新式出口抽油機(jī)皮帶罩設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張亞春

（大慶石油管理局有限公司裝備制造分公司，黑龍江大慶 163255）

0 引言

隨著大慶裝備制造分公司生產(chǎn)的抽油機(jī)不斷擴(kuò)大抽油機(jī)海外市場，截止目前已經(jīng)出口全球十幾個(gè)國家的抽油機(jī)超過5000 臺，大部分出口到加拿大和美國市場。在激烈的產(chǎn)品競爭情況下，國內(nèi)各家抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量越來越接近，同質(zhì)化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，為了增強(qiáng)競爭力，設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的優(yōu)化往往是獲得更多客戶青睞的主要原因。在北美地區(qū)，由于對抽油機(jī)在運(yùn)行過程中的HSE 的要求標(biāo)準(zhǔn)高，所有運(yùn)轉(zhuǎn)的抽油機(jī)要求安裝全金屬皮帶罩，確保皮帶、電機(jī)皮帶輪和減速器大皮帶輪完全處于皮帶罩的覆蓋范圍內(nèi)。

但是，由于皮帶屬于抽油機(jī)的易損部件，磨損、老化經(jīng)常發(fā)生，定期更換皮帶成為當(dāng)?shù)胤?wù)隊(duì)伍日常的工作。通常全金屬皮帶罩子體積大、重量大，2 名服務(wù)人員無法人工進(jìn)行拆卸和安裝，只能動用吊車往返于油田現(xiàn)場，更換皮帶的吊車和人工費(fèi)用遠(yuǎn)大于皮帶的材料費(fèi)用。為了解決這個(gè)問題，有必要設(shè)計(jì)一種新型的抽油機(jī)皮帶罩，在不拆卸皮帶罩的情況下（不使用吊車），即可輕松更換新的皮帶罩，同時(shí)為了提高產(chǎn)品競爭力，設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮制造成本不增加或少增加。

1 兩種皮帶罩的設(shè)計(jì)比較

1.1 設(shè)計(jì)方案1——老式皮帶罩結(jié)構(gòu)

老式91201 全金屬皮帶罩結(jié)構(gòu)如圖1 所示，厚3mm、Q325鐵皮做擋板，整體重量為214 kg。

（1）設(shè)計(jì)理念。滿足使用要求，保證強(qiáng)度，不變形。

（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)。整體焊接，頂部為圓弧結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好。

（3）主要缺點(diǎn)。頂部需要彎成圓弧狀，加工工裝和工藝要求較高，制造成本高。整體重量大，2 人無法搬運(yùn)、安裝和拆卸、需要專業(yè)的吊裝設(shè)備，拆卸和安裝成本高，更換皮帶作業(yè)流程復(fù)雜、費(fèi)用高昂。

1.2 設(shè)計(jì)方案2——新式皮帶罩結(jié)構(gòu)

新式91201 全金屬皮帶罩結(jié)構(gòu)如圖2 所示，厚3 mm、Q325 鐵皮做擋板，厚2 mm、Q325 鐵皮做門板，整體重量為217.6 kg。

（1）設(shè)計(jì)理念。保證強(qiáng)度不降低，上部開門，確保能實(shí)現(xiàn)不拆卸皮帶罩完成更換皮帶作業(yè)，便于加工。

圖1 91201 老式皮帶罩

圖2 91201 新式皮帶罩

（2）主要優(yōu)點(diǎn)。整體焊接，頂部圓弧結(jié)構(gòu)改成直邊結(jié)構(gòu)，下料、組焊加工方法簡單。頂部開一大門，左右兩扇，保證開門后減速器大皮帶輪完全暴露，并留有更換皮帶空間。

（3）主要缺點(diǎn)。兩扇門在打開后，需要保證在自身重量下門板不變形，連接的合頁不變形。結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行加強(qiáng)。

3 新式皮帶罩強(qiáng)度分析及解決方法

3.1 新式皮帶罩有限元分析

如圖3 所示，經(jīng)過有限元對新式皮帶罩進(jìn)行受力分析得知，整個(gè)皮帶罩的受力點(diǎn)主要集中在上圍板處，側(cè)板受力集中在上側(cè)，側(cè)板下側(cè)幾乎不受力。增加門板后，外圍板受力增加，會存在變形。

3.2 解決變形的方法

經(jīng)過有限元分析，外圍板手里將增加，因此需要考慮增加外圍板的強(qiáng)度。可以通過在外圍板表面壓花紋等圖案來增加強(qiáng)度，但是需要使用專業(yè)的沖壓設(shè)備，制造成本會相應(yīng)提高。也可在外圍板內(nèi)側(cè)增加內(nèi)筋，提高強(qiáng)度，方法簡單便于操作。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益的情況下，使用增加內(nèi)筋的方式來實(shí)現(xiàn)增加強(qiáng)度的目的。如圖4所示，增加3 根內(nèi)筋，內(nèi)筋1 長度為1430 mm 的立筋，內(nèi)筋2 長度490 mm，內(nèi)筋3長度1445 mm，內(nèi)筋2 和3 均為橫筋。使用25X3角鐵，點(diǎn)焊，確保外圍板不變形。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證強(qiáng)度達(dá)到使用要求，如圖5 所示。

4 經(jīng)濟(jì)性對比及分析

4.1 91201 老式皮帶罩成本分析（表1）

通過表1 可以得出，方案一的材料費(fèi)用合計(jì)為1672.61 元，工時(shí)費(fèi)828.10 元，總的加工成本合計(jì)2500.71 元。

4.2 91201 新式皮帶罩材料費(fèi)分析（表2）

通過表2 可以得出，方案二的材料費(fèi)用合計(jì)為1808.00 元，工時(shí)費(fèi)910.00 元，總的加工成本合計(jì)2718.00 元。

圖3 新式皮帶罩有限元分析受力情況

圖4 新型皮帶罩內(nèi)筋

圖5 新式皮帶罩安裝皮帶試驗(yàn)

表1 91201 老式皮帶罩成本分析

表2 91201 新式皮帶罩材料費(fèi)分析

通過對比新老方案的加工成本可以看出，新式皮帶罩子加工成本增加了217.29 元，相對于幾十萬元一臺的抽油機(jī)而言，這些成本增加可以通過其他部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和減重設(shè)計(jì)抵消。總體來說，新式皮帶罩的加工成本與老式皮帶罩加工成本相當(dāng)。

5 結(jié)論

通過對老式皮帶罩進(jìn)行技術(shù)改造、提檔升級，設(shè)計(jì)了新的皮帶罩，新式皮帶罩節(jié)省了國外客戶在更換皮帶時(shí)雇傭吊車往返油田的費(fèi)用（在北美地區(qū)，吊車費(fèi)用通常為210 美元/h，吊車司機(jī)費(fèi)用通常為110 美元/h。由于油田多處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，往返要超過500 km，至少也要一天能完成從服務(wù)公司到現(xiàn)場，完成更換皮帶并返回服務(wù)公司的過程，一天按照工作8 h 計(jì)算，加班除外，更換一次皮帶需要雇傭吊車和司機(jī)費(fèi)用大約2640 美元，相當(dāng)大約18 480 元），進(jìn)而大幅度降低了服務(wù)費(fèi)用支出。目前在加拿大和美國有近5000 臺大慶裝備的抽油機(jī)在工作，如果客戶要求將所有老式皮帶罩更換成新式皮帶罩，可以為企業(yè)創(chuàng)造一筆可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也能為公司抽油機(jī)站穩(wěn)國際市場新增一個(gè)賣點(diǎn)和亮點(diǎn)。