一种新型抽油机曲柄销螺母上紧装置设计

2021-11-02方艳辉姚高祥边洪伟

设备管理与维修 2021年17期

兰真，邓阳，方艳辉，洪涛，姚高祥，边洪伟

（中国石油渤海石油装备制造有限公司采油装备公司，天津 300280）

0 引言

曲柄销是抽油机的关键零件，也是易损件，其损坏的原因大多是因松动导致疲劳破坏。防止曲柄销松动应从多方面考虑，其中有效预紧是关键。目前，曲柄销螺母的预紧方式多为人工用大锤砸紧，该方法受人力影响，预紧力矩无法控制，且所需预紧力较大时人工预紧困难。介绍一种曲柄销螺母预紧装置，可以有效解决上述问题。

1 曲柄销受力分析

1.1 预紧力分析

曲柄销装置联接及受力如图1 所示，P 为连杆力，F 为表面摩擦力，N 为接合面正压力，Q 为螺纹预紧力。

图1 曲柄销联接及受力

曲柄销预紧力并不是越大越好，满足曲柄销与锥套之间的最小结合压力，由曲柄销轴向受力平衡，则有[1]：

式中 Qmin——最小预紧力，N

d——曲柄销锥面大端的直径，mm

L——曲柄销和锥套配合长度，mm

M——曲柄销A-A 截面承受的最大弯矩，N·mm

α——压力分布系数

J1——曲柄销的惯性矩，mm4

J2——锥套的惯性矩，mm4

μ——结合表面摩擦系数

r——曲柄销锥面大端的半径，mm

β——锥角，°

1.2 预紧力与预紧力矩的关系

预紧力矩用于克服螺纹阻力矩和端面摩擦力矩，在螺栓大小确定后，预紧力矩同预紧力呈正比关系，近似为[2-3]：

式中 T——曲柄销装配时所需的最小预紧力矩，N·mm

K——预紧力矩系数，取0.2

d——螺纹公称直径，mm

2 曲柄销螺母预紧装置的设计

曲柄销螺母预紧装置如图2 所示，主要由防脱器、螺母套筒、液压扭矩扳手、高压油管及电动液压泵组成。防脱器及螺母套筒根据曲柄销螺母尺寸设计，如图3 所示。液压扭矩扳手选用MTH 系列，可输出力矩范围：27～70 660 N·m；电动液压泵选用ZB 系列，最高压力70 MPa。

图2 曲柄销螺母锁紧装置

图3 螺母套筒及防脱器

曲柄销螺母预紧装置采用液压加力的预紧方式，通过油压控制力矩，可实现对预紧力矩的精确计量。预紧过程：①设定电动液压泵压力，如曲柄销螺母预紧力矩为3000 N·mm，若选用MTH16 液压扳手，只需将液压泵压力设定至13.7 MPa即可，如图4所示；②将液压扭矩扳手复位，联接螺母套筒；③反复按下控制器，在油压的作用下，螺母套筒开始转动，直到曲柄销螺母无相对位移为止，预紧力矩施加完毕。

图4 MTH16 扳手压力与力矩关系

3 实验效果

以CYJ12-6-73HF 抽油机为例：曲柄销材料为35CrMo，锥套材料为40Cr，曲柄销大端直径为d=110 mm，曲柄销锥度1∶10，采用螺纹M90×4 mm，曲柄销悬臂长L0=120 mm，曲柄销与锥套实际配合长度L=140 mm，锥套外径D=130 mm。由式（1）和式（2）计算出抽油机曲柄销的预紧力矩为3108.15 N·mm。

将电动液压泵压力值调至14.5 MPa，此时曲柄销螺母预紧装置可输出的预紧力矩为3182 N·mm，略高于最小预紧力矩，预紧过程如图5 所示。预紧后，多人多次用大锤砸紧法验证，砸击声音清脆，曲柄销螺母无转动量，预紧效果良好。