摘要：近年来，陆梁油田石南21井区抽油机刹车失效现象呈上升趋势。由于抽油机长期野外生产，内张式刹车凸轮轴轴面与轴孔充满锈蚀，导致凸轮轴销的键槽框大、键变形等问题，造成刹车失效。针对抽油机内张式刹车凸轮轴在油田现场出现的故障，分析故障原因，介绍现场解决方案及取得的效果，并提出进一步改进的措施。
关键词：内张式刹车；凸轮轴销；失效原因；解决方案
抽油机刹车装置是非常重要的操作控制装置，内张式刹车因其良好的性能应用于大型抽油机上。抽油机长期在野外环境运转，刹车装置是否灵活好用、牢固可靠，决定着抽油井作业维护、检修保养及日常操作的安全。陆梁油田石南21井区自2003年开发，安装投用428台CYJQ12-5-53HY型抽油机，该机型全部配备内张式刹车。随着开发年限的推进，内张式刹车凸轮轴销失效故障逐年出现，并呈上升趋势，影响了现场安全操作。
1 抽油机内张式刹车结构及原理
内张式刹车装置是由刹把、水平拉杆、连杆、垂直拉杆、摇臂、刹车蹄片、凸轮轴、刹车轮、弹簧等部件组成。该装置具有结构紧凑、散热性好、制动灵活、使用寿命长等特点，广泛应用于8—14型游梁式抽油机。
拉动刹把，通过水平拉杆、连杆、垂直拉杆、摇臂带动凸轮轴转动，凸轮由垂直位置向水平位置900旋转将两个内置的刹车蹄片径向向外挤压与刹车轮产生制动力矩，从而使抽油机停止运转。凸轮轴带动凸轮的转动使得刹车蹄片由内向外的张开是制动过程的关键。
2 失效的原因分析
由抽油机内张式刹车的工作原理可知：凸轮轴带动凸轮的转动使得刹车蹄片由内向外张开是制动过程的关键。自2013年至2015年，陆梁油田作业区石南21井区SN6002、SN6092、SN6372、SN6574、SN6244等抽油机先后出现刹车行程正常，但刹车失效的情况。刹车失效的原因是凸轮轴不能带动凸轮的转动，凸轮不能由垂直位置向水平位置900旋转或旋转不到位，导致刹车蹄片不能由内向外张开。维修人员在拆卸刹车装置的过程中，由于凸轮轴面充满锈蚀，拆卸空间非常狭小，仅凸轮轴拆卸过程耗费2个小时以上。拆下的凸轮轴销的键槽已经框大，键已变形，即刹车过程中凸轮轴不动作或动作不到位是造成刹车失效的根本原因。
近几年反复出现的类似刹车故障，引起了设备维护人员的注意。由于抽油机长期在野外环境运转，刹车凸轮轴未设置滑润点，雨水容易积留至轴面及轴孔，逐渐形成锈蚀。操作刹车时，作用力集中于凸轮轴销的键与键槽，凸轮轴的动作滞后于刹车动作，个别现场操作员工在刹车过程中用力过大，凸轮轴销的键与键槽逐渐磨损，间隙变大，导致刹车失效故障[2]。
3 解决方案
3.1现场解决方法
由于同一型号的抽油机，因减速器厂家及出厂时间的不同，刹车装置的凸轮轴尺寸差异较大,各大减速器生产厂家未按统一的标准生产加工刹车凸轮轴，使得生产现场处理该类故障较为困难。在没有备用材料的情况下，联系机械加工车间在凸轮轴销上另开一组键槽，是解决问题的最快办法。（如图1）
图1 损坏的凸轮轴重新开键槽
为了提高开井时率，减少因刹车故障造成的停机停产，技术人员依据设备台帐中减速器厂家及出厂时间的不同进行归类，定制加工相应数量的凸轮轴及键，作为备用材料，发现一台，现场直接更换修复一台。
3.2改进措施
3.2.1增设润滑点
凸轮轴作为内张式刹车的关键动作部件，应设计必要的润滑点，作为游梁式抽油机保养刹车时必须润滑保养的部位进行保养，防止长期野外作业产生锈蚀而影响刹车的正常使用，减少刹车装置故障。为了保证润滑效果，在凸轮轴孔座便于操作的位置钻2—3mm小孔，手动攻丝，装配黄油嘴，定期加注润滑脂。凸轮轴也应做出相应的技术改进，轴的中间部分缩径0.5—1mm，长度为轴长的1/3—1/2，狭小的空间内可以储存适量的滑润脂，防止锈蚀的产生。2015年，石南采油站对2台抽油机刹车装置进行了改进实验，检查润滑效果，经过近一年的实验追踪取得良好的效果。
3.2.2改变连接传动方式
凸轮轴带动凸轮的转动使得刹车蹄片由内向外张开是制动过程的关键。操作刹车时，作用力集中于凸轮轴销的键与键槽。为了防止键与键槽的作用力过度集中，磨损加剧，可将键连接传动改变为多面体传动，即将键销轴头圆柱体带键槽结构加工为六棱柱，刹车摇臂键槽孔加工为六方孔，将键与键槽的两面间隙配合方式改换为六棱柱与六方孔的六面体间隙配合方式，方便现场维护，提高传动的可靠性。
3.2.3统一规格，彻底改进
内张式刹车凸轮轴的设计在连接方式、润滑点、规格尺寸、安装拆卸等方面存在严重的技术缺陷，凸轮轴尺寸差异较大,无法采购统一规格的标准件，严重影响了现场维护和日常操作。
1.摇臂 2.衬套 3.垫套 4.轴头多面体连接端 5.储油槽
6.轴尾多面体嵌入端 7.顶丝螺孔 8.顶丝 9.螺杆
图2 分体式刹车凸轮轴
通过技术论证设计研发分体式刹车凸轮轴：（1）通过增加内径Φ35、外径Φ38mm衬套统一轴径，增设凸轮轴5、10mm两个不同厚度的垫套统一轴的长度，将多种凸轮轴规格规范为一种，方便统一加工备料。（2）多面体连接六面传动，比键连接两面传动提高传动强度3倍，需要与摇臂连接端共同改进。（3）在轴面上增设5×1mm储油槽，具备润滑防锈功能，延长凸轮轴使用寿命；（4）在凸轮两端增设2个拆卸顶丝孔，改变拆卸方式，克服拆卸空间狭小、拆卸费时费力的现状；（6）在凸轮及轴体增设螺栓孔，分体安装，改变原有的安装方式，有效缩短安装时间。
重新设计加工的新式刹车凸轮轴（如图2）攻克了原有的技术缺陷，拆卸、安装方便，规格尺寸统一，便于批量加工。
4 应用效果
2016年，联系加工10套轴面增设5×1mm储油槽的凸轮轴到位后，配备抽油机维护班组，发现抽油机刹车凸轮轴故障即可在第一时间进行处理。将拆下的凸轮轴回收，重新加工键槽及键，作为备用材料循环使用，将停机待料时间由5天降至0.5天。分体式刹车凸轮轴攻克了原有的技术缺陷，形成标准件，方便统一加工备料。拆卸、安装方便，凸轮轴拆卸、安装时间分别由均缩短0.5小时以上，降低了员工劳动强度，提高了开井时率。
大幅降低了抽油机刹车故障率，为抽油设备安全有效运行提供了物质保障和技术支持，为企业消除隐患、提质增效做出积极贡献，尤其是在设备废旧配件维修循环利用方面做了有益的尝试。
5总结
凸轮轴安装于内张式刹车装置内部，凸轮轴上的键槽或键失效比较隐蔽，这种隐蔽故障更容易引发抽油机操作过程中发生安全事故。针对抽油机内张式刹车凸轮轴失效原因进行分析，提出了现场解决的方法和技术改进方案，从根本上消除了刹车凸轮轴失效故障，可在油田逐步推广应用。建议抽油机减速器生产厂家应就刹车凸轮轴结构、尺寸统一标准，并对凸轮轴的结构进行优化，设置润滑点，便于油田生产现场维护。
参考文献
[1]陶月红. 抽油机减速器刹车安全装置的设计与应用. 石油矿场机械，2005（34）.
[2]李伟，李绍奇，董宏宇. 抽油机刹车装置故障分析及解决方案. 石油矿场机械，2009（3）.
论文作者:张军,刘静,杨鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/18
标签：凸轮轴论文; 刹车论文; 键槽论文; 抽油机论文; 凸轮论文; 装置论文; 故障论文; 《基层建设》2019年第3期论文;