F1600泥浆泵下导板与十字头间隙超差问题的分析

    冯晓飞

    

    

    

    【摘? 要】论文对F1600泥浆泵生产过程中因导板锯开变形、导板装配变形和十字头装配变形而引起下导板与十字头配合间隙超差的问题进行了分析，通过对机架的结构、加工尺寸的调整，导板和十字头装配变形的控制，有效解决间隙超差的问题，从而提高泥浆泵的生产效率。

    【Abstract】This paper analyzes the problem of the out-of-tolerance fitting clearance between the lower guide plate and crosshead caused by saw deformation of guide plate， assembly deformation of guide plate and assembly deformation of crosshead during the production of F1600 slurry pump. Through the adjustment of the structure and processing size of the frame， the control of the assembly deformation of guide plate and crosshead， the problem of out-of-tolerance clearance can be effectively solved， so as to improve the production efficiency of slurry pump.

    【关键词】泥浆泵;机架;十字头变形;导板变形

    【Keywords】slurry pump; frame; deformation of crosshead; deformation of guide plate

    【中图分类号】TE92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2021）06-0192-02

    1 引言

    F1600泥浆泵具有优越、稳定的工作性能，因此，在国内外钻井领域得到了广泛的应用。泥浆泵主体由动力端和液力端组成。动力端主要包括机架、曲轴、连杆、齿轮轴、齿圈、十字头、导板等。泥浆泵运转时由曲轴旋转带动十字头在下导板上往复运动，如果下导板与十字头的间隙超差会影响它们之间的润滑油膜，很容易造成下导板和十字头拉伤，严重时导致烧伤，引起安全事故。由此可见，泥浆泵装配时调整好下导板与十字头间隙非常关键。但是在F1600泥浆泵生产过程中，下导板和十字头间隙的超差问题经常在装配和试验后发生，需要重新调整，既延长了产品的生产周期，又浪费财力人力，严重影响了泥浆泵的整体质量和生产效率。

    为解决下导板与十字头配合间隙超差的问题，需要对泥浆泵制造过程进行调查和分析。经研究发现，导板锯开后存在变形、导板和十字头分别装配后把紧力矩存在变形是引起间隙超差的主要原因。

    2 原因分析

    2.1 下导板加工变形

    下导板是由导筒整体加工后锯开而成，如图1所示，由于导筒是长筒薄壁零件，即使前期采取各种措施减小或消除了加工过程中产生的变形，但是其结构特点导致锯开后仍会产生不同程度的变形，而且这种变形是无法预估和控制的。本文对同批次的69件下导板在自由状态下检测了与十字头之间的间隙，发现其中29件下导板间隙在0.1～0.3mm，超过了装配要求的0.1*100*100mm。装配后如果下导板变形增加，间隙还会进一步增大，因此，增加了装配调整的难度和时间，严重时导板间隙无法调整至合格，只能更换导板。

    2.2 下导板装配变形

    下导板装配在机架内，效果如图2所示。总结发现，下导板与十字头的间隙经常出现在动力端侧，靠近液力端侧几乎不会出现间隙。经分析，原因为靠近液力端的导板筋对下导板起到支撑和定位作用，与下导板定位止口间隙很小，把紧螺栓后基本不会造成下导板在该区域内变形，而靠近动力端的导板筋由于不需要进行定位，与下导板台阶间距较大，装配把紧螺栓后容易引起下导板局部变形，当十字头处于该位置时，与下导板间隙也会随之增大。同时，在调整十字头与机架同轴度时，需要在支撑筋和下导板之间加调整垫片，调整垫片对下导板间隙也存在一定的影响。部分调整垫片厚度过厚，造成调整合格的泥浆泵，在试验后下导板和十字头间隙又会发生变化的，因此，相關的装配指标很难控制。

    2.3 十字头装配变形

    十字头和十字头销为锥面接触，如图3所示，装配后通过调整垫来控制十字头销与十字头的配合深度。十字头与十字头销配研锥度时，在一定力矩下压紧销压板，将十字头销和十字头贴紧，再拆除销压板后，测量十字头销端面距十字头端面的距离，以此确定调整垫的厚度，如果在压紧销压板过程中受力不均匀或者压紧力矩过大，会使十字头外圆产生不同程度的变形，十字头与下导板装配后为部分接触，因而增大了与下导板之间的间隙。

    3 解决方案和效果

    第一，从前文分析得知下导板锯开后的变形，主要是锯开过程中应力释放造成的，为消除锯开后的变形，本文对每件下导板进行变形检测，将变形超过0.1mm的下导板挑选出对内孔重新加工。我们制作了导板内孔镗孔工装，类似机架支撑筋结构，模拟导板装配时的状态，同时，按照装配力矩把紧螺栓，对下导板内孔进行整体镗孔。加工后的下导板，消除了锯开变形，重新检测发现间隙均已消除。

    第二，下导板装配后的变形主要是由于靠近机架动力端两道导板支撑筋之间的距离过大，螺栓把紧后，使下导板产生扭曲变形造成的。因此，我们将机架靠近动力端的两条导板筋之间的尺寸由77mm缩小为64mm，如图4所示。此方法增强了下导板在该处的支撑强度，减小下导板装配变形。

    此方案实施后，连续进行了多台泥浆泵的装配调整，调整过程非常顺利，调整十字头与机架前墙板同轴度相比以前较容易，而且同轴度在原始状态下明显减小，均在1mm以内，通过调整同轴度均能达到要求的0.25mm范围内。

    此外，在调整垫片的厚度问题上，以前导板与导板筋之间的垫片厚度在0.0～0.40mm，导板筋焊接尺寸调整后，调整时基本没有出现调整垫片太厚的情况，有时不需要调整垫片，导板在自然状态下十字头与机架的同轴度就能达到要求。目前，所有泥浆泵调整后下导板调整垫片厚度均在0.25mm以内，大部分垫片厚度均在0.15mm以内，减少了因为调整垫片过厚导致的下导板装配变形。

    第三，针对十字头和十字头销装配后发生变形的问题，在配研锥度时，我们对销压板螺栓上紧力矩重新进行分段检测。按照扭矩要求，分别检測从0到设计要求的230N·m时十字头外圆尺寸的变化，中间每间隔40N·m测量一次，检测结果显示了扭矩对十字头外圆尺寸变形的影响。通过分析，在配研锥度达到要求的情况下，当螺栓上紧扭矩在80N·m及以下时，十字头外圆尺寸基本没有变化，超过80N·m时，十字头外圆尺寸发生变化，扭矩越大，尺寸变化越大。在此情况下，螺栓上紧扭矩在80N·m时确定的十字头销与十字头端面的高度差作为调整垫片的厚度尺寸，对十字头变形影响很小，由此解决了十字头和十字头销装配后变形导致间隙超差的问题。

    4 结论

    综上所述，通过对F1600泥浆泵机架结构、导板加工、十字头装配工艺的改进，我们解决了下导板与十字头间隙超差的问题，提升了F1600泥浆泵的整体质量和生产效率。本文以河北华北石油荣盛机械制造有限公司生产的F1600泥浆泵中的问题为例进行分析探讨，仅供参考。

    【参考文献】

    【1】韩素红.导板的加工[J].科技创新与应用，2012（12）：99.

    【2】杨治国.基于泥浆泵难点部件加工方法分析[J].冶金管理，2020（5）：76-77.

    【3】冯霖.基钻井泵的制造工艺及其改进措施分析[J].化工管理，2014（5）：192.