淺析抽油機(jī)可靠性設(shè)計

趙鵬鵬

（大慶石油管理局有限公司裝備制造分公司抽油機(jī)制造分公司技術(shù)研究所,黑龍江 大慶 163000）

抽油機(jī)的可靠性設(shè)計能夠?yàn)槠湔＿\(yùn)行提供必要的保障，充分發(fā)揮其自身功用。由此可見，深入研究并分析抽油機(jī)的可靠性設(shè)計具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 可靠性設(shè)計研究

產(chǎn)品可靠性具體指的就是在規(guī)定的條件與時間之內(nèi)有效完成規(guī)定功能的能力。可靠性設(shè)計屬于全新學(xué)科，和環(huán)境工程、生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制技術(shù)、系統(tǒng)工程等存在緊密的聯(lián)系。對可靠性設(shè)計的研究，主要是對產(chǎn)品和材料隨機(jī)現(xiàn)象和規(guī)律展開系統(tǒng)化研究。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)主要包括了數(shù)理統(tǒng)計與概率論等，而物理學(xué)基礎(chǔ)則表現(xiàn)在失效物理方面。在可靠性設(shè)計中，對可靠性理論、設(shè)計參數(shù)與技術(shù)等統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行了合理地運(yùn)用，并且在特定可靠性指標(biāo)中，能夠合理化設(shè)計零部件與設(shè)備等。可靠性設(shè)計要基于絕對安全，積極構(gòu)建能夠有效控制失效概率的思想。

在應(yīng)力強(qiáng)度模型角度出發(fā)，一旦產(chǎn)品受到應(yīng)力超過容許強(qiáng)度就會失效，應(yīng)力和強(qiáng)度都屬于隨機(jī)變量，會根據(jù)特定規(guī)律加以分布。在傳統(tǒng)設(shè)計過程中，都會將應(yīng)力與強(qiáng)度設(shè)置成固定數(shù)值，同時給出安全系數(shù)，對不同因素的變動加以概括。在實(shí)際設(shè)計的過程中，相對于材料而言，僅僅是選擇強(qiáng)度最小數(shù)值，載荷與應(yīng)力會選擇最大數(shù)值。在這種情況下，相對于大部分零部件都很保守，所以截面粗大且結(jié)構(gòu)重量也較大，會消耗大量的材料，實(shí)際的成本投入也較高。部分零件還會受分析細(xì)致性不強(qiáng)的影響，影響失效估計效果，最終使得可靠性不明顯。

之所以可靠性設(shè)計方法能夠有效地吸引企業(yè)，最主要的原因就是其方法與基本原則都和產(chǎn)品具體需求相適應(yīng)。在與用戶使用條件吻合的情況下，能夠提高原材料的使用合理性，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。特別是抽油機(jī)，傳統(tǒng)游梁式的收油機(jī)，由于結(jié)構(gòu)相對簡單且可靠，所以在生產(chǎn)中的重要性不言而喻。然而因其體積較大，所以抽油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)必須要合理運(yùn)用全新思想與方法，才能夠確保產(chǎn)品競爭實(shí)力的增強(qiáng)，并達(dá)到減少成本的目的。

2 抽油機(jī)可靠性設(shè)計要點(diǎn)

第一，設(shè)計荷載是抽油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點(diǎn)。不同承力構(gòu)件載荷的源頭就是光桿載荷-懸點(diǎn)載荷。對于游梁式抽油機(jī)行業(yè)的發(fā)展而言，在規(guī)范中已經(jīng)明確指出，抽油機(jī)不能夠超額定懸點(diǎn)載荷，而且減速器也不允許超額定扭矩作業(yè)。然而在實(shí)踐過程中，只有懸點(diǎn)載荷處于交變的狀態(tài)，所以仍會出現(xiàn)突然超載的情況。若在具體設(shè)計方面，沒有對這一問題給予必要的關(guān)注，很容易損壞抽油機(jī)。在這種情況下，要想規(guī)避此問題的出現(xiàn)，就要對載荷進(jìn)行合理地設(shè)計，即將光桿破斷最大載荷當(dāng)做最大設(shè)計載荷。這樣一來，不同構(gòu)件都不會發(fā)生破壞，也不會永久性地變形。以此為基礎(chǔ)設(shè)計生產(chǎn)的抽油機(jī)的安全性會明顯增強(qiáng)，但是其各個構(gòu)件的粗大問題始終存在。如根據(jù)行業(yè)規(guī)范的規(guī)定要求，使用抽油機(jī)的過程中加大控制力度，堅決不允許出現(xiàn)超額定懸點(diǎn)載荷與超額定扭矩的情況，就需要將防過載裝置合理地設(shè)置在抽油機(jī)之上，為其安全可靠運(yùn)行提供必要的保障，以免出現(xiàn)超載的情況。其中，可以將簡單零件設(shè)置于懸掛系統(tǒng)當(dāng)中，如果出現(xiàn)超載的情況，此零件就會即可生效，使得抽油機(jī)停止運(yùn)行并及時發(fā)送警報。另外，也可以將超載停機(jī)裝置放置于帶傳送系統(tǒng)當(dāng)中。除此之外，將過載停機(jī)裝置應(yīng)用在動力輸入端，也能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。總的來講，要想從根本上實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)可靠性的增強(qiáng)目標(biāo)，就應(yīng)當(dāng)將額定懸點(diǎn)載荷當(dāng)做設(shè)計載荷，這樣一來，就可以為抽油機(jī)提供全新運(yùn)行環(huán)境，并降低抽油機(jī)設(shè)計的重量。

第二，設(shè)計中規(guī)避對minδ 方法的應(yīng)用。在對抽油機(jī)可靠性進(jìn)行設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)選擇使用既有資料當(dāng)中的材料概率統(tǒng)計數(shù)據(jù)，亦或是利用平均數(shù)值和可靠性存在緊密聯(lián)系的安全系數(shù)。另外，還要結(jié)合不同部件重要程度，對可靠度與安全系數(shù)加以合理化應(yīng)用。

第三，選擇使用零件與結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)盡可能選用經(jīng)過長時間考驗(yàn)且滿足可靠性標(biāo)準(zhǔn)的零件，而結(jié)構(gòu)的選擇則要保證其安全性。

第四，與抽油機(jī)基本性能相滿足的情況下，能夠不斷簡化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。而且結(jié)構(gòu)越簡單，在分析受力方面也將更加準(zhǔn)確，不斷提高可靠性，備受用戶的認(rèn)可。

第五，對不同部件與系統(tǒng)安全性加以考慮，以免其中某結(jié)構(gòu)失去效用而對人身安全造成嚴(yán)重影響。要不斷提高可維護(hù)性，不斷增強(qiáng)耐環(huán)境能力，以免出現(xiàn)誤操作能力。一旦發(fā)生故障，可以及時發(fā)現(xiàn)并接近，容易檢查并有效排除。

3 抽油機(jī)使用條件與維修性設(shè)計

任何產(chǎn)品的可靠性，首要的定義就是在規(guī)定的條件下，而使用條件同樣也很關(guān)鍵。即便產(chǎn)品再好，若在實(shí)際使用的過程中不能夠得到有效維護(hù)與保養(yǎng)，將難以與預(yù)期可靠性指標(biāo)相適應(yīng)，嚴(yán)重的還會誘發(fā)嚴(yán)重的后果。尤其是抽油機(jī)，引起運(yùn)行環(huán)境相對惡劣，管理也始終采用巡檢的方式，長期缺乏專業(yè)人員進(jìn)行管理，其可靠性的問題也逐漸突顯出來。

現(xiàn)階段，對抽油機(jī)安裝、調(diào)整以及維護(hù)的工作缺乏規(guī)范性，所以會直接增加損壞抽油機(jī)的幾率。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，相同產(chǎn)品交由不同用戶使用，其發(fā)生故障的幾率存在較大的差異，也就是說，產(chǎn)品和使用條件存在緊密的聯(lián)系。若使用的條件理想，那么抽油機(jī)就能夠在長時間的使用下而不會失去效用。

雖然抽油機(jī)的減速器輸出直徑是 180Φ ，但仍然在不平衡的環(huán)境中被扭斷。所以，必須要對抽油機(jī)的使用條件加以完善，并不斷增強(qiáng)維護(hù)工作人員個人素質(zhì)水平，制定健全的維修規(guī)程，使得管理水平得以提升。

除此之外，設(shè)計工作為用戶提供必要的維修服務(wù)的過程中，也可以采取必要的改進(jìn)措施，以保證優(yōu)化可靠性設(shè)計的效果。在廣義的可靠性設(shè)計中，同樣也涵蓋了維修性設(shè)計的內(nèi)容。

在可靠性設(shè)計中，主要考慮的是所設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)品在長期使用中不會發(fā)生故障，而維修性設(shè)計的考慮重點(diǎn)就是在短時間內(nèi)有效恢復(fù)產(chǎn)品的運(yùn)行能力。為此，應(yīng)針對用戶常發(fā)生問題與容易發(fā)生問題進(jìn)行調(diào)研，并將其轉(zhuǎn)變成設(shè)計的問題。在對設(shè)計加以改進(jìn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的改善，降低常發(fā)生故障的出現(xiàn)幾率。若能夠在設(shè)計方面對曲柄銷防松的問題進(jìn)行解決，就會更方便擰緊。若應(yīng)用防過載裝置，那么曲柄軸就很難被扭斷。

長期以來，抽油機(jī)發(fā)生故障的幾率都相對較高，質(zhì)量問題十分嚴(yán)重，特別是減速器漏油的問題與曲柄銷斷裂的問題。另外，導(dǎo)致游梁被損壞的主要原因就是四肖式聯(lián)接驢頭讓位的時候，對驢頭強(qiáng)行搬動，導(dǎo)致游梁側(cè)彎進(jìn)而被損傷。如果程度嚴(yán)重，還會導(dǎo)致抽油機(jī)整體翻倒。在轉(zhuǎn)變成自讓位驢頭以后，以上問題就不會再發(fā)生了。

4 結(jié)語

綜上所述，可靠性設(shè)計工作的開展能夠在統(tǒng)計數(shù)據(jù)不完整的情況下，始終借助可靠性設(shè)計基礎(chǔ)思想與方式，不斷優(yōu)化產(chǎn)品的質(zhì)量，以保證維護(hù)性效果的增強(qiáng)，并減少成本的支出。近年來，基于可靠性理論的不斷進(jìn)步與發(fā)展，使得統(tǒng)計試驗(yàn)資料也更加完善與豐富。