游梁平衡式抽油機結(jié)構(gòu)件特點及焊接工藝

張萬江,于勝存,陳國黨

(1.新疆第三機床廠,烏魯木齊830013;2.塔里木第三勘探公司機動科,新疆庫爾勒841000)

游梁平衡式抽油機結(jié)構(gòu)件特點及焊接工藝

張萬江1,于勝存1,陳國黨2

(1.新疆第三機床廠,烏魯木齊830013;2.塔里木第三勘探公司機動科,新疆庫爾勒841000)

雖然抽油機的產(chǎn)品類型很多,但游梁式抽油機型仍處于主導(dǎo)地位,其組成除曲柄裝置及動力驅(qū)動裝置外均為焊接結(jié)構(gòu)件。焊接工藝的制定和執(zhí)行直接關(guān)系到抽油機的產(chǎn)品性能和質(zhì)量。闡述了游梁平衡式抽油機主要焊接件驢頭、游梁、連桿、橫梁、底座、支架的結(jié)構(gòu)特點及焊接工藝,可為相關(guān)制造企業(yè)提供參考。

抽油機;焊接;工藝;流程

我國目前機械采油井的數(shù)量占油井總數(shù)的90%以上,其中由抽油機組成的抽油設(shè)備的抽油井占80%左右,采油量占總產(chǎn)量的75%以上。常規(guī)型游梁式抽油機是應(yīng)用時間最長、應(yīng)用最多的機型[1]。我廠生產(chǎn)的抽油機主要是游梁平衡式抽油機,為典型的四連桿機構(gòu),主要部件由驢頭、游梁、連桿、橫梁、底座、支架、曲柄裝置及動力驅(qū)動裝置等組成,除曲柄裝置及動力驅(qū)動裝置外,其他部件均為焊接結(jié)構(gòu)件,焊接工藝的制定和執(zhí)行直接關(guān)系到抽油機的產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

1 驢頭[2-5]

1.1 結(jié)構(gòu)特點

驢頭作為抽油桿懸繩的支撐和提升載荷部件,其弧面的變形將直接影響抽油桿的穩(wěn)定性和運動特性。驢頭的結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 驢頭結(jié)構(gòu)

a) 屬于扁箱形結(jié)構(gòu),兩側(cè)板為主要受力支撐體,箱內(nèi)形成混合骨架結(jié)構(gòu)。

b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,構(gòu)件焊接連成一體,使整個驢頭成為一個剛性的焊接結(jié)構(gòu),一旦焊縫結(jié)構(gòu)衍生微小裂紋,就會快速地擴展到相鄰構(gòu)件,造成部分構(gòu)件乃至整體發(fā)生破壞。因此,在焊接時要避免應(yīng)力集中的因素。

c) 相對其他構(gòu)件焊接工作量大,其焊縫多為短縫和內(nèi)部焊接,不宜采用高效焊接的方法,除了長圓弧焊縫外,目前條件下只能采用手工電弧焊。

1.2 焊接工藝

為減少驢頭的變形與應(yīng)力,正確選擇和嚴格遵守焊接順序是驢頭焊接質(zhì)量的重要保證。焊接順序就是減少結(jié)構(gòu)變形,降低焊接殘余應(yīng)力,并使其分布合理,按一定次序進行焊接的過程。

a) 為保證焊后弧板的弧度,減少影響抽油機驢頭的變形,應(yīng)先焊接內(nèi)置加強板,然后焊接弧板與側(cè)板的角焊縫。

b) 構(gòu)件中先焊對接焊縫,后焊角焊縫;先焊立焊縫,后焊平焊縫。

c) 剛度大的焊縫,如連接板與側(cè)板的焊接應(yīng)不間斷,力求迅速完成。

2 游梁

2.1 結(jié)構(gòu)特點

游梁為典型的杠桿機構(gòu)部件,其強度和剛度要求較高,對整機的穩(wěn)定性起著重要的作用。游梁的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

a) 游梁在大型抽油機中結(jié)構(gòu)主要為箱形梁,中小型抽油機多為工字形梁。游梁一般采用自動焊,生產(chǎn)效率高,缺點是制造過程的變形量大。

b) 游梁的頂板、底板和側(cè)板相對尺寸結(jié)構(gòu)長窄,焊接時易引起波浪變形,對游梁的剛度、強度和穩(wěn)定性都有影響。

c) 游梁的頂板、底板和側(cè)板裝焊時要控制其傾斜量,否則會產(chǎn)生扭曲變形,影響抽油機的運行性能和安裝精度。

圖2 游梁結(jié)構(gòu)

2.2 焊接工藝

為減少游梁的波浪變形和扭曲變形,應(yīng)適當(dāng)采用工裝夾具,保證裝焊的質(zhì)量。

a) 使用胎夾具裝配法裝焊游梁,以提高裝配質(zhì)量和裝配效率。

b) 為保證游梁的變形在公差允許范圍之內(nèi),頂板、底板和側(cè)板之間的手工封底焊縫要嚴格控制焊接電流大小,盡可能采用兩側(cè)同時施焊的方法。

c) 先焊接箱體內(nèi)的筋板焊縫,后焊接側(cè)板與頂板、底板的角焊縫。因為封箱板無法與筋板焊接,考慮受力分布情況,應(yīng)將底板作為封箱蓋板。

d) 側(cè)板與頂板、底板的角焊縫采用埋弧自動焊雙機頭對稱焊接的方法,可以減少構(gòu)件的總體變形量,嚴格控制焊接電流在工藝要求范圍之內(nèi)。

e) 剛度大的焊縫,如連接板與頂板、底板的焊縫焊接應(yīng)不間斷,力求迅速完成。

3 連桿

3.1 結(jié)構(gòu)特點

連桿是抽油機主要運動部件之一,結(jié)構(gòu)簡單,其結(jié)構(gòu)如圖3所示,一般由管件和上、下接頭焊接而成。

a) 相對于長桿焊接件來說,其精度和形位公差要求極高。因為精度既影響抽油機的運行,又影響部件的互換性。

b) 結(jié)構(gòu)單薄,在運行過程中,受交變載荷作用,設(shè)計時不但要考慮拉伸強度和彎曲強度,而且要校核其受壓穩(wěn)定性。

c) 由于工件尺寸相對較長,受限于設(shè)備,一般采用先機加工、后焊接的方法。

3.2 焊接工藝

由于連桿屬于抽油機的薄弱部件,對焊縫的質(zhì)量要求高。

a) 采用定位裝配法進行焊裝和焊接,以保證質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

b) 焊接使用直流焊機,焊接應(yīng)不間斷,力求迅速完成,焊接后應(yīng)按要求加熱或保持溫度。

c) 采用高頻振動儀或其他方法消除殘余應(yīng)力。

d) 進行外觀檢查和無損探傷。

圖3 連桿結(jié)構(gòu)

4 橫梁[6]

4.1 結(jié)構(gòu)特點

橫梁的結(jié)構(gòu)如圖4,一般以箱形梁或工字梁為主體,形位公差和精度要求很高。要保證橫梁上平面與2個連桿銷孔的水平度及同軸度精度,一般采用先焊接、后機加工的方法。

圖4 橫梁結(jié)構(gòu)

4.2 焊接工藝

為減少橫梁的扭曲變形,應(yīng)采用工裝夾具,保證裝焊的質(zhì)量。

a) 橫梁成型焊焊縫要嚴格控制焊接電流大小,盡可能采用兩側(cè)同時施焊的方法。

b) 橫梁與連桿銷套的焊接采用定位裝配法進行焊裝和焊接。

c) 用加熱或焊后保溫等方法消除殘余應(yīng)力,為后續(xù)冷加工作好加工準備。

5 底座

5.1 結(jié)構(gòu)特點

底座作為游梁平衡式抽油機的支撐部件,其強度和剛度有一定的要求,對機構(gòu)的整體穩(wěn)定性起著重要的作用。底座的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

a) 底座的底部主要是由工字梁組焊而成的框架結(jié)構(gòu),上部為支撐減速器的箱體結(jié)構(gòu)通常采用手工電弧焊,生產(chǎn)效率低,易變形。

b) 底座的底部相對尺寸結(jié)構(gòu)長窄,焊接時易引起扭曲變形,對整機的裝配有影響。

c) 底座的底部與上部箱體裝焊時要控制平行度,否則會影響后續(xù)加工和抽油機安裝精度。

圖5 底座結(jié)構(gòu)

5.2 焊接工藝

a) 使用胎夾具裝配法裝焊底座,提高裝配質(zhì)量和裝配效率。

b) 為減少扭曲變形,應(yīng)先焊橫筋與主梁的焊縫,然后焊接內(nèi)置加強板,且須沿中心部分向外延展對稱焊接。

c) 構(gòu)件中先焊對接焊縫,后焊角焊縫;先焊立焊縫,后焊平焊縫。

d) 剛度大的焊縫,如底板的焊接應(yīng)不間斷,力求迅速完成。

6 支架[7]

6.1 結(jié)構(gòu)特點

支架作為游梁平衡式抽油機的衍架式支撐部件,其強度和剛度有一定的要求,對機構(gòu)的整體穩(wěn)定性起著重要的作用,支架的結(jié)構(gòu)如圖6。

a) 支架的前架和后架是由工字梁組焊而成的衍架式結(jié)構(gòu),采用手工電弧焊,生產(chǎn)效率低,易變形。

b) 衍架式結(jié)構(gòu)部件交錯,焊接時易引起扭曲變形,對整機的裝配和運行有很大影響。

c) 支架在平臺裝焊時要控制平行度精度,否則會影響抽油機安裝精度。

6.2 焊接工藝

焊接工藝基本同5.2。

圖6 支架結(jié)構(gòu)

7 整體組對方法對焊接工藝的影響

總體組對方法主要采用“配對倒裝法”的裝焊工藝,主要是驢頭和游梁必須配對使用。這樣抽油機的各個部件可以采取較為靈活的焊接工藝來滿足技術(shù)要求,對設(shè)備的依賴程度也大為降低。主要缺點是:這2個部件沒有互換性,返修的驢頭和游梁需要整機回廠調(diào)試。

8 結(jié)語

本文闡述了游梁平衡式抽油機主要焊接件驢頭、游梁、連桿、橫梁、底座、支架的結(jié)構(gòu)特點及焊接工藝,可為相關(guān)制造企業(yè)提供參考。但每個企業(yè)的設(shè)備狀況和操作人員的水平都有所不同,應(yīng)根據(jù)具體狀況制定與其相適應(yīng)的焊接工藝和加工路線。

[1] 張曉東,賈國超.關(guān)于我國抽油機發(fā)展的幾點思考[J].石油礦場機械,2008,37(1):24-27.

[2] 田錫唐.焊接結(jié)構(gòu)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996.

[3] 周浩森.焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)及設(shè)備[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996.

[4] 宇永福.焊接結(jié)構(gòu)制造[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995.

[5] 李紅才,李海東,宋念友.抽油機側(cè)轉(zhuǎn)式驢頭改進設(shè)計[J].石油礦場機械,2009,38(12):100-102.

[6] 馬述儉,龔曉明,孫存文.游梁平衡抽油機橫梁連桿連接技術(shù)方案探討[J].石油礦場機械,2008,37(3):94-95.

[7] 李海東,秦德福,趙普忠,等.抽油機支架數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].石油礦場機械,2008,37(7):38-41.

TE933.1

B

1001-3482(2010)06-0082-03

2009-12-30

張萬江(1973-),男,甘肅武威人,工程師,1996年畢業(yè)于新疆工學(xué)院汽車應(yīng)用工程專業(yè),主要從事采油機械的技術(shù)及管理工作。