抽油機用減速機使用現狀和前景分析

吳慶超

徐州徐工傳動科技有限公司 江蘇 徐州 221000

抽油機用減速機大多采用兩級分流式結構，箱體為中心分型結構，內部齒輪采用對稱式斜齒輪結構，齒形采用雙圓弧齒形。這種減速機能夠長期占據抽油機用減速機的主導地位，還是有其優點的，具體如下：

（1）減速機的輸入軸、中間軸、中間軸齒輪及輸出軸齒輪均采用對稱結構，即齒寬分為對稱的兩段，一段齒輪為右旋、那么另一端即為左旋。由于齒輪采用的是斜齒輪，所以會產生軸向力，而對稱結構可以完全抵消斜齒輪的軸向力，從而提高了整個齒輪系統的穩定性，同時提高了減速機的使用壽命。

（2）采用了雙圓弧齒形，齒輪強度高于漸開線齒形。由于雙圓弧齒形在嚙合過程過程中是面接觸，而漸開線齒形在嚙合過程中為線接觸，所以理論上雙圓弧齒形比漸開線齒形的接觸強度要高30%，使用壽命要高于漸開線齒輪。

（3）減速機箱體采用中心分型結構，開合度較大，所以安裝軸承和齒輪都比較方便，并且很多減速機廠家采用箱體與箱蓋合箱加工軸承孔的工藝，所以加工穩定性也比較高，這種結構也便于后期的維修和更換[1]。

不過此類減速機缺點也不少，具體如下：

（1）箱體結合面積大，且鑄造的箱體對時效處理要求高，如果時效處理不好，箱體在長時間振動過程中，由于內應力的驅使會產生變形，較易出現漏油現象，而在實際使用過程中，確實有一定數量的減速機出現了結合面漏油的情況。

（2）雙圓弧齒輪雖然理論上比漸開線齒輪強度高，但是由于現在對雙圓弧齒形的研究還不夠成熟，檢測設備和軟件都還沒有跟上，如今批量生產過程中僅能進行簡單的尺寸檢測如測量固定弦齒深、固定弦齒厚、齒頂圓直徑和齒根圓直徑等。檢測設備也只能進行成像法檢測，對對比樣塊的要求極高，檢測的精度也比較低，所以實際使用中，雙圓弧齒形的強度比理論情況要低的。

（3）由于減速機使用的雙圓弧齒形，其現有能夠批量生產的加工方法，只有滾齒加工，所以齒輪的齒面只能使用軟齒面，而軟齒面采用滾齒工藝，齒面的表面粗糙度較低，所以減速機運轉時的噪音比較大，并且由于軟齒面不耐磨，也降低了減速機的使用壽命[2]。

（4）雖然主動軸、中間軸、輸出軸及輸出軸齒輪都是采用了一體對稱結構，但是中間軸齒輪多采用鑲嵌式結構，即齒輪和軸采用過盈配合，靠壓力機將中間齒輪壓入中間軸，但是由于批量生產過程中，齒輪內孔和中間軸的尺寸公差有波動，較易出現過盈量較小的問題，所以實際使用過程中，經常會出現中間齒輪從中間軸脫落的情況。

雖然上述減速機有諸多缺點，但是由于設計之初考慮到抽油機工況的特殊性，一個是持續工作不間斷；第二個是大都在無人區，可能工作幾個月都無人巡檢的情況，選用的安全系數都比較大，所以在實際使用過程中，減速機的故障率還是比較低的，有些減速機實際使用都能達到20年之久，所以此類減速機依舊是抽油機用減速機的主力軍[3]。但是，如今各個行業都在飛速發展，油田機械行業也不可能止步不前，未來的抽油機用減速機行業個人認為有如下幾種發展方向：

（1）硬齒面減速機。我們對現有的軟齒面減速機的失效模式進行分析后發現，大多數減速機都是以齒面點蝕、斷齒等問題失效的，而斷齒有很多也是以點蝕為開端的，點蝕發生后，齒面的嚙合狀況發生改變，所以在有沖擊的情況下更容易發生斷齒等情況。而如果想對抽油機用減速機改型升級的話，最容易想到的便是提高齒面強度，不過由于雙圓弧齒輪無法磨齒（可能部分高端設備也能夠實現，但是成本太高，不適合批量生產）等情況，齒形必然要改為漸開線齒輪，并且將齒面硬度提高至HRC58以上，提高齒面硬度可以大幅度提高減速機的使用壽命，并且由于硬齒面必須采用磨齒工藝，齒面的表面粗糙度也提高很多，因此減速機的噪音也會降低很多。不過硬齒面減速機最大的缺點便是成本高，由于輸出軸齒輪直徑比較大，磨齒的成本太高，所以現在愿意購買售價高昂的硬齒面減速機的廠家還比較少[4]。

（2）行星齒輪減速機。行星齒輪減速機也是抽油機用減速機的一個發展趨勢，由于采用了行星齒輪傳動，減速機的速比可以做得很大，從而可以降低抽油機電機的轉速，可以將原本必須使用8極甚至10極電機的機型更換為普通電機，從而降低抽油機整體成本。并且由于行星齒輪也基本上都是采用硬齒面磨齒工藝，所以減速機的噪音也降低很多。另外由于行星機構比較緊湊，減速機的體積可以做的小一些，能夠被應用于更多的工況中。不過行星齒輪減速機也有如下缺點：

1）行星齒輪結構緊湊，所以發熱量比較大，而由于抽油機多是24小時持續工作，所以對減速機的散熱要求比較高，對潤滑油的品質要求也比較高[5]。

2）行星齒輪的工藝比較復雜，加工精度及裝配工藝等要求也比普通減速機高很多，所以其成本肯定要遠高于普通減速機，同樣高昂的售價可能會阻礙其發展。

（3）非圓齒輪減速機。顧名思義，非圓齒輪減速機的輸出軸齒輪不是圓的。我們知道抽油機的工況，當抽油機處于提升狀態時，電動機對抽油機做正功，提升抽油桿的同時將原油吸入抽油管道，而當抽油機處于下落狀態時，抽油桿被管道內的壓力向下運動，此時電動機做負功，這部分能量就完全損失掉了。而非圓齒輪的設計簡單來說就是將輸出軸齒輪做成橢圓形，在抽油桿下落過程中將管道壓力的動能轉化為橢圓齒輪的勢能，而在電動機做功的過程中，再將橢圓齒輪的勢能轉化為抽油桿的動能，這樣就可能節約能源，實現抽油機的降本增效。雖然非圓齒輪的設計非常巧妙，但是由于橢圓齒輪的加工難度太大，所以也未能流行起來。