游梁平衡抽油機橫梁連桿結構的改進

王振東　沙地力

摘要：通過對游梁平衡抽油機連桿組系結構和運動特性分析，提出了對橫梁連桿總成的改進，將連桿銷軸加長，采用卡瓦式連接與連桿上接頭固為一體，消除了連桿銷與連桿上接頭、連桿銷與橫梁連接套在運轉過程中產生的相對運動，解決了“橫梁、連桿”的振動和異響問題。

關鍵詞：游梁平衡；橫梁；連桿；結構改進

引言

游梁四連桿抽油機是一種主要的有桿機械采油設備，其已經有100多年的歷史。在這100多年里，游梁式抽油機以結構簡單、可靠性高、經久耐用、維修方便、適應性強等優點而得到不斷的應用和發展。目前它仍然在機械采油設備中處于主導地位。為了滿足節能降耗的要求，各種節能式抽油機不斷推出，懸掛偏置平衡抽油機（即雙驢頭抽油機）和調徑變矩抽油機是近些年出現的兩種新型游梁平衡節能抽油機。由于該型抽油機因操作方便、節能效果明顯等特點受到用戶的好評。但因其結構特點，隨著抽油機服役時間的增加，該型抽油機在使用過程中出現“橫梁、連桿”抖動現象，嚴重影響抽油機可靠平穩工作。

1.結構和運動特性分析

游梁式抽油機是以游梁支點和曲柄軸中心的連線做固定桿，以曲柄、連桿和游梁后臂為三個活動桿件所構成的曲柄擺桿機構。從橫梁軸承座到曲柄銷之間的裝置稱為連桿組系，連桿組系在由驢頭、游梁、支架和曲柄等連桿組系組成的抽油機四連桿組件中是最薄弱的環節。橫梁是抽油機力矩傳遞的主要部件之一，橫梁通過橫梁軸承座與游梁連接，橫梁兩側的耳座孔通過銷軸與連桿連接。

常規曲柄平衡（或復合平衡）抽油機，游梁上無平衡配重（或很少的配重）。在抽油機運轉過程中，連桿始終受到較大的拉力，即使橫梁上的連接套與連桿銷、連桿上接頭與連桿銷之間存在間隙，由于單向力的作用，配合接觸面將始終靠在一側，一般不會產生沖擊振動和響聲。

游梁平衡抽油機由于配重安裝在游梁后端，直接平衡驢頭上的懸點載荷。在抽油機運轉過程中，連桿受到呈周期性變化的拉力和壓力。通過對抽油機橫梁總成組裝件和橫梁總成設計圖樣分析后發現，連桿銷與連桿上接頭及連桿銷與橫梁聯接套存在兩處徑向間隙，連桿上接頭與橫梁聯接套之間存在一處軸向間隙。因此，當連桿在拉力和壓力相互轉換時，連桿銷與連桿、橫梁銷接處必然就會出現承載接觸面的轉換，造成承載接觸面的磨損，隨著磨損加劇，間隙逐漸增大。由于間隙的存在，在連桿往復力的作用下，就會對橫梁造成沖擊，抽油機在運轉中即會出現周期性的振動和異響聲。2.改造方案

根據傳統的橫梁與連桿的連接結構分析，連桿銷、連桿上接頭（即連桿銷孔）、橫梁聯接套三個相互獨立。連桿銷孔在長期承受交變載荷作用下，銷孔內壁會出現磨損，孔徑變大，從而導致連桿在上下換向時出現擺動和撞擊異響聲。

那么，如何徹底消除連桿銷與連桿、橫梁聯接套之間的間隙？消除連桿在上下沖程換向的過程中連桿銷與連桿、橫梁間的相對運動？

從上述目的出發，提出橫梁連桿改造思路，將連桿與連桿銷軸固定為一體，便不會發生連桿與連桿銷軸相對運動，不會出現橫梁與連桿異響聲。

3.現場應用及效果對比

3.1.現場應用情況

此改造結構最早于2009年5月安裝于89115井和89116井現場試驗。目前已經應用四年多的時間，一直運行平穩，未發生抖動或異常響聲。截至2013年11月底，目前已改造抽油機橫梁連桿207臺（其中：懸掛偏置抽油機120臺，調徑變矩抽油機87臺）。4.結論與認識

4.1.游梁平衡結構抽油機在上下換向過程中，連桿上接頭存在周期性推、拉交變載荷作用，長期工作會造成連桿銷孔磨損，孔徑變大，導致游梁平衡抽油機沖擊振動及異響等故障現象的發生；

4.2.將連桿銷軸加長，采用卡瓦式固定，上端采用鎖緊螺母，下端與連桿固定為一體，連桿上接頭采用頂緊螺栓預緊，可以避免橫梁、連桿的沖擊振動和異響等故障；

4.3.該改造方案利用原舊部件加工，不但降低了成本，而且消除了連桿上接頭與銷軸相互磨損產生的間隙，防止了連桿在工作時的振動，從根本上解決了“橫梁、連桿”的異響問題。

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