抽油杆表面强化强力抛丸机

摘要：抽油杆抛丸强化处理，可有效地提高其疲劳强度，通过式强力抛丸机则是专门为这一构件表面强化处理而研制的中小型抛丸设备。它与一般抛丸机相比，具有结构简单、强化效果好的优点，是抽油杆生产与修复厂理想的专用设备。
关键词：抽油杆;表面强化;抛丸机;

抛丸强化是金属构件表面形变强化的有效工艺手段之一,它通过将无数高速运动的弹丸流射到金属构件表面,而使其表面发生塑性变形。抛丸强化是提高机械零件表面高周期疲劳强度、腐蚀疲劳强度、接触疲劳强度、微振疲劳强度及腐蚀断裂抗力的行之有效的一种表面强化工艺。
一般情况下,钢的疲劳强度随其抗拉强度的提高而上升;但当其达到一定强度水平后,疲劳强度反而下降。
抛丸强化处理则可避免高强度钢出现疲劳下降的倾向,因此凡在服役中受交变载荷或在腐蚀环境中承受载荷的机械零件,均可通过抛丸强化延长其使用寿命。
1、抽油杆的抛丸强化及所用设备
抽油杆(图1)是采油设备主要机械构件之一。其主要失效形式是高周期疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂及微振疲劳断裂,因之提高抽油杆抗疲劳性能是防止其失效的关键措施。经过多次试验证明,抛丸强化是提高其疲劳寿命的有效途径。
图1抽油杆零件结构图 这一处理工艺可使抽油杆表面及表层产生残余压应力场,形成塑性变形,以达到应力强化、组织强化和构件表面粗糙度值增加的综合效果。由于抛丸强化工艺具有成本低、能耗少、操作简便、生产效率高、强化效果好等一系列优点,而被抽油杆的生产与修复厂家所广泛采用。

目前,抽油杆抛丸强化处理,普遍采用机械进丸滑移式抛丸机。该种抛丸机的抛丸器结构比较复杂,易损件多,其分丸轮和定向套是两个“一类”易磨损而又不易进行机械加工的白口合金铸铁件。它们分别安装在旋转的叶轮轴和不动罩壳上,铸造或装配的形位偏差都会造成两者的不同心,致使间隔不均,严重时会产生挤丸与碎丸故障。
被挤碎的弹丸不仅会减弱其抛射强度,而且会加剧所有易损件的磨损。因此,机械进丸滑移式抛丸机分丸轮和定向套的尺寸公差及装配精度有严格要求。这不仅提高了设备制造维修的复杂性,也提高了制造维修的成本。
另外,这种抛丸机送进工件方式采用一排斜辊一次3根通过清理室。由图1所示的抽油杆结构图可见,其杆头直径大于杆体直径,在斜辊装置上输送过程中将产生跳动,造成弹丸分布不均,在抽油杆表面覆盖率降低,达不到预定的抛丸强度。

2强力抛丸机的特点

由东北输油管理局铁岭机械厂研制的这种通过式抽油杆强化强力抛丸机,抛丸器采用东北大学研究的自吸式风力进丸抛丸器。
它应用气一固两相流原理,即高速旋转的叶片通过自身所产生的负压将弹丸吸入,然后再将其高速抛射出去。
该抛丸机省去了机械进丸滑移式抛丸器的分丸轮与定向套等易损件,也省去了普通风力抛丸机的鼓风系统。这不仅使设备结构大为简化,并使其制造、安装、维修都很方便,而且消除了挤丸乃至碎丸现象发生。
该抛丸机采用两对双曲线辊将两根工件一次强制送进清理室。这样保证了工件运动比较平稳;两根比三根工件送进时弹丸的表面覆盖率高。
另外,由于弹丸抛射方向与工件呈直角布置,弹丸打击力大,抛丸强度弧高值(A)可达0.34mm以上,强化效果好。

3强力抛丸机结构及工作原理
该抛丸机主要由主机、上料与下料机构、输料机构等部分组成(图2)。主机由抛丸器、清理室、弹丸提升机、弹丸分配装置组成;上料与下料机构包括上料架、下料架和行程开关;输料机构包括输料架、两排托辊和两对双曲线强制送件辊轮。
图2强力抛丸机结构示意图
1.上料架2.3.箱料架4.下料架5.左双曲线辊轮6.左驱动装置7.弹丸分配器8.弹丸提升机9.右驱动装置10.抛丸器11.清理室12.右双曲线辊轮13.托辊K,、K:、K3.行程开关
位于清理室两端的双曲线送进辊轮之下辊为主。动辊,上辊为从动辊,两者轴线交叉,上辊轮可在上下方向移动,使抽油杆杆头顺利通过并压紧抽油杆让其平稳经过清理室;上辊轮的移动是由行程开关控制、左与右驱动装置驱动实现的。图2所示行程开关K:动作,可使右双曲线辊轮闭合;K;动作,可依次使左双曲线辊轮闭合、右双曲线辊轮张开;K:动作,可依次使左双曲线辊轮张开、下料架动作,并卸下处理好抽油杆件。
抛丸机不工作时,两双曲线辊轮都处于张开状态。工作时,驱动装置带动双曲线辊轮的主动辊转动,使上料架前进向输送装置送入待抛丸强化处理的抽油杆;上料架退回并触动行程开关K3,使右双曲线辊轮闭合夹持抽油杆;抽油杆边绕自身轴线旋转边向前运动进入清理室,高速旋转的抛丸器叶轮
将钢丸抛向抽油杆,是实现对其强化处理的目的。当抽油杆一端从清理室出口端出来触碰行程开关Kl时,闭合的左双曲线辊轮夹持抽油杆并将其从清理室中拉出;当触动行程开关K:时,左双曲线辊轮张开,下料架动作,将件取出。
4结束语
这种自吸式进丸通过式强力抛丸机与目前各抽油杆生产厂所使用的机械进丸滑移式抛丸机相比,具有结构简单、占地面积小、性能可靠、制造安装与维修方便、强化处理效果好等优点。适合抽油杆中小型生产与旧杆修复厂使用。

参考文献
王仁智.疲劳失效分析.北京:机械工业出版社,199.0
吴则中.采用喷丸强化工艺提高抽油杆的疲芝寿命.石油机械