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抽油桿表面強化強力拋丸機

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摘要:抽油桿拋丸強化處理,可有效地提高其疲勞強度,通過式強力拋丸機則是專門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,具有結構簡單、強化效果好的優點,是抽油桿生產與修復廠理想的專用設備。
關鍵詞: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,它通過將無數高速運動的彈丸流射到金屬構件表面,而使其表面發生塑性變形。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境中承受載荷的機械零件,均可通過拋丸強化延長其使用壽命。
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鍵措施。經過多次試驗證明,拋丸強化是提高其疲勞壽命的有效途徑。 抽油桿零件結構圖
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生殘余壓應力場,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、操作簡便、生產效率高、強化效果好等一系列優點,而被抽油桿的生產與修復廠家所廣泛采用。

目前,抽油桿拋丸強化處理,普遍采用機械進丸滑移式拋丸機。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“一類”易磨損而又不易進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罩殼上,鑄造或裝配的形位偏差都會造成兩者的不同心,致使間隔不均,嚴重時會產生擠丸與碎丸故障。
被擠碎的彈丸不僅會減弱其拋射強度,而且會加劇所有易損件的磨損。因此,機械進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所示的抽油桿結構圖可見,其桿頭直徑大于桿體直徑,在斜輥裝置上輸送過程中將產生跳動,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

由東北輸油管理局鐵嶺機械廠研制的這種通過式抽油桿強化強力拋丸機,拋丸器采用東北大學研究的自吸式風力進丸拋丸器。
它應用氣一固兩相流原理,即高速旋轉的葉片通過自身所產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,也省去了普通風力拋丸機的鼓風系統。這不僅使設備結構大為簡化,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生。
該拋丸機采用兩對雙曲線輥將兩根工件一次強制送進清理室。這樣保證了工件運動比較平穩;兩根比三根工件送進時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、下料架和行程開關;輸料機構包括輸料架、兩排托輥和兩對雙曲線強制送件輥輪。 強力拋丸機結構示意圖
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.左雙曲線輥輪6.左驅動裝置7.彈丸分配器8.彈丸提升機9.右驅動裝置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
位于清理室兩端的雙曲線送進輥輪之下輥為主。動輥,上輥為從動輥,兩者軸線交叉,上輥輪可在上下方向移動,使抽油桿桿頭順利通過并壓緊抽油桿讓其平穩經過清理室;上輥輪的移動是由行程開關控制、左與右驅動裝置驅動實現的。圖2所示行程開關K:動作,可使右雙曲線輥輪閉合;K;動作,可依次使左雙曲線輥輪閉合、右雙曲線輥輪張開;K:動作,可依次使左雙曲線輥輪張開、下料架動作,并卸下處理好抽油桿件。
拋丸機不工作時,兩雙曲線輥輪都處于張開狀態。工作時,驅動裝置帶動雙曲線輥輪的主動輥轉動,使上料架前進向輸送裝置送入待拋丸強化處理的抽油桿;上料架退回并觸動行程開關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邊向前運動進入清理室,高速旋轉的拋丸器葉輪
將鋼丸拋向抽油桿,是實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觸碰行程開關Kl時,閉合的左雙曲線輥輪夾持抽油桿并將其從清理室中拉出;當觸動行程開關K:時,左雙曲線輥輪張開,下料架動作,將件取出。
4結束語
這種自吸式進丸通過式強力拋丸機與目前各抽油桿生產廠所使用的機械進丸滑移式拋丸機相比,具有結構簡單、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點。適合抽油桿中小型生產與舊桿修復廠使用。

參考文獻
王仁智.疲勞失效分析.北京:機械工業出版社,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

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