抽油机曲柄破坏形式分析及预防措施
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【摘要】曲柄破坏的形式主要有曲柄断裂、曲柄断齿、曲柄销孔磨损、曲柄键槽压溃和曲柄销孔裂纹。造成曲柄破坏的主要原因有日常维护保养不及时、装配不合理、铸造工艺不合理产生铸造缺陷、结构设计不合理局部强度不足等。本文结合实际阐述了曲柄破坏的主要原因，并针对问题提出了预防措施，阐述了几种曲柄破坏的形式。
中图分类号： TE933 文献标识码： A 文章编号：
1 破坏原因分析
1曲柄销主要是承受连杆的拉力和螺纹的预紧力，在计算时主要考虑这两个力的影响。在计算曲柄销的强度时主要考虑连杆的拉力；在考虑疲劳破坏时，要考虑到曲柄销小端螺纹预紧力，预紧力的大小直接影响到曲柄销的疲劳寿命。根据曲柄销的工作状况，断裂原因有：曲柄销的强度不足；疲劳破坏；变速箱运转不平稳对曲柄销造成载荷冲击，2个连接杆调整不当造成2个曲柄销受力不均，轴承损坏致使曲柄销受力状况变坏，这些因素都可能导致曲柄销断裂。
1．2材质问题，分析曲柄断裂位置和断面形状，断口金相分析认为，铸件的石墨形态粗大，使其脆性增大，强度下降。从曲柄取样进行抗拉强度试验，结果为120MPa，因曲柄材料为HT200，在此厚度下其强度应达到160MPa，可见其强度有明显下降。为了确定曲柄断裂是否因材质不佳所致，需要计算在正常工作情况下曲柄断面的最大应力。
1．3（1）日常维护、保养不及时，如关键部位螺母松动造成曲柄破坏；(2) 装配不合理，过盈量过大，局部装配内应力超过材料的强度极限；(3) 曲柄的铸造工艺不合理，产生铸造缺陷；(4) 曲柄的结构不合理，局部强度不足。
2 预防措施
2．1在小型抽油机异相型曲柄中，曲柄销孔内侧的凸台处易发生强度不足的情况，要注意在工艺允许的情况下，加大壁厚。也可将曲柄销孔设计成没有键槽的光孔， 而在其孔内镶嵌一带键槽的锥套。这样，既可以降低曲柄的加工难度，又可解决曲柄销孔处的强度不足问题。这种结构的优点还在于发生曲柄销滚键后，不致于将曲柄破坏，只需更换相应的锥孔套就可以了，大大降低维修费用。
2．2从铸造工艺上采取措施，使曲柄材质达到设计要求，以提高其承载能力，从而降低事故发生的概率。从控制方面采取措施以避免发生打架现象。例如在悬绳器上安装压力传感器，将压力信号传送到控制柜, 控制元件检测到压力信号后判断压力是否正常，如有异常(比如说压力为零)即断电停机，从而避免打架现象的发生，这应该是避免事故发生的简单有效的方法。
2．3在曲柄销加工过程中，对曲柄销进行严格选材，严格控制曲柄销的热处理等加工过程，以保证曲柄销的性能。在装配时曲柄销套可以变形，曲柄销与曲柄销套的锥面配合结合率提高，曲柄销套与曲柄孔的配合更加紧密，而且装配比较容易。曲柄销小头锁紧螺帽，改为双螺帽或加防松盖，可以有效地防止螺帽松动。新安装或大修后的抽油机运转3d后，将曲柄销螺帽再紧一次。安装一种曲柄销松动早期预报装置, 此装置灵敏度很高, 曲柄销的轻微松动即可将电路接通，发光二级管发光，警告曲柄销已松动。加大曲柄销直径，提高曲柄销的强度，延长曲柄销寿命。
2．4交变载荷引起的疲劳破坏，是由微裂纹源开始，在交变载荷的作用下，裂纹源逐步扩展，直到截面强度不足时，突然断裂，在裂纹源附近出现光滑断裂带，而剪切破坏断面没有溜线形光滑断裂带。根据游梁式抽油机的结构与承受载荷特点来分析，连杆传递给曲柄销的拉力大小是变化的，而且作用的方向也在不断的变化，即曲柄销承受的载荷为交变载荷。这个交变载荷与曲柄销和锥套的过盈配合面上产生一个交变弯矩，在交变弯矩的作用下，使过盈配合面产生相对滑动，形成滑动区。如果滑动区的长度超过过盈配合的结合长度，连杆拉力产生的交变弯矩就会传到曲柄销的小端和螺纹根部，使锥面小端和螺纹部分受到交变载荷的作用，从而引起锥面小端和螺纹根部出现疲劳破坏。如果锥面中部开有退刀槽，在交变弯矩的作用下，则在退刀槽处产生较大的应力集中现象，因此锥面中部都是疲劳断裂失效，这与实际情况是相符的。
2．5改进曲柄的铸造工艺和装配工艺，可避免因工艺不合理造成的曲柄破坏，而改进曲柄的结构工艺性对提高曲柄铸造质量也起到关键作用。
3 曲柄破坏的形式
3．1曲柄销孔磨损：曲柄销孔磨损也是较常见的故障，大多数曲柄报废是这种原因造成的。造成曲柄销孔磨损的原因主要有以下两个方面。（1）曲柄销螺母松动：曲柄销螺母松动后，曲柄销与曲柄销锥孔套之间出现较大间隙，在运转时发生旷动，造成曲柄销孔很快磨损。（2）曲柄销锥套破碎：曲柄销与锥孔套锥面接触不良，造成锥孔套局部受力，致使曲柄销锥孔套破碎，进而在运转时磨损曲柄销孔。
3．2 曲柄断裂：曲柄断裂主要发生在曲柄键槽根部和曲柄靠近输出轴孔的一端第一个齿的根部曲柄断裂往往导致抽油机的结构件变形和破坏，甚至造成抽油机报废。发生断裂的原因一般有以下几个方面：（1）铸造原始裂纹：抽油机曲柄为铸铁件，在工作时不但传递扭矩，还起到一定的平衡作用，所以曲柄的尺寸一般较大。同时，由于安装其它部件的需要，其截面形状变化较大，故铸造时的应力较大，容易产生收缩裂纹。尤其在曲柄靠近减速器输出轴一端第一个齿根处，截面尺寸变化大，齿根处应力又相对集中，冷却时极易产生收缩裂纹，工作时造成曲柄断裂。（2）抽油机事故：抽油机尾轴承螺栓剪断造成的横梁连杆落下，使抽油机的运转受阻，巨大的冲击下，造成曲柄断裂。另外，悬绳断脱后，由于冲击也可能造成曲柄断裂。（3）曲柄键装配不合适：曲柄键的上下面为过盈配合，侧面为过渡配合，若曲柄键侧面过盈量过大，就会因装配内应力过大而将曲柄撑裂，裂纹会沿曲柄键槽根部向外扩展。
3．3 曲柄断齿：抽油机曲柄断齿发生在曲柄齿部沿T形槽根部断裂。曲柄断齿后,平衡块的保险锁块会失去作用，给抽油机的调平衡造成困难，而且极易造成平衡块的滑落，导致更大的事故。造成这种破坏的原因有以下几种：（1）平衡块螺栓松动：平衡块螺栓松动时, 抽油机运转过程中平衡块会在重力和离心力的作用下沿曲柄滑动，这时平衡块锁块与曲柄齿之间会产生很大的作用力，从而容易造成曲柄断齿。（2）铸造缺陷：曲柄齿相对于整个曲柄来说，尺寸较小，在铸造时易发生冷隔和粘砂等缺陷，使其机械性能降低，在使用时易断齿。（3）安装时吊装平衡块不当：在安装平衡块时吊装不当，致使平衡块沿曲柄滑动，平衡块锁块与曲柄齿之间会产生很大的作用力，也容易造成曲柄断齿。
3．4曲柄销孔处裂纹：曲柄销孔处裂纹多发生在小型异相型抽油机曲柄上，这种曲柄较单薄，其结构合理与否将直接影响曲柄的安全，主要原因有以下两点：（1）曲柄结构不合理：曲柄销受力较大，且承受交变载荷，这种交变载荷又要传递到曲柄上，所以曲柄结构不合理极易造成曲柄销孔裂纹。（2）曲柄销螺母松动：曲柄销螺母松动是抽油机常见的故障之一。曲柄销螺母松动后，在连杆的拉力作用下，会造成曲柄销孔局部受力，并且力的方向随时改变，这时会在曲柄的危险截面处，如曲柄销键槽根部产生裂纹。
3．5曲柄键槽压溃：曲柄键槽压溃常是因曲柄锁紧螺栓松动或曲柄键装配不合适造成的。（1）曲柄锁紧螺栓松动：正常情况下，曲柄与减速器输出轴是完全靠摩擦力来传递扭矩的。当曲柄锁紧螺栓松动后，要靠曲柄键的侧面受力来补偿摩擦力矩的不足，从而造成曲柄键槽压溃。（2）曲柄键装配不合适：曲柄键装配时若键的侧面配合存在较大的过盈，在安装过程中强行装配，易造成曲柄键槽压溃。
4 结束语
要保证抽油机曲柄的安全，必须对抽油机进行及时有效的维护保养，同时还要改善抽油机曲柄的结构设计和工艺设计，加强工艺监督，保证安装质量。发生曲柄断裂事故的根本原因是“打架”现象对抽油机构件所造成的冲击载荷；曲柄材质不佳也增加了事故发生的概率。从控制方面采取措施避免“打架”现象的发生是解决问题的简单有效方法。
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