淺談抽油機井皮帶延長使用壽命的綜合方法

楊世偉

摘要：抽油機井是通過皮帶將電動機產生的能量傳遞給減速箱的，目前井上所用的皮帶型號很多，質量也不盡相同。在油井長期的生產過程中，皮帶由于受到疲勞磨損會發生斷裂，當皮帶發生斷裂后，若能及時發現，通過工人加換皮帶后恢復油井生產最快也要1個小時，若是夜間發生斷皮帶，那需要的時間就更長了。如何能夠延長皮帶的使用壽命，盡量減少皮帶更換的次數。本文即針對延長抽油機井皮帶使用壽命的綜合方法展開了一定的研究和探討。

關鍵詞：皮帶；使用壽命；綜合方法

1. 帶傳動

由主動輪、從動輪和張緊在兩輪上的傳動帶所組成。由于帶被張緊，使帶與帶輪接觸面間產生正壓力。當主動輪轉動時，靠帶與帶輪接觸面間的摩擦力帶動從動輪一起轉動，并傳遞一定的運動和動力。

1.1 帶傳動的主要類型和特點

傳動帶按工作原理的不同可分為摩擦型傳動帶和嚙合型傳動帶。摩擦型傳動帶按帶的橫截面形狀，可分為平帶、V帶和特殊截面帶。同步齒形帶，屬于嚙合型傳動帶，帶的工作面制有橫向齒，與有相應齒的帶輪作嚙合傳動，傳動比較準確，具有鏈傳動的優點，但制造和安裝要求較高。如拖拉機、坦克等的履帶。

1.1.1 特點：

在一般機械傳動中，應用最為廣泛的是V帶傳動。V帶的橫截面呈等腰梯形，傳動時，以兩側為工作面，但V帶與輪槽槽底不接觸。在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動能產生更大的摩擦力，這是V帶傳動性能上的最大優點。

V帶的工作面

1.1.2 V帶的橫剖面結構：

常見V帶的橫剖面結構由包布、頂膠、抗拉體、底膠等部分組成，按抗拉體結構可分為繩芯V帶和簾布芯V帶兩種。簾布芯V帶，制造方便，抗拉強度好；繩芯V帶柔韌性好，抗彎強度高，適用于轉速較高，載荷不大和帶輪直徑較小的場合。

1.2 帶傳動工作情況的分析

1.2.1受力分析

1.初始拉力（張緊力）F0，

2.工作時，n1為主動邊，拉力加大至F1，緊邊。

另一邊為松邊，拉力減少至F2，

緊邊拉力增量=松邊拉力減量，

3.有效拉力Fe = Ff，Ff為帶輪沿接觸弧皮帶輪間摩擦力總和。

1.2.2 帶傳動的最大有效拉力及其影響因素

當帶有打滑趨勢時，摩擦力達到極限值，這時帶的緊邊拉力與松邊拉力的關系為：

（1） —— 柔韌體摩擦的基本公式

（2） → ，

（3） → ，

三公式聯解后得到：

最大有效拉力Fec與三個因數有關：初拉力，包角，摩擦系數。

1.2.3 帶傳動的應力分析

1.拉應力：

緊邊： ，

松邊： ；

2.彎曲應力：

發生在繞過帶輪處，

；

E：為彈性模數，

h：為帶高，

D：為彎曲直徑。

為避免彎曲應力過大，帶輪直徑不能太小，規定值p143。

3.離心應力： ，q為單位長度質量，㎏/m。離心應力作用在帶全長上。

4.最大應力： ，發生在帶的緊邊開始繞上小帶輪處。

當應力較大和應力變化頻率較高時，帶將容易產生疲勞損壞，局部產生疲勞裂紋，然后脫層、松散以至斷裂，使帶傳動失效，從而限制了帶的使用壽命。

由上述分析可知，帶傳動的主要失效形式為過載引起的帶在帶輪面上的打滑和應力變化引起的帶的疲勞損壞。

2. 延長皮帶壽命的綜合方法

2.1加強提高皮帶性能的研究和產品質量控制

要進一步優化皮帶的結構設計和配方設計，以盡可能小的資源消耗和環境成本，獲得盡可能大的經濟效益和社會效益。V帶要繼續推廣聚酯線繩化，提高使用壽命和傳動效率。要加大熱塑性彈性體的開發和應用。

2.2 探索皮帶的最佳工作狀態

2.2.1 防止皮帶偏磨

當皮帶的工作面與皮帶輪接觸面共面時，皮帶上的應力是分散分布的，但是如果兩個面存在夾角，就會在某些區域產生應力集中，從而加速皮帶磨損。

為了防止皮帶偏磨，我們需要調節四點一線。四點一線的概念就是從減速箱皮帶輪、電動機輪緣拉一條線通過兩軸中心，這四點在一條直線上叫做四點一線。四點不一線就會造成皮帶偏磨。另外，也要注意皮帶輪和皮帶的型號的匹配問題。

2.2.2 調節皮帶松緊適度

調節皮帶的松緊適度是延長皮帶使用壽命的有效手段，也是對抗雨季易斷皮帶的一個行之有效的辦法。

皮帶過緊——會使其拉長或變形從而縮短皮帶的使用壽命

皮帶松弛——造成皮帶輪與皮帶之間打滑、干磨甚至燒毀皮帶

傳統的判斷皮帶的松緊度的方法：用手下按，按下1、2手指為合格，或者用手翻皮帶，能將背面翻上且松手后即恢復原狀態為合格。此方法簡便，但是需要有足夠的現場經驗。為了將皮帶的松緊度量化，從而使現場工人更好的把握皮帶松緊適度的標準，建議推廣應用皮帶張力儀。

2.2.3 皮帶與采油工程常規工作

（A）皮帶與平衡率：

游梁式抽油機是一種變形的四連桿機構，其整機的結構特點像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷.對于支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動力就可以使抽油機連續不間斷的工作。

在平衡率為100%時，電機提供的動力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦阻力，平衡率越低，則需要電機提供的動力越大，與此同時皮帶所承受的載荷也隨之增大。

（B）皮帶與熱洗

井下原油流入井筒后，在從井底上升到井口的流動過程中隨著溫度壓力的降低和氣體的析出，溶解的石蠟便以結晶析出。隨著溫度的進一步降低，石蠟不斷析出，其結晶便長大聚集和沉積在管壁上，即出現了結蠟現象。

結蠟的危害：油井結蠟，增加抽油桿運動阻力及油流的沿程摩阻，加大油井負荷，即增大的皮帶的負荷，縮短了皮帶的使用壽命。

為了發展循環經濟，節約降耗，要發展皮帶的修補和翻新技術。

參考文獻

[1]機械設計基礎（第6版） 陳國定 機械工業出版社 2005.6.1

[2]2010年我國膠帶市場需求預測及發展建議

[3]中國傳動帶技術現狀及未來發展 吳貽珍

（作者單位：中油遼河油田公司曙光采油廠采油作業六區）