抽油机游梁自动翻转焊接装置安全性的研究

姜学田 王春宇（大庆油田有限责任公司装备制造集团）

1 引言

游梁作为游梁式抽油机四大结构件之一，其生产周期及生产成本直接影响着抽油机产品生产周期及成本[1-4]。在追求效益最大化的当今经济市场中，在增强产品市场竞争力的同时，应把“提质增效、安全第一”贯穿应用到生产的各个环节。原抽油机游梁组对后，对其施焊，根据焊缝分布，需要多次翻转才能完成不同位置焊缝的焊接作业。借助天车（桥吊）进行游梁翻转，不仅生产受制于天车，影响游梁的生产效率，而且游梁翻转过程存在一定安全风险。针对原游梁翻转过程中存在的耗能大、生产效率低、安全性差等问题设计了游梁自动翻转专机[5]，可实现游梁自动翻转。使用工装后施焊翻转时无需借助天车，降低能耗，提高生产效率，提高安全性，可在抽油机翻转焊接领域内广泛推广应用。

2 游梁翻转焊接现状

大型箱型梁上的组件在进行焊接时，由于焊缝分布在游梁的不同位置，因此需要对游梁体进行多次翻转才能完成不同位置焊缝的焊接[6-7]，既容易造成安全隐患，同时由于生产受制于天车，又影响产品的生产效率，使能耗增加。而使游梁的翻转次数减少或者令游梁固定不进行翻转，则有些焊缝需要采用仰焊或者立焊等焊接方法才能完成焊接作业，对操作者的焊接技术要求较高，且影响焊接质量和焊接效率，难以达到不同焊缝所需的“船型焊”的最佳焊接位置[8-9]。因此解决大型箱型梁翻转组焊问题的关键，是让游梁自己完成翻转作业，从而提高游梁组焊的焊接质量和效率。

3 工件结构翻转分析

以箱型梁CYJY14-6-89HF 为例，其主要由上翼板、下翼板、两侧腹板及各板上的零部件组焊而成，从该工件的结构特点来看，游梁体周围有多处焊缝需要焊接，至少对游梁吊装翻转五次才能完成要求的焊接作业[10]。原游梁翻转过程见图1，传统翻转方法采用钢丝绳兜住游梁下部，用夹钳固定前挡板的工艺孔和上翼板的外沿部位，利用牵引杆的指引和起重机的移动，通过工件自身的重力惯性逐渐实现翻转。由于夹钳所夹持游梁的部位较少，使用的钢丝绳的数量较少，所以造成游梁翻转速度不均匀，使游梁的稳定性降低，安全隐患大大增加。传统的翻转组焊方式不仅焊接效率低，焊接质量差，由于对天车的频繁使用容易造成其他工位的停工等待，使抽油机的生产效率大大降低。

图1 原游梁翻转过程

4 箱型梁翻转的解决措施

通过对箱型梁制作过程及翻转过程的深入研究分析，以蜗轮蜗杆减速器和电动机作为动力来源，通过蜗轮以及蜗杆90°的交叉配合实现传动效率低、扭矩输出大的目的。对游梁辅以设计有效快捷的定位夹持装置，通过电动机提供的动力及蜗轮减速器的自锁功能即可使箱型梁获得均匀的翻转和变位，有效解决上述问题。按照前述思路设计的箱型梁翻转工装见图2，按照功能划分，该部分可分为工件定位夹紧和动力传输翻转两大结构部分，根据游梁后挡板的工艺孔设计夹具立板，用以定位夹紧游梁，通过中轴连接蜗轮减速器达到动力传输翻转的目的。工装的工作原理是电动机经过蜗轮减速器减速后带动主动夹具低速旋转，中轴带动与主动夹具相连的游梁体使之产生同步旋转实现工件的变位从而有效解决焊缝的焊接角度难题。由于蜗轮减速器的加入，实现了游梁在翻转过程中任意角度的自锁问题，在将游梁定位后，可实现游梁上结构件360°无死角焊接。

图2 箱型梁翻转工装

5 翻转工装的使用

翻转工装在实际使用过程中，使翻转工装处于箱型梁的两侧，首先使游梁前端板与翻转工装从动夹具配合，将游梁体置于支撑装置上，待游梁一侧与工装固定后，将游梁后端板与翻转工装主动夹具配合即可完成工装与游梁体的连接。待工装与游梁体连接完成后，启动开始按钮，使游梁在主动装置的作用下开始翻转，待翻转到焊接位置时，按下暂停按钮，工装停止翻转，操作者对游梁体上的零部件开始组焊。待组焊完该零部件后按下开始按钮重复上述过程。

6 现场应用

在大庆油田现场应用该工装预计年生产500 套游梁，共节省6.2 万元。原生产方式一天只能组焊一根游梁，应用翻转工装后一天可组焊两根游梁，生产效率提高50%。该工装具有自锁功能，通过机械化控制翻转大大减轻了人力，解放了天车的使用，提高了现场的生产效率，降低了能耗。平焊的焊接方式，提高了焊接质量，有效的解决了游梁在翻转过程中安全性差的问题。

7 结论

通过对现场游梁翻转焊接情况的分析，研制出自动化游梁翻转焊接装置，该工装有效解决了箱型梁焊接变位的难题，且结构简单、使用方便、可靠性高、容易操作。由于该工装为自动化翻转，节省了人力，解放了天车，提高了生产效率，缩短了游梁的生产周期，提高了抽油机产品生产的安全性。抽油机游梁自动翻转装置已在大庆油田全面推广，具有广阔的应用前景。