抽油机曲柄销轴故障类型与防范策略

毕洪峰

摘 要：抽油机曲柄销是抽油机装置各部件中尤为重要的零件，在与其它部件比较下，曲柄销显得比较薄弱，所以在抽油机维修作业时，它更换频率较高。从曲柄销与曲柄体的联接特点来看 ，曲柄销螺纹联接的作用就是向曲柄销与曲柄锥套的过盈配合提供必需的过盈联接力并给以维持 ，保证曲柄销工作于设计状态下。换而言之 ，曲柄销能否正常工作 ，在很大程度上取决于曲柄销螺纹联接工作的可靠程度。本文对抽油机曲柄销轴损坏的现象及原因进行具体分析，提出了切实可行的防范措施，可降低现场曲柄销轴损坏的事故率。

关键词：曲柄销； 失效形式；转轴原因； 轴承损坏；防范措施；事故率

曲柄销是游梁式抽油机上重要零件 ，它的一端通过滚动轴承副与连杆相联接 ，另一端采用圆锥面结构及螺纹紧固方式与曲柄体相联接 ，从而实现把曲柄的旋转运动转变为游梁驴头的往复摆动 ，并传递动力。抽油机机构是简单的四连杆传动机构，曲柄销就是动力杆与其它杆连接的节点，它把电机动力间接传递给抽油机的连杆、横梁、游梁、驴头，完成连续不断地抽油作业。曲柄销与曲柄锥套采用锥面配合、螺栓拉紧的连接结构，其结构如图1 所示。

抽油机在现场运转过程中，曲柄销装置质量问题主要表现为曲柄与曲柄销轴转轴、轴承损坏两种形式，其中曲柄销转轴为主要失效形式。

2 故障原因分析

2.1 转轴原因分析

曲柄销轴与轴套出现转轴的原因主要有以下几点：（1）曲柄销轴和销套之间的销面配合接触面积达不到接触面积应不小于70%、且靠近大端的工艺要求。主要是因为曲柄孔、锥套及曲柄销的加工精度达不到图纸要求所致。在接触不良的情况下，曲柄销与锥套间会出现仅小头接触、大头悬空的情况。此时，曲柄销的受力情况最恶化，不但容易引起曲柄销转轴，而且在交变载荷的长期作用下甚至会引起曲柄销断裂造成翻机事故，因此有必要对曲柄销在接触良好和接触不良两种状态下的可靠度进行计算，图2 是曲柄销在接触良好情况下和接触不良时的受力模型。

在接触良好情况下，H 截面为危险截面。在配合不良的情况下，曲柄销与锥套间仅小头接触，曲柄销的受力峰值出现在小头接触末端，此时U 截面为危险截面。通过计算可知危险截面的最大应力、最小应力、应力幅、应力比。查标准正态分布表，可得出危险截面的可靠

度；通过计算可以明显看出，在接触不良的情况下，曲柄销的可靠度非常低，如遇到紧急情况，抽油机急刹车时，油井下装置的重力通过连杆拉拽曲柄销轴，很容易导致曲柄销的断裂失效。（2）曲柄销轴与曲柄间的紧固冕形螺帽松动。造成松动原因有：①出厂前装配质量达不到技术要求，曲柄销锁紧力矩不够；②用户没有按照使用说明书的要求定期对曲柄销装置进行二次紧固；③曲柄销螺纹有左、右之分，在装配反向安装或选择抽油机运转方向时可能造成反向选择；④一些随机因素影响，如抽油机刹车时机身的抖动、井下压力情况的突变等，很容易导致曲柄销装置冕形螺母松动。

2.2 轴承损坏

从图1 曲柄销装置结构图中可以看出，曲柄销轴承承受整个连杆拉力载荷，同时具有一定的调心功能，采用的是双列调心滚子轴承。现场发生轴承损坏的形式主要有轴承保持架脱落（塌架），轴承异常响动等。造成上述问题的主要原因有以下几个方面：（1）軸承长时间在无润滑脂或缺润滑脂状态下运转；（2）由于连杆的下连杆头与曲柄销装置的轴承座采用锥面连接，当连接螺栓过紧时，会造成轴承座的微小变形，造成轴承卡死，进而导致轴承损坏；（3）轴承自身质量问题，使用过程中异物侵入、锈蚀等原因造成损坏；（4）由于轴承属精密零件，在使用过程中，润滑不良时造成轴承损坏。轴承润滑条件变差会引起轴承接触处温度上升，材料表面的硬度下降，导致接触疲劳强度的降低，从而引发接触疲劳破坏；其次安装过程中若造成轴承滚珠与轴承环之间接触应力加大，会造成轴承环表面过度磨损，引发轴承损坏。

3 解决对策

（1）加强曲柄销生产过程的管理力度，加大检验频次和检查力度。对曲柄销、锥套、轴承等零部件装配工序进行认真检查，一般情况下曲柄销采用开通槽结构，尤其需要严格控制在锥套开槽前和曲柄销轴的接触面积的技术要求；（2）针对曲柄销转轴问题，曲柄销上紧力矩可以通过计算给出数值，严格控制使用力度，而且要采用合适的检测方法来控制；（3）提醒、督促用户按照使用说明书的要求对易松动部位的螺栓进行二次紧固。同时根据曲柄销上的标记进行检查，以便能及时发现曲柄销出现转轴的情况。（4）对于轴承抱死问题，将下连杆头与曲柄销的锥面配合改成圆柱面间隙配合。（5）按要求定期向轴承座换注符合技术要求规定型号的润滑油。

参考文献：

[1]王晓方，赵元. 游梁式抽油机曲柄销损坏机理分析[J]. 中国制造业信息化. 2015（09）

[2]张保国，潘尔顺. 游梁式抽油机曲柄销的故障树分析[J]. 工业工程与管理. 2016（S1）