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[摘 要]由于前置型抽油机缺少悬点失载保护装置，一旦发生悬点失载，横梁连杆机构瞬间承受巨大载荷，从而导致横梁轴承座拉裂或连杆螺栓拉断，横梁连杆结构断脱，引发一系列的事故，并有可能造成人身伤害。为了避免类似事故的出现，有必要采取加大横梁轴承座、连杆、曲柄等部件的设计安全系数、加强安全监控和增加失载保护装置等各种有效措施，防止造成设备损害和人员伤亡事故。本文对前置型抽油机出现悬点失载的原因进行了分析，并提出了相应的应对措施。
[关键词]抽油机 悬点失载 原因分析 应对措施
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0338-01
1.抽油机悬点失载问题
1.1 失载情况分析
以双驴头抽油机为例，为了论述方便，我们将抽油机中横梁轴承座、横梁支座、横梁、连杆上销、连杆、曲柄销、曲柄、减速器这一系统简称为A系统；将抽油机中吊绳、悬绳器、光杆卡子、光杆、抽油机杆、抽油杆接箍这一系统简称为B系统。
双驴头抽油机在运转过程中一旦B系统中出现悬绳器断裂、光杆卡子滑脱、光杆断脱、抽油杆上部断脱或修后挂抽操作不当等现象，抽油机在平衡重力作用下，在A系统上瞬时产生很大的拉力，这个拉力造成的结果是将横梁轴承座拉裂或连接螺栓拉断，横梁连杆结构断脱后，砸毁井口。原因是：瞬间失载的拉力过大，而轴承座的材质为灰口铸铁，灰口铸铁的抗拉性相对其抗压性而言很差；另一方面，轴承座连接螺栓发生了松动，4条螺栓受力不均匀，有1或2条螺栓受力较大，螺栓承受弯曲载荷，在瞬间很大拉力作用下超过其承受强度，拉断螺栓。由于缺少保护装置，横梁连杆断脱后，砸到了井口。
1.2 失载情况描述
根据抽油机的运动规律，最危险的时刻发生在载荷一边的驴头悬点处于下死点的时候，因为此时配重一边的驴头悬点正处于上死点，其平衡重的位置此时正处于离地面最高处，这时如果载荷一边B系统突然失载，平衡重突然落下所具有的重力势能的数值非常大，具有很强的冲击性。而平衡重瞬时落到最低点以后，载荷一边的驴头的悬点处于上死点位置时，A系统中连杆、曲柄、横梁轴承座的中心线成一条直线，这时A系统所承受的拉力很大，这时横梁轴承座及连接螺栓很容易出现断裂现象。
2.应对措施
2.1 保证A系统的强度
A系统中横梁轴承座、横梁、连杆上销、连杆、曲柄销、曲柄等这几个主要零部件的设计、选材与制造质量对这一系统的安全起着重要的作用。
曲柄销和连杆上销的结构设计、选材及制造工艺的设计应受到重视；连杆的焊接质量对连杆的抗拉强度影响很大。因此，焊缝一定要采取无损检验的方法，检查连杆的焊接质量；曲柄的结构设计应考虑出现失载时重势能产生的附加冲击力，采取有效措施提高其抗拉伸的能力；横梁轴承座应控制铸造缺陷或有效地增加截面尺寸提高其安全性。
例如14型抽油机使用的横梁轴承座连接螺栓的规格是M27×330，强度等级为10.9，单个螺栓所能承受的最大载荷为381KN。为发生悬点失载时承受拉力的3.6倍，即在螺栓不发生松动的情况下，横梁轴承座连接螺栓在失载时不会被拉断。
但当螺纹发生松动后，螺栓受力发生改变；螺栓受弯曲载荷、受力条件变复杂，很容易断裂。从断裂螺栓中可以看出为受弯曲载荷断裂，这是由于螺母松动而形成的，他的受力关系已经不是螺纹紧固件的受力条件。
从以上分析可以看出，由于抽油机长期在野外环境下工作，连接螺栓存在老化，螺栓与螺帽配合产生松弛，松弛造成预紧力降低，进而导致摩擦力降低，在交变载荷（横向振动）下，连接副的运动被激发螺栓松动，使轴承座连接螺栓承受的载荷变成弯曲载荷，螺栓产生疲劳；另外，紧固连接螺栓，没有使用扭矩扳手，每条螺栓预紧力不同，松动后螺栓受力不均，1条或2条螺栓承受全部拉力，最终在悬点失载的瞬间巨大拉力下发生断裂。
如果保证每条螺栓不产生松动，即能保证螺栓不会断裂。普通螺母和有效力矩锁紧螺母在几次拧紧和拧松后，锁紧力不断减少，乃至完全丧失锁紧能力。
经广泛查阅资料，使用全螺纹自锁螺帽，其独特的结构能够给有效抗击横向振动，经过反复拧紧和拧松，仍然不减少其锁紧力，保持螺母原有的锁紧效果。全螺纹自锁螺帽与普通的标准螺母和有效力矩锁紧螺母相比较具有以下优点：
（1）可靠的抗震防松性能；（2）可显著地提高螺母及螺栓的使用寿命；（3）可重复使用；（4）不受温度剧烈变化的影响，应用环境范围广泛；（5）自由旋转型，一直到拧紧时才需施加力矩，方便装卸；（6）尺寸规格不受限制；（7）与标准外螺纹匹配；（8）无需任何辅助锁紧元件，如弹簧垫圈、止动垫片等；
将4组螺栓的8个螺母更换为全螺纹自锁螺帽，预紧力相同的情况下，完全能够保证螺栓不会由于松动而发生断裂。
2.2 发挥平衡重缓冲装置的作用
（1）对于双驴头抽油机应重视配重托架缓冲装置的设计
根据物体受冲击时应力和变形理论，在冲击过程中，如果增大静位移，就可以降低冲击载荷和冲击应力。这是因为静位移的增大表示构件较为柔软，因而能更多地吸收冲击物的能量。但是增加静变形应尽可能地避免增加静应力，否则降低了动载荷系数，却又增加了静应力，结果动应力未必就会降低。由此可以看出，提高静变形，又不改变构件的静应力，可起到降低冲击应力，起很好的缓冲作用。当出现失载现象时，平衡重作用在平衡重托架上的载荷可看作突然作用于弹性体上的载荷，因此，应重视配重托架缓冲装置的设计，抽油机现场应调整好配重托架与配重间的间距，以便在失载时能起到降低冲击载荷和冲击应力的作用。
（2）调径变距抽油机应保证支架上防撞缓冲装置完好
为保证支架上的防撞缓冲装置起到缓冲平衡重的作用，应适当对装置进行加厚，制止发生失载时平衡重从上死点到下死点有效距离，较少到下死点时对横梁轴承座瞬间拉力。
2.3 保证B系统的安全
B系统中吊绳、光杆卡子、光杆、抽油杆及抽油杆接箍是关键，这一系统运行质量的好坏，直接影响着抽油机是否会出现失载现象。
吊绳绳帽的结构设计、填充物的配方以及钢丝绳的打钩质量都很重要，必须予以重视。钢丝绳如出现断丝或断股应禁止使用。
经常检查抽油杆和光杆的运行情况，有裂纹、丝扣磨损等缺陷的光杆及抽油杆应禁止使用。
光杆卡子承担着光杆和井下抽油杆系统的重量，它的牙形磨损情况及其制造时的热处理工艺都很重要，必须高度重视。
此外，应特别注意加强抽油机日常巡检、保养工作，及时发现抽油机各个部件的安全隐患及时整改处理；针对容易发生失载的修井挂抽操作，应进一步加强监督监护工作，要求严格安装《双驴头抽油机卸载挂载安全操作规程》操作，严禁发生失载现象。
3.结论与认识
为了有效地避免前置型抽油机发生悬点失载后，造成严重的设备损坏，甚至人员伤亡，切实保证安全，建议主要采取以下安全措施：
（1）对使用5年以上的抽油机横梁轴承座连接螺栓进行更换；将前置型抽油机横梁轴承座连接螺栓的螺帽全部更换为全螺纹自锁螺帽。
（2）现场应对平衡重缓冲装置进行优化改进，保证其起到降低冲击载荷的作用。
（3）修井挂抽操作严格按照《抽油机卸载挂载安全操作规程》操作，严禁因挂抽操作不当造成失载现象。
（4）加强抽油机设备巡检、保养工作，及时发现设备隐患并整改。
（5）自动化加强抽油机安全监控，发现悬点载荷突然发生变化，及时停机。
参考文献
[1] 吴庆均；油田某队系统效率较低的原因分析及治理措施[J]；内江科技；2013年04期
[2] 姜彬；异型游梁式抽油机后驴头结构优化设计[D]；大庆石油学院；2009年
[关键词]抽油机 悬点失载 原因分析 应对措施
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0338-01
1.抽油机悬点失载问题
1.1 失载情况分析
以双驴头抽油机为例，为了论述方便，我们将抽油机中横梁轴承座、横梁支座、横梁、连杆上销、连杆、曲柄销、曲柄、减速器这一系统简称为A系统；将抽油机中吊绳、悬绳器、光杆卡子、光杆、抽油机杆、抽油杆接箍这一系统简称为B系统。
双驴头抽油机在运转过程中一旦B系统中出现悬绳器断裂、光杆卡子滑脱、光杆断脱、抽油杆上部断脱或修后挂抽操作不当等现象，抽油机在平衡重力作用下，在A系统上瞬时产生很大的拉力，这个拉力造成的结果是将横梁轴承座拉裂或连接螺栓拉断，横梁连杆结构断脱后，砸毁井口。原因是：瞬间失载的拉力过大，而轴承座的材质为灰口铸铁，灰口铸铁的抗拉性相对其抗压性而言很差；另一方面，轴承座连接螺栓发生了松动，4条螺栓受力不均匀，有1或2条螺栓受力较大，螺栓承受弯曲载荷，在瞬间很大拉力作用下超过其承受强度，拉断螺栓。由于缺少保护装置，横梁连杆断脱后，砸到了井口。
1.2 失载情况描述
根据抽油机的运动规律，最危险的时刻发生在载荷一边的驴头悬点处于下死点的时候，因为此时配重一边的驴头悬点正处于上死点，其平衡重的位置此时正处于离地面最高处，这时如果载荷一边B系统突然失载，平衡重突然落下所具有的重力势能的数值非常大，具有很强的冲击性。而平衡重瞬时落到最低点以后，载荷一边的驴头的悬点处于上死点位置时，A系统中连杆、曲柄、横梁轴承座的中心线成一条直线，这时A系统所承受的拉力很大，这时横梁轴承座及连接螺栓很容易出现断裂现象。
2.应对措施
2.1 保证A系统的强度
A系统中横梁轴承座、横梁、连杆上销、连杆、曲柄销、曲柄等这几个主要零部件的设计、选材与制造质量对这一系统的安全起着重要的作用。
曲柄销和连杆上销的结构设计、选材及制造工艺的设计应受到重视；连杆的焊接质量对连杆的抗拉强度影响很大。因此，焊缝一定要采取无损检验的方法，检查连杆的焊接质量；曲柄的结构设计应考虑出现失载时重势能产生的附加冲击力，采取有效措施提高其抗拉伸的能力；横梁轴承座应控制铸造缺陷或有效地增加截面尺寸提高其安全性。
例如14型抽油机使用的横梁轴承座连接螺栓的规格是M27×330，强度等级为10.9，单个螺栓所能承受的最大载荷为381KN。为发生悬点失载时承受拉力的3.6倍，即在螺栓不发生松动的情况下，横梁轴承座连接螺栓在失载时不会被拉断。
但当螺纹发生松动后，螺栓受力发生改变；螺栓受弯曲载荷、受力条件变复杂，很容易断裂。从断裂螺栓中可以看出为受弯曲载荷断裂，这是由于螺母松动而形成的，他的受力关系已经不是螺纹紧固件的受力条件。
从以上分析可以看出，由于抽油机长期在野外环境下工作，连接螺栓存在老化，螺栓与螺帽配合产生松弛，松弛造成预紧力降低，进而导致摩擦力降低，在交变载荷（横向振动）下，连接副的运动被激发螺栓松动，使轴承座连接螺栓承受的载荷变成弯曲载荷，螺栓产生疲劳；另外，紧固连接螺栓，没有使用扭矩扳手，每条螺栓预紧力不同，松动后螺栓受力不均，1条或2条螺栓承受全部拉力，最终在悬点失载的瞬间巨大拉力下发生断裂。
如果保证每条螺栓不产生松动，即能保证螺栓不会断裂。普通螺母和有效力矩锁紧螺母在几次拧紧和拧松后，锁紧力不断减少，乃至完全丧失锁紧能力。
经广泛查阅资料，使用全螺纹自锁螺帽，其独特的结构能够给有效抗击横向振动，经过反复拧紧和拧松，仍然不减少其锁紧力，保持螺母原有的锁紧效果。全螺纹自锁螺帽与普通的标准螺母和有效力矩锁紧螺母相比较具有以下优点：
（1）可靠的抗震防松性能；（2）可显著地提高螺母及螺栓的使用寿命；（3）可重复使用；（4）不受温度剧烈变化的影响，应用环境范围广泛；（5）自由旋转型，一直到拧紧时才需施加力矩，方便装卸；（6）尺寸规格不受限制；（7）与标准外螺纹匹配；（8）无需任何辅助锁紧元件，如弹簧垫圈、止动垫片等；
将4组螺栓的8个螺母更换为全螺纹自锁螺帽，预紧力相同的情况下，完全能够保证螺栓不会由于松动而发生断裂。
2.2 发挥平衡重缓冲装置的作用
（1）对于双驴头抽油机应重视配重托架缓冲装置的设计
根据物体受冲击时应力和变形理论，在冲击过程中，如果增大静位移，就可以降低冲击载荷和冲击应力。这是因为静位移的增大表示构件较为柔软，因而能更多地吸收冲击物的能量。但是增加静变形应尽可能地避免增加静应力，否则降低了动载荷系数，却又增加了静应力，结果动应力未必就会降低。由此可以看出，提高静变形，又不改变构件的静应力，可起到降低冲击应力，起很好的缓冲作用。当出现失载现象时，平衡重作用在平衡重托架上的载荷可看作突然作用于弹性体上的载荷，因此，应重视配重托架缓冲装置的设计，抽油机现场应调整好配重托架与配重间的间距，以便在失载时能起到降低冲击载荷和冲击应力的作用。
（2）调径变距抽油机应保证支架上防撞缓冲装置完好
为保证支架上的防撞缓冲装置起到缓冲平衡重的作用，应适当对装置进行加厚，制止发生失载时平衡重从上死点到下死点有效距离，较少到下死点时对横梁轴承座瞬间拉力。
2.3 保证B系统的安全
B系统中吊绳、光杆卡子、光杆、抽油杆及抽油杆接箍是关键，这一系统运行质量的好坏，直接影响着抽油机是否会出现失载现象。
吊绳绳帽的结构设计、填充物的配方以及钢丝绳的打钩质量都很重要，必须予以重视。钢丝绳如出现断丝或断股应禁止使用。
经常检查抽油杆和光杆的运行情况，有裂纹、丝扣磨损等缺陷的光杆及抽油杆应禁止使用。
光杆卡子承担着光杆和井下抽油杆系统的重量，它的牙形磨损情况及其制造时的热处理工艺都很重要，必须高度重视。
此外，应特别注意加强抽油机日常巡检、保养工作，及时发现抽油机各个部件的安全隐患及时整改处理；针对容易发生失载的修井挂抽操作，应进一步加强监督监护工作，要求严格安装《双驴头抽油机卸载挂载安全操作规程》操作，严禁发生失载现象。
3.结论与认识
为了有效地避免前置型抽油机发生悬点失载后，造成严重的设备损坏，甚至人员伤亡，切实保证安全，建议主要采取以下安全措施：
（1）对使用5年以上的抽油机横梁轴承座连接螺栓进行更换；将前置型抽油机横梁轴承座连接螺栓的螺帽全部更换为全螺纹自锁螺帽。
（2）现场应对平衡重缓冲装置进行优化改进，保证其起到降低冲击载荷的作用。
（3）修井挂抽操作严格按照《抽油机卸载挂载安全操作规程》操作，严禁因挂抽操作不当造成失载现象。
（4）加强抽油机设备巡检、保养工作，及时发现设备隐患并整改。
（5）自动化加强抽油机安全监控，发现悬点载荷突然发生变化，及时停机。
参考文献
[1] 吴庆均；油田某队系统效率较低的原因分析及治理措施[J]；内江科技；2013年04期
[2] 姜彬；异型游梁式抽油机后驴头结构优化设计[D]；大庆石油学院；2009年