CN117685218B - 一种双曲面自动调心活塞杆及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双曲面自动调心活塞杆及其加工工艺，属于石油天然气钻采设备技术领域，以解决现有技术中由于十字头与十字头滑道磨损，导致活塞与缸套发生偏磨，缩短缸套或者活塞使用寿命的技术问题。它包括十字头中间拉杆、活塞杆以及调心座，十字头中间拉杆通过卡箍与调心座连接；调心座与活塞杆的连接处形成有曲面调节部一，调心座与活塞杆通过活塞杆紧固件连接，活塞杆与活塞杆紧固件之间形成有曲面调节部二；活塞杆远离调心座的一端还设置有活塞和活塞螺母。本发明双曲面自动调心活塞杆及其加工工艺，能够补偿因十字头磨损带来的活塞杆轴线相对于缸套轴线偏移量，避免了活塞和缸套之间发生偏磨，延长了二者的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气钻采设备技术领域，具体涉及一种双曲面自动调心活塞杆及其加工工艺。
背景技术
在石油天然气钻采设备领域，钻井泵作为钻机关键组成设备，被誉为“钻机的心脏”。目前，最常用的钻井泵属于容积泵，通过钻井泵活塞在缸套往复直线运动，实现容积变化，从而实现钻井泵吸液和排液过程。在钻井泵的工作过程中，通常要求活塞杆轴心线与缸套轴心线保持同轴要求，确保活塞胶皮表面与缸套内壁面在活塞往复运动过程中始终处于密封接触状态。
请参阅图1，传统钻井泵活塞杆、中间拉杆、十字头通过刚性定位连接：活塞杆端面的定位凸台与十字头中间拉杆端面定位孔相配合，而中间拉杆又与十字头中心定位孔刚性定位和连接，从而实现了活塞杆轴线和十字头轴心线保持同心。但是在钻井泵的运行过程中，伴随十字头在十字头滑道往复直线运动，十字头与十字头滑道产生磨损后，活塞杆、中间拉杆、十字头相对与缸套的轴线中心高度位置发生变化。由于活塞杆、十字头、中间拉杆属于刚性联接，十字头中心变化就会导致活塞杆中心相对于缸套发生中心偏移，从而造成活塞与缸套发生偏磨，缩短了缸套或者活塞的使用寿命，影响了钻井泵的正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双曲面自动调心活塞杆及其加工工艺，以解决现有技术中由于十字头与十字头滑道磨损，导致活塞与缸套发生中心偏磨，缩短缸套或者活塞使用寿命的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种双曲面自动调心活塞杆，包括十字头中间拉杆、活塞杆以及用于连接所述十字头中间拉杆和活塞杆的调心座，所述十字头中间拉杆通过卡箍与所述调心座连接；
所述调心座与所述活塞杆的连接处形成有曲面调节部一，所述调心座与所述活塞杆通过活塞杆紧固件连接，所述活塞杆与所述活塞杆紧固件之间形成有曲面调节部二；
所述活塞杆远离所述调心座的一端还设置有活塞和活塞螺母。
实际工作中，通过调节活塞杆紧固件，使得活塞杆能够满足微量摆动的柔性需求，使活塞杆具备了自动调心功能。
可选的或优选的，所述曲面调节部一包括所述调心座上靠近所述活塞杆一侧形成的曲面一以及所述活塞杆上与所述曲面一相适配的曲面二。
可选的或优选的，所述曲面调节部二包括所述活塞杆上与所述活塞杆紧固件连接处的曲面三以及活塞杆紧固件上与所述曲面三相适配的曲面四。
可选的或优选的，所述活塞杆上具有角度调节部。
通过设置有角度调节部，能够减少活塞杆与调心座连接处的应力集中水平。
可选的或优选的，活塞杆紧固件靠近调心座的一侧还设置有曲面五。
通过设置有曲面五，能够提高活塞杆紧固件4与调心座3的曲面适配特性，使得工作人员在通过松动活塞杆紧固件4后，调心座3与活塞杆5能够获得更好的自动偏心调节效果。
一种双曲面自动调心活塞杆的加工工艺，包括以下步骤：
S1、棒料选择：根据性能要求选择相应的活塞杆基材；
S2、棒料加热：通过加热炉对棒料进行加热，加热温度为1000℃-1100℃；
S3、热挤压制坯：根据不同型号的产品使用相应的挤压模具，对加热后的棒料进行热挤压制坯：挤压过程中棒料的温度不低于1050℃，断面收缩率不大于50%；
S4、坯料热处理：对成型后的活塞杆坯料进行热处理，以达到活塞杆要求的综合机械性能指标；
S5、粗车活塞杆粗坯：采用车刀刀片粗加工活塞杆粗坯外圆，得到活塞杆中坯，切削深度为0.1mm-0.3mm；
S6、精车活塞杆中坯：采用车刀刀片精加工活塞杆中坯外圆，得到活塞杆精坯，切削深度为0.05mm-0.1mm；
S7、振动研磨：将活塞杆精坯投入到振动研磨机内，进行研磨；
S8、表面加工处理：对研磨后的活塞杆进行机械抛光；
S9、探伤和清洁：对处理后的活塞杆坯料进行探伤筛选，清洁合格活塞杆表面附着的油污、灰尘以及液体残留，避免活塞杆表面腐蚀生锈；
S10、检测表面粗糙度：对表面粗糙度大于Ra0.1μm的活塞杆重新进行表面加工处理。
可选的或优选的，S3中热挤压制坯的方法，具体包括以下步骤：
S31、安装挤压模具，将挤压模具安装在压力机上，压力机的选用压力应不小于500吨，此时棒料毛坯的温度应不低于900摄氏度；
S32、控制压力机的上模冲头缓慢接近棒料并对棒料进行热挤压制坯，上模冲头的速度应不高于50mm/s；
S33、将轧制成型的棒料顶出并转移至下一工序。
可选的或优选的，S4中对活塞杆坯料进行热处理的方法，包括以下步骤：
S41、淬火，940℃保温30min，然后迅速油冷；
S42、高温回火，650℃保温90min，空冷。
可选的或优选的，S8表面加工处理的方法，包括以下步骤：
S51、粗抛光，安装1200目的抛光头，抛光头的进给速度为0.1mm-0.2mm/r，重复抛光2-3次；
S52、精抛光，安装4000目的抛光头，抛光头的进给速度为0.2mm-0.3mm/r，重复抛光3-5次。
基于上述技术方案，本发明至少可以产生如下技术效果：
本发明提供的一种双曲面自动调心活塞杆，通过旋动活塞杆紧固件，使得活塞杆通过曲面调节部一和曲面调节部二与调心座的自适应位置角度，从而补偿了活塞与缸套之间的偏心，进而避免了活塞和缸套因轴线偏移造成的偏磨；
活塞杆通过曲面一和曲面二与调心座连接，且通过活塞杆紧固件使二者紧密接触，使压紧接触面受力均匀，受力面增大，使活塞杆的应力水平大大降低。
附图说明
图1是本发明背景技术中现有活塞杆结构的示意图；
图2是本发明实施例一中双曲面自动调心活塞杆的结构示意图；
图3是本发明实施例二中双曲面自动调心活塞杆活塞杆紧固件的剖面结构图；
图4是本发明实施例二中双曲面自动调心活塞杆活塞杆紧固件的轴测示意图；
图5是本发明双曲面自动调心活塞杆的加工工艺的流程图。
图中：1、十字头中间拉杆；2、卡箍；3、调心座；31、曲面一；4、活塞杆紧固件；41、曲面四；42、曲面五；5、活塞杆；51、曲面二；52、曲面三；53、角度调节部；6、活塞；7、活塞密封圈；8、活塞螺母；9、曲面调节部一；10、曲面调节部二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图2，一种双曲面自动调心活塞杆，包括十字头中间拉杆1、活塞杆5以及用于连接上述十字头中间拉杆1和活塞杆5的调心座3，活塞杆5远离调心座3的一端设置有活塞6和活塞螺母8，活塞6与活塞杆5连接处还设置有活塞密封圈7。
本实施例中，上述十字头中间拉杆1通过卡箍2与调心座3连接，调心座3靠近活塞杆5的一端为球面结构，调心座3与活塞杆5的连接处形成有曲面调节部一9，即调心座3的球面结构与活塞杆5的连接处为上述曲面调节部一9，相应的，活塞杆5靠近上述调心座3球面结构的一端设置有相应的球形面。
本实施例中，调心座3与活塞杆5通过活塞杆紧固件4连接，活塞杆紧固件4为紧固螺母，紧固螺母通过紧固螺纹与调心座3连接，并将调心座3和活塞杆5压紧；实际工作中，人员可以通过调节上述紧固螺母，实现活塞杆5相对于调心座3的自动偏心调节，其中活塞杆5与活塞杆紧固件4之间形成有曲面调节部二10。
具体的，曲面调节部一9包括调心座3上靠近活塞杆5一侧形成的曲面一31以及位于活塞杆5上且与上述曲面一31相适配的曲面二51；
曲面调节部二10包括位于活塞杆5与活塞杆紧固件4连接处的曲面三52以及位于活塞杆紧固件4上与上述曲面三52相适配的曲面四41。
当十字头中间拉杆1与活塞6中心同心度偏移时，通过松动活塞杆紧固件4，使得活塞杆5通过曲面调节部一9和曲面调节部二10自动调节十字头中间拉杆1与调心座3的位置角度，从而纠正了活塞与缸套之间的偏心，进而避免了活塞和缸套因轴线偏移造成的偏磨。
本实施例中，为了减少活塞杆5与调心座3连接处的应力集中水平，活塞杆5上还设置有角度调节部53。
本发明提供的一种双曲面自动调心活塞杆，能够在十字头磨损后、活塞杆5中心线相对于缸套中心位置发生改变时，自动微调活塞杆5轴心线和缸套轴心线的相对位置角度偏移，补偿因十字头磨损带来的活塞杆5轴线相对于缸套轴线偏移量，从而确保活塞6相对缸套的正确工作位置，避免了活塞6和缸套之间发生偏磨，延长了二者的使用寿命。
实施例二
请参阅图3至图4，本实施例在实施例一的基础上，提供了一种具有多个调节曲面的活塞杆紧固件4。
本实施例中，活塞杆紧固件4包括与实施例一中相似的曲面四41和紧固螺纹；此外，在活塞杆紧固件4与调心座3连接的一侧，还另外设置有曲面五42，曲面五42用于提高活塞杆紧固件4与调心座3的曲面适配特性，使得工作人员在通过松动活塞杆紧固件4后，调心座3与活塞杆5能够获得更好的自动偏心调节效果。
实施例三
请参阅图5，本实施例在实施例一的基础上，提供了一种双曲面自动调心活塞杆的加工工艺，用于对实施例一中双曲面自动调心活塞杆进行加工，包括以下步骤：
S1、棒料选择：根据性能要求选择相应的活塞杆基材；
S2、棒料加热：通过加热炉对棒料进行加热，加热温度为1000℃-1100℃；
S3、热挤压制坯：根据不同型号的产品使用相应的挤压模具，对加热后的棒料进行热挤压制坯，挤压过程中棒料的温度不低于1050℃，断面收缩率不大于50%；
上述热挤压制坯的方法，具体包括以下步骤：
S31、安装挤压模具，将挤压模具安装在压力机上，压力机的选用压力应不小于500吨，此时棒料毛坯的温度应不低于900摄氏度；
S32、控制压力机的上模冲头缓慢接近棒料并对棒料进行热挤压制坯，上模冲头的速度应不高于50mm/s；
S33、将轧制成型的棒料顶出并转移至下一工序；
S4、坯料热处理：对成型后的活塞杆坯料进行热处理，以达到活塞杆要求的综合机械性能指标；
上述对活塞杆坯料进行热处理的方法，包括以下步骤：
S41、淬火，940℃保温30min，然后迅速油冷；
S42、高温回火，650℃保温90min，空冷；
S5、粗车活塞杆粗坯：采用车刀刀片粗加工活塞杆粗坯外圆，得到活塞杆中坯，切削深度为0.1mm-0.3mm，车床主轴转速可以根据实际工件尺寸进行选择；
S6、精车活塞杆中坯：采用车刀刀片精加工活塞杆中坯外圆，得到活塞杆精坯，切削深度为0.05mm-0.1mm，车床主轴转速可以根据实际工件尺寸进行选择；
S7、振动研磨：将活塞杆精坯投入到振动研磨机内，进行研磨；
S8、表面加工处理：对研磨后的活塞杆进行机械抛光；
上述表面加工处理的方法，具体包括以下步骤：
S51、粗抛光，安装1200目的抛光头，抛光头的进给速度为0.1mm-0.2mm/r，重复抛光2-3次，车床主轴转速可以根据实际工件尺寸进行选择；
S52、精抛光，安装4000目的抛光头，抛光头的进给速度为0.2mm-0.3mm/r，重复抛光3-5次，车床主轴转速可以根据实际工件尺寸进行选择；
在其他多个实施例中，还可以通过如8000目的抛光头对棒料表面进行超精镜面抛光。
S9、探伤和清洁：对处理后的活塞杆坯料进行探伤筛选，清洁合格活塞杆表面附着的油污、灰尘以及液体残留，避免活塞杆表面腐蚀生锈；
S10、检测表面粗糙度：对表面粗糙度大于Ra0.1μm的活塞杆重新进行表面加工处理。
本实施例中，调心座3上曲面一31、活塞杆紧固件4上曲面四41、曲面五42、活塞杆5上曲面二51、曲面三52的加工方法包括曲面粗加工、曲面精加工、曲面粗加工热处理以及曲面精加工热处理；
其中曲面粗加工热处理过程为，曲面经粗加工后，放入真空热处理炉内进行加热，550℃-600℃，保温180min，空冷。
其中曲面精加工热处理过程为，曲面经精加工后，放入真空热处理炉内进行加热，550℃-600℃，保温180min，空冷。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种双曲面自动调心活塞杆，其特征在于，包括十字头中间拉杆（1）、活塞杆（5）以及用于连接所述十字头中间拉杆（1）和活塞杆（5）的调心座（3），所述十字头中间拉杆（1）通过卡箍（2）与所述调心座（3）连接；
所述调心座（3）与所述活塞杆（5）的连接处形成有曲面调节部一（9），所述调心座（3）与所述活塞杆（5）通过活塞杆紧固件（4）连接，所述活塞杆（5）与所述活塞杆紧固件（4）之间形成有曲面调节部二（10）；
所述活塞杆（5）远离所述调心座（3）的一端还设置有活塞（6）和活塞螺母（8）；
所述曲面调节部一（9）包括所述调心座（3）上靠近所述活塞杆（5）一侧形成的曲面一（31）以及所述活塞杆（5）上与所述曲面一（31）相适配的曲面二（51）；
所述曲面调节部二（10）包括所述活塞杆（5）与所述活塞杆紧固件（4）连接处的曲面三（52）以及活塞杆紧固件（4）上与所述曲面三（52）相适配的曲面四（41）。
2.根据权利要求1所述的双曲面自动调心活塞杆，其特征在于，所述活塞杆（5）上具有角度调节部（53）。
3.根据权利要求1所述的双曲面自动调心活塞杆，其特征在于，所述活塞杆紧固件（4）靠近所述调心座（3）的一侧还设置有曲面五（42）。
4.一种双曲面自动调心活塞杆的加工工艺，其特征在于，用于加工权利要求1-3中任意一项所述的双曲面自动调心活塞杆，包括以下步骤：
S1、棒料选择：根据性能要求选择相应的活塞杆基材；
S2、棒料加热：通过加热炉对棒料进行加热，加热温度为1000℃-1100℃；
S3、热挤压制坯：根据不同型号的产品使用相应的挤压模具，对加热后的棒料进行热挤压制坯：挤压过程中棒料的温度不低于1050℃，断面收缩率不大于50%；
S4、坯料热处理：对成型后的活塞杆坯料进行热处理，以达到活塞杆要求的综合机械性能指标；
S5、粗车活塞杆粗坯：采用车刀刀片粗加工活塞杆粗坯外圆，得到活塞杆中坯，切削深度为0.1mm-0.3mm；
S6、精车活塞杆中坯：采用车刀刀片精加工活塞杆中坯外圆，得到活塞杆精坯，切削深度为0.05mm-0.1mm；
S7、振动研磨：将活塞杆精坯投入到振动研磨机内，进行研磨；
S8、表面加工处理：对研磨后的活塞杆进行机械抛光；
S9、探伤和清洁：对处理后的活塞杆坯料进行探伤筛选，清洁合格活塞杆表面附着的油污、灰尘以及液体残留，避免活塞杆表面腐蚀生锈；
S10、检测表面粗糙度：对表面粗糙度大于Ra0.1μm的活塞杆重新进行表面加工处理。
5.根据权利要求4中所述的双曲面自动调心活塞杆的加工工艺，其特征在于，S3中热挤压制坯的方法，具体包括以下步骤：
S31、安装挤压模具，将挤压模具安装在压力机上，压力机的选用压力应不小于500吨，此时棒料毛坯的温度应不低于900摄氏度；
S32、控制压力机的上模冲头缓慢接近棒料并对棒料进行热挤压制坯，上模冲头的速度应不高于50mm/s；
S33、将轧制成型的棒料顶出并转移至下一工序。
6.根据权利要求4中所述的双曲面自动调心活塞杆的加工工艺，其特征在于，S4中对活塞杆坯料进行热处理的方法，具体包括以下步骤：
S41、淬火，940℃保温30min，然后迅速油冷；
S42、高温回火，650℃保温90min，空冷。
7.根据权利要求4中所述的双曲面自动调心活塞杆的加工工艺，其特征在于，S8表面加工处理的方法，具体包括以下步骤：
S51、粗抛光，安装1200目的抛光头，抛光头的进给速度为0.1mm-0.2mm/r，重复抛光2-3次；
S52、精抛光，安装4000目的抛光头，抛光头的进给速度为0.2mm-0.3mm/r，重复抛光3-5次。
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