载荷，它能够使曲柄销联接体产生松动，在弯矩的作用下，曲柄销会发生脱落。
通过对曲柄销结构特点及其受力分析可知，要防止曲柄销松动发生弯曲疲劳破坏，最主要的是要防止曲柄销的转动，因此要从曲柄销的连接结构入手对曲柄销进行优化改进，结构如下。
具体改进如下：
（1） 对曲柄销的销轴进行优化设计，在销轴螺纹连接的位置上设计一个圆孔，用于安装防转开口销。
（2） 设计制作一个开槽螺母，当它与曲柄销连接后，保证防转开口销能够从开槽螺母的槽内穿入销轴对应的连接孔，防止螺纹连接结构产生松动。
（3） 曲柄销的配合锥面有原来的1：8改进为1：10，增大了结合面的摩擦力，同时减小了销轴锥面接触压力产生的轴向分力。
4 总结
经过对曲柄销连接结构的优化改进，有效防止了曲柄销螺纹连接产生松动情况的发生。改进后的曲柄销结构具有结构简易、工作可靠、放松效果好等特点，它提高了曲柄销的使用寿命，使抽油机整机的工作运转更加平稳、可靠。
参考文献
1.崔振华，安锦高，余国安等。有杆抽油系统。北京石油工业出版社，1994。
2.王玉富，王安平。抽油机曲柄销螺纹联接松动的原因分析及预防。钻采工艺，2002，25（6）：63～64。