摘要：抽油桿拋丸強化處理，可有效地提高其疲勞強度，通過(guò)式強力拋丸機則是專(zhuān)門(mén)為這一構件表面強化處理而研制的中小型拋丸設備。它與一般拋丸機相比，具有結構簡(jiǎn)單、強化效果好的優(yōu)點(diǎn)，是抽油桿生產(chǎn)與修復廠(chǎng)理想的專(zhuān)用設備。
關(guān)鍵詞：抽油桿;表面強化;拋丸機;

拋丸強化是金屬構件表面形變強化的有效工藝手段之一,它通過(guò)將無(wú)數高速運動(dòng)的彈丸流射到金屬構件表面,而使其表面發(fā)生塑性變形。拋丸強化是提高機械零件表面高周期疲勞強度、腐蝕疲勞強度、接觸疲勞強度、微振疲勞強度及腐蝕斷裂抗力的行之有效的一種表面強化工藝。
一般情況下,鋼的疲勞強度隨其抗拉強度的提高而上升;但當其達到一定強度水平后,疲勞強度反而下降。
拋丸強化處理則可避免高強度鋼出現疲勞下降的傾向,因此凡在服役中受交變載荷或在腐蝕環(huán)境中承受載荷的機械零件,均可通過(guò)拋丸強化延長(cháng)其使用壽命。
1、抽油桿的拋丸強化及所用設備
抽油桿(圖1)是采油設備主要機械構件之一。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(guò)多次試驗證明,拋丸強化是提高其疲勞壽命的有效途徑。
圖1抽油桿零件結構圖 這一處理工藝可使抽油桿表面及表層產(chǎn)生殘余壓應力場(chǎng),形成塑性變形,以達到應力強化、組織強化和構件表面粗糙度值增加的綜合效果。由于拋丸強化工藝具有成本低、能耗少、操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高、強化效果好等一系列優(yōu)點(diǎn),而被抽油桿的生產(chǎn)與修復廠(chǎng)家所廣泛采用。

目前,抽油桿拋丸強化處理,普遍采用機械進(jìn)丸滑移式拋丸機。該種拋丸機的拋丸器結構比較復雜,易損件多,其分丸輪和定向套是兩個(gè)“一類(lèi)”易磨損而又不易進(jìn)行機械加工的白口合金鑄鐵件。它們分別安裝在旋轉的葉輪軸和不動(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 )減弱其拋射強度,而且會(huì )加劇所有易損件的磨損。因此,機械進(jìn)丸滑移式拋丸機分丸輪和定向套的尺寸公差及裝配精度有嚴格要求。這不僅提高了設備制造維修的復雜性,也提高了制造維修的成本。
另外,這種拋丸機送進(jìn)工件方式采用一排斜輥一次3根通過(guò)清理室。由圖1所示的抽油桿結構圖可見(jiàn),其桿頭直徑大于桿體直徑,在斜輥裝置上輸送過(guò)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,達不到預定的拋丸強度。

2強力拋丸機的特點(diǎn)

由東北輸油管理局鐵嶺機械廠(chǎng)研制的這種通過(guò)式抽油桿強化強力拋丸機,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。
它應用氣一固兩相流原理,即高速旋轉的葉片通過(guò)自身所產(chǎn)生的負壓將彈丸吸入,然后再將其高速拋射出去。
該拋丸機省去了機械進(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)力拋丸機的鼓風(fēng)系統。這不僅使設備結構大為簡(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象發(fā)生。
該拋丸機采用兩對雙曲線(xiàn)輥將兩根工件一次強制送進(jìn)清理室。這樣保證了工件運動(dòng)比較平穩;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,拋丸強度弧高值(A)可達0.34mm以上,強化效果好。

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

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