泥漿泵是石油鉆井作業中泥漿循環系統的關鍵設備,對石油工業的發展至關重要。連桿是泥漿泵的重要功能部件,與活塞銷及曲軸等部件一起組成泥漿泵動力輸出機構。泥漿泵工作時,連桿承載較大的交變載荷,容易磨損,使用壽命較低。為減少泥漿泵承載時的磨損,工程師在連桿小端壓入連桿襯套。襯套良好的耐磨性和柔軟性及熱穩定性大大提高了連桿的使用壽命,可有效降低使用成本。
然而在過盈裝配中襯套的不規則變形,導致襯套不具有互換性,多數廠家不得已只得增加精鏜或刮削工序確保與活塞銷的配合。如果襯套具有互換性即只要是合格的襯套裝入合格的連桿其變形量是在可接受的范圍,具有很高的經濟性和實用價值。但是由于襯套變形影響因素比較復雜,針對其互換性的研究目前開展的還比較少。
1)對一款泥漿連桿襯套過盈裝配變形進行了彈性變形計算和實驗驗證,并進行對比分析發現:本型連桿襯套內徑的設計值φ139.7+0.16+0.1,圓度誤差0.06mm是合理的;襯套裝配后整體變形區間:0.05~0.22mm,大于設計值;
2)建立了連桿襯套過盈裝配三維模型,并進行有限元瞬態仿真分析,表明襯套裝配后存在異常變形,且在內圓柱面內存在一定的規律分布:連桿小端座孔周圍結構強度由中性面向小端剖分處逐步增強。結合本型連桿運動時中性面受力最大,而在剖分處受力最小的受力特點,提出卸荷槽的改進方案,即在連桿小端孔剖開處加工兩個對稱的圓弧槽以削弱此處結構強度,達到平衡連桿座孔周圍結構強度差異減少裝配變形的目的;
3)對改進方案建立了三維模型進行有限元瞬態分析驗證,仿真結果表明最大變形量由0.2mm減少到0.06mm。同時在工程現場進行了裝配實驗驗證,最大變形量也大幅降低至0.08mm改進方案是有效的。在對改進方案進行優化后襯套變形達到0.06mm的設計要求,最終實現襯套互換性研究。同時,在總結全文的基礎上提出連桿襯套互換性研究的一般方法。