抽油桿表面強(qiáng)化強(qiáng)力拋丸機(jī)

摘要：抽油桿拋丸強(qiáng)化處理，可有效地提高其疲勞強(qiáng)度，通過式強(qiáng)力拋丸機(jī)則是專門為這一構(gòu)件表面強(qiáng)化處理而研制的中小型拋丸設(shè)備。它與一般拋丸機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)化效果好的優(yōu)點(diǎn)，是抽油桿生產(chǎn)與修復(fù)廠理想的專用設(shè)備。
關(guān)鍵詞：抽油桿;表面強(qiáng)化;拋丸機(jī);

拋丸強(qiáng)化是金屬構(gòu)件表面形變強(qiáng)化的有效工藝手段之一,它通過將無數(shù)高速運(yùn)動(dòng)的彈丸流射到金屬構(gòu)件表面,而使其表面發(fā)生塑性變形。拋丸強(qiáng)化是提高機(jī)械零件表面高周期疲勞強(qiáng)度、腐蝕疲勞強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度、微振疲勞強(qiáng)度及腐蝕斷裂抗力的行之有效的一種表面強(qiáng)化工藝。
一般情況下,鋼的疲勞強(qiáng)度隨其抗拉強(qiáng)度的提高而上升;但當(dāng)其達(dá)到一定強(qiáng)度水平后,疲勞強(qiáng)度反而下降。
拋丸強(qiáng)化處理則可避免高強(qiáng)度鋼出現(xiàn)疲勞下降的傾向,因此凡在服役中受交變載荷或在腐蝕環(huán)境中承受載荷的機(jī)械零件,均可通過拋丸強(qiáng)化延長(zhǎng)其使用壽命。
1、抽油桿的拋丸強(qiáng)化及所用設(shè)備
抽油桿(圖1)是采油設(shè)備主要機(jī)械構(gòu)件之一。其主要失效形式是高周期疲勞斷裂或腐蝕疲勞斷裂及微振疲勞斷裂,因之提高抽油桿抗疲勞性能是防止其失效的關(guān)鍵措施。經(jīng)過多次試驗(yàn)證明,拋丸強(qiáng)化是提高其疲勞壽命的有效途徑。
圖1抽油桿零件結(jié)構(gòu)圖 這一處理工藝可使抽油桿表面及表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力場(chǎng),形成塑性變形,以達(dá)到應(yīng)力強(qiáng)化、組織強(qiáng)化和構(gòu)件表面粗糙度值增加的綜合效果。由于拋丸強(qiáng)化工藝具有成本低、能耗少、操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高、強(qiáng)化效果好等一系列優(yōu)點(diǎn),而被抽油桿的生產(chǎn)與修復(fù)廠家所廣泛采用。

目前,抽油桿拋丸強(qiáng)化處理,普遍采用機(jī)械進(jìn)丸滑移式拋丸機(jī)。該種拋丸機(jī)的拋丸器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,易損件多,其分丸輪和定向套是兩個(gè)“一類”易磨損而又不易進(jìn)行機(jī)械加工的白口合金鑄鐵件。它們分別安裝在旋轉(zhuǎn)的葉輪軸和不動(dòng)罩殼上,鑄造或裝配的形位偏差都會(huì)造成兩者的不同心,致使間隔不均,嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生擠丸與碎丸故障。
被擠碎的彈丸不僅會(huì)減弱其拋射強(qiáng)度,而且會(huì)加劇所有易損件的磨損。因此,機(jī)械進(jìn)丸滑移式拋丸機(jī)分丸輪和定向套的尺寸公差及裝配精度有嚴(yán)格要求。這不僅提高了設(shè)備制造維修的復(fù)雜性,也提高了制造維修的成本。
另外,這種拋丸機(jī)送進(jìn)工件方式采用一排斜輥一次3根通過清理室。由圖1所示的抽油桿結(jié)構(gòu)圖可見,其桿頭直徑大于桿體直徑,在斜輥裝置上輸送過程中將產(chǎn)生跳動(dòng),造成彈丸分布不均,在抽油桿表面覆蓋率降低,達(dá)不到預(yù)定的拋丸強(qiáng)度。

2強(qiáng)力拋丸機(jī)的特點(diǎn)

由東北輸油管理局鐵嶺機(jī)械廠研制的這種通過式抽油桿強(qiáng)化強(qiáng)力拋丸機(jī),拋丸器采用東北大學(xué)研究的自吸式風(fēng)力進(jìn)丸拋丸器。
它應(yīng)用氣一固兩相流原理,即高速旋轉(zhuǎn)的葉片通過自身所產(chǎn)生的負(fù)壓將彈丸吸入,然后再將其高速拋射出去。
該拋丸機(jī)省去了機(jī)械進(jìn)丸滑移式拋丸器的分丸輪與定向套等易損件,也省去了普通風(fēng)力拋丸機(jī)的鼓風(fēng)系統(tǒng)。這不僅使設(shè)備結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化,并使其制造、安裝、維修都很方便,而且消除了擠丸乃至碎丸現(xiàn)象發(fā)生。
該拋丸機(jī)采用兩對(duì)雙曲線輥將兩根工件一次強(qiáng)制送進(jìn)清理室。這樣保證了工件運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn);兩根比三根工件送進(jìn)時(shí)彈丸的表面覆蓋率高。
另外,由于彈丸拋射方向與工件呈直角布置,彈丸打擊力大,拋丸強(qiáng)度弧高值(A)可達(dá)0.34mm以上,強(qiáng)化效果好。

3強(qiáng)力拋丸機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理
該拋丸機(jī)主要由主機(jī)、上料與下料機(jī)構(gòu)、輸料機(jī)構(gòu)等部分組成(圖2)。主機(jī)由拋丸器、清理室、彈丸提升機(jī)、彈丸分配裝置組成;上料與下料機(jī)構(gòu)包括上料架、下料架和行程開關(guān);輸料機(jī)構(gòu)包括輸料架、兩排托輥和兩對(duì)雙曲線強(qiáng)制送件輥輪。
圖2強(qiáng)力拋丸機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
1.上料架2.3.箱料架4.下料架5.左雙曲線輥輪6.左驅(qū)動(dòng)裝置7.彈丸分配器8.彈丸提升機(jī)9.右驅(qū)動(dòng)裝置10.拋丸器11.清理室12.右雙曲線輥輪13.托輥K,、K:、K3.行程開關(guān)
位于清理室兩端的雙曲線送進(jìn)輥輪之下輥為主。動(dòng)輥,上輥為從動(dòng)輥,兩者軸線交叉,上輥輪可在上下方向移動(dòng),使抽油桿桿頭順利通過并壓緊抽油桿讓其平穩(wěn)經(jīng)過清理室;上輥輪的移動(dòng)是由行程開關(guān)控制、左與右驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。圖2所示行程開關(guān)K:動(dòng)作,可使右雙曲線輥輪閉合;K;動(dòng)作,可依次使左雙曲線輥輪閉合、右雙曲線輥輪張開;K:動(dòng)作,可依次使左雙曲線輥輪張開、下料架動(dòng)作,并卸下處理好抽油桿件。
拋丸機(jī)不工作時(shí),兩雙曲線輥輪都處于張開狀態(tài)。工作時(shí),驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)雙曲線輥輪的主動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng),使上料架前進(jìn)向輸送裝置送入待拋丸強(qiáng)化處理的抽油桿;上料架退回并觸動(dòng)行程開關(guān)K3,使右雙曲線輥輪閉合夾持抽油桿;抽油桿邊繞自身軸線旋轉(zhuǎn)邊向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)入清理室,高速旋轉(zhuǎn)的拋丸器葉輪
將鋼丸拋向抽油桿,是實(shí)現(xiàn)對(duì)其強(qiáng)化處理的目的。當(dāng)抽油桿一端從清理室出口端出來觸碰行程開關(guān)Kl時(shí),閉合的左雙曲線輥輪夾持抽油桿并將其從清理室中拉出;當(dāng)觸動(dòng)行程開關(guān)K:時(shí),左雙曲線輥輪張開,下料架動(dòng)作,將件取出。
4結(jié)束語(yǔ)
這種自吸式進(jìn)丸通過式強(qiáng)力拋丸機(jī)與目前各抽油桿生產(chǎn)廠所使用的機(jī)械進(jìn)丸滑移式拋丸機(jī)相比,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、性能可靠、制造安裝與維修方便、強(qiáng)化處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。適合抽油桿中小型生產(chǎn)與舊桿修復(fù)廠使用。

參考文獻(xiàn)
王仁智.疲勞失效分析.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,199.0
吳則中.采用噴丸強(qiáng)化工藝提高抽油桿的疲芝壽命.石油機(jī)械