抽油机主要零部件设计

抽油机主要零部件设计

作者：张悦 高琪琪 王艳成 来源：《商情》2020年第31期

【摘要】本文主要针对抽油机的游梁、横梁、连杆、曲柄销以及减速器等主要零部件进行设计，旨在为抽油机提供重要部件支持。 【关键词】游梁 ;横梁 ;连杆 ;曲柄销 ;减速器 一、游梁 （一）游梁截面

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游梁是连杆机构中直接承受油井载荷的重要部件，必须保证足够的强度和刚度。美国抽油机的游梁本体一般采用宽翼工字钢。由于缺少这种型钢，中、小型抽油机常用普通工字钢，大、中型抽油机常用钢板焊接而成，焊接游梁有单腹板和双腹板两种。CYJY6-2.5-26HF抽油机属小型机，采用宽翼工字钢焊接游梁。 （二）游梁危险截面的强度校核

游梁危险截面内的正应力随着悬点载荷W作周期性的变化。但由于бmin/max一般大于0.25，应力幅бa比较小，应力集中系数也比较小，故可不作疲劳强度校核，只作静强度校核。游梁材料为Q235-B，游梁的бs=235MPa。游梁危险截面1在游梁主轴承中部，游梁的计算高度为475毫米，结构为450×300宽翼工字钢加下加强板。游梁危险截面2在游梁主轴承加强板的前侧，游梁的计算高度为450毫米，结构为宽翼450×300工字钢。 二、横梁

（1）横梁截面。横梁采用25a工字钢与钢板的组焊件。

（2）横梁危险截面的强度校核。对于截面，如果只考虑工字钢主体的承载，可满足强度要求。对于截面，如果不仅考虑工字钢主体的承载，又考虑加强板的加强作用，尚有一定的强度余量。可见，横梁结构满足强度要求。从以上分析可知，CYJY6-3.0-26（18）HF型抽油机的连杆受力較小，可考虑使用与5型机统一的横梁、尾轴承和连杆结构。 三、连杆

（1）连杆截面。连杆采用热轧无缝钢管制成。曲柄平衡的异相型游梁抽油机的连杆只承受拉力，只需进行抗拉强度校核。虽然拉力也是变化的，但应力幅不大，按照标准，可以只作静强度校核，不作疲劳强度校核。

（2）连杆抗拉强度校核。连杆材料为20#钢，бs=250MPa。计算表明：连杆本体设计可满足强度要求。连杆与接头的焊缝采用腰高为8mm的满焊缝，共4条，长度为300毫米，按照剪切许用应力为50～100MPa计算，有足够的强度。 四、曲柄销

曲柄销是游梁抽油机的一个关键零件，一旦损坏断脱，抽油机就不能工作，严重影响油井生产，甚至会发生重大设备故障，所以应精心设计。由于曲柄销的工作特点，要求它和曲柄体之间的连接既要十分牢固可靠、又要便于拆装以便调整冲程，一般采用锥面配合、螺栓拉紧的连接结构。我国抽油机往往在曲柄体的销孔中镶装锥套，其优点是加工方便、曲柄体不宜损坏。

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在我国油田上，曲柄销的断脱情况曾一度比较严重、曲柄销的主要失效形式有：在螺纹及其退刀槽处、圆锥面退刀槽以及凸肩两侧处断裂，圆锥配合面损坏或锥套被挤碎，螺母松动或脱落。其断裂大多属于产生于上述几个应力集中部位的疲劳破坏。在交变的横向载荷作用下，曲柄销在孔中可能松动，这将会增大曲柄销悬臂的长度，使危险截面移到螺纹退刀槽等薄弱部位，增加了疲劳破坏的可能性。

为了减少曲柄销的断脱事故，提高其工作可靠性，应从两方面考虑。一是注意曲柄销的配合质量和连接可靠性，尽力防止曲柄销的松动或转动;二是保证曲柄销本身有足够的强度特别是疲劳强度。

（一）防止曲柄销配合的松动

在拧紧螺母以后，若曲柄销内产生的轴向拉力为S0，则当尚未有外载荷作用时，在锥套与曲柄孔的接触面上将产生均匀的压力q0。当曲柄销悬臂端作用有连杆力时，接触面上的压力将重新分布。在原来均布压力q0的基础上，又产生了附加应力△q; 为保证结合面之间不致产生松动和避免结合面过早损坏，必需满足：

式中△qmax - 在原来均布压力q0的基础上，由于曲柄销悬臂端作用有连杆力时，又产生的附加应力△q的最大值;[q]-许用压力，对于钢锥套和铸铁曲柄，[q]=140MPa;Lp-曲柄销悬臂长度，m; L0-锥套与曲柄孔的配合长度，m;d0-锥套外径，m。计算结果为：△qmax=28.70Mpα （二）曲柄销的强度计算 1.弯曲静强度

假设曲柄销与锥套的配合是紧密配合，接触良好，则将其看成为一端固定的悬臂梁。

2.抗拉静强度

在曲柄销螺纹退刀槽处承受相当大的轴向拉力以及拧紧螺母时的扭矩（不包括螺母支撑面上的摩擦力矩）。 五、减速器

以减速器输出轴最大扭矩匹配抽油机。按照上述分析，该抽油机减速器输出轴当量扭矩为：Mmax=23.40kN.m ，可见，选26型双圆弧齿轮减速器可满足抽油机的要求。有关减速器的设计计算请参看减速器的设计计算说明书。选配额定扭矩为26kN.m的减速箱，输出轴最大

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转速不大于12转/分，有足够的余量。减速箱上所受的载荷是变化的。按照累计损伤原理，应该按照当量扭矩选择减速箱的长期工作扭矩，按照最大扭矩选择减速箱的静承载扭矩。如果按照当量载荷选择减速箱，按照计算，该减速箱所承受的当量载荷为18～19kN.m，可见，该抽油机选择18型减速箱，也能满足抽油机长期工作扭矩的需要。选择26型减速箱，主要是考虑到抽油机启动等特殊工况的需要。

作者简介：张悦（1990-），山东滨州市邹平市人，大学本科，助级工程师。