驴头断裂原因分析

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1、驴头断裂原因分析张胜向瑜章蒲子宁新疆油田公司采油二厂摘要：以CYJY12-5-73HF型游梁式抽油机为研究对象，通过对驴头各部位的受力情况进行分析，发现导致驴头断裂的根本原因是：驴头局部的疲劳强度偏低和驴头本身结构不合理。在此基础上，提出并实施了驴头修复和结构改进措施。关键词：抽油机；驴头断裂；受力分析；修复措施2003年，采油二厂第四采油作业区在巡检和维修过程中，发现有不少抽油机驴头存在明显断裂现象，作业区抽油机总数的12.6%，主要集中在CYJY14-5.5-89HF和CYJY12-5-73HF型游梁式抽油机驴头（简称14型和12型），占两种抽油机的26.4%，已严重影响到抽油井的安全生产

2、。统计发现，驴头断裂现象主要有三种，一是驴头连接板的“C型”侧板拐角处出现裂纹，这是最普遍的一种，占总数的91.4%；二是横撑梁出现裂纹，占总数的6.9%；三是驴头R5.5弧面板及两侧角钢发生断裂，占总数的1.7%。为了弄清原因，选择以12型抽油机的驴头作为研究对象，进行断裂原因分析。1驴头的结构及基本参数如图1所示，DE为405×10的钢板；CF为255×10的钢板；AD、AF、AG为40号槽钢；C型加强板HI为12×400的钢板；驴头弧面两侧用L125×80×8的角铁，上面铺6mm钢板，驴头宽40cm。经现场测试12型抽油机驴头的几何尺寸如下表所示：代号长度代号长度LDE40cmLHI89

3、cmL1275cmLAF120cmLAC85cmLCF93cmLBK170cmLAH12cmLBJ116cmLBN58cm取12型抽油机的额定载荷为工作载荷，上冲程载荷P上=120KN；抽油机下冲程载荷P下=60KN；12型抽油机的驴头自重为P重=11.55KN，方向始终垂直于水平面。驴头弧面长5.5米，冲程为5.5米，旋转半径r为5.5米。驴头在上死点时，（图1）8M点受力，驴头在下死点时，E点受力；由于驴头固定在游梁上，故B点不受垂直方向的力。由cos=，得=60º；令角∠FAG为γ，由于sinγ=,得γ=45º；由sin=，得=18.44º；由驴头结构图可知：=90º-=71.56º=1

4、80º--=63.44º2.驴头受力分析由于裂纹都集中在驴头的中上部，再加上受力点主要为驴头顶部，所以，首先用理论力学知识对驴头上部各部件的受力情况进行分析计算，将驴头各组成杆件看成刚体。2.1驴头自重XY方向分量的计算由图1知，上下死点时，驴头偏离水平面的角度为：∠EOJ=90º-=30º，上下死点时，驴头自重在XY方向的分力分别用PX重、PY重、PX重’、PY重’表示。上死点受力分析：PX重=sin30º×P重=5.78KN（力沿X轴反方向）PY重=cos30º×P重=10KN（力沿Y轴反方向）下死点受力分析：PX重’=sin30º×P重=5.78KN（力沿X轴正方向）PY重’=cos30

5、º×P重=10KN（力沿Y轴反方向）2.2驴头上下支撑点的受力分析以驴头整体为研究对象，在上下死点时，支撑点A、B在X、Y方向的受力分别用RXA、RYA、RXB、RYA、RXA’、RYA’、RXB’、RYA’表示，可得力的平衡方程：上死点受力分析：RxB×LHI=P上×(L1+LHI)×cos+P上LDE×sin+PX重×LHI+YP重×LBNRxA×LHI=P上×L1×cos+P上×LDE×sin+PY重×LBNRyA=P上×sin+PY重计算结果为:RxB=304.4KN（力沿X轴正方向）RxA=238.62KN（力沿X轴反方向）RyA=113.92KN（力沿Y轴正方向）下死点受力分析：R

6、xB’×LHI=P下×(L1-LHI)×cos+P下×LDE×sin-XP重’×LHI+YP重’×LBNRxA’×LHI=P下×L1×cos+P下×LDE×sin+YP重’×LBNRyA’=P下×Sin+YP重’8计算结果为：RxB’=86.79KN（力沿X轴正方向）RxA’=122.57KN（力沿X轴反方向）RyA’=61.96KN（力沿Y轴正方向）2.3CD、EF及DE杆件受力分析用截面法进行求解，如驴头总图所示，紧贴CF杆件上侧作一截面Ⅰ-Ⅰ，分别用REF、RDC、RDE、REF’、RDC’、RDE’表示EF、DC、DE杆件在上下死点的受力情况，假设EF、DC受压力作用，DE受拉力作用。

7、LDC=L1-LHI-LAC=275-89-85=101cm。由此，可列截面的平衡方程为：上死点受力分析：REF×sin+RDE=P上×cosREF×cos+RDC=P上×sinRDE×LDC+REF×cos×LCF-P上×cos×LDC-P上×sin×LDE=0计算得：REF=73.86KN（压缩）RDE=36.64KN（拉伸）RDC=33.85KN（压缩）下死点受力分析：REF’×sin+RD