УСТРОЙСТВО УПРОЧНЕНИЯ НАСОСНЫХ ШТАНГ

Полезная модель относится к машиностроительной промышленности, а именно к производству и упрочнению насосных штанг и длинномерных деталей, испытывающих в эксплуатации циклические нагрузки.
Известны устройства для упрочнения длинномерных деталей поверхностно-пластическим деформированием (ППД) обкаткой роликами. Устройства бывают одно-двух и трехроликовыми (см. например, Л.Г.Одиноцов «Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием», справочник, М. Машиностроение, 1987 г.) Приспособления обычно устанавливаются на суппорте токарного станка. Конструкция, представленная в двухроликовом приспособлении (рис 70, стр.87) выполнена в виде роликовой головки с роликами, размещенной на суппорте станка. Опорный ролик размещается непосредственно в резцедержателе. Сила прижатия роликовой головки создается гидроцилиндром и контролируется по манометру.
Недостатком известного приспособления является незамкнутая силовая схема, в результате чего при нарушении соосности роликов и упрочняемой детали возникает изгибающий момент, действующий на деталь и механизмы станка, что при вращающейся, особенно, длинномерной детали, приводит к ее вырову и аварии.
Известна конструкция трехроликовых приспособлений (рис.71, справочник Л.Г.Одинцова) для обкатывания длинномерных деталей, являющаяся наиболее близкой к предлагаемому решению по технической сущности. Приспособление имеет три ролика, каждый из которых к обкатываемой вращающейся детали прижимается штоком отдельного гидроцилиндра. Ролики и гидроцилиндры размещаются в общем корпусе, образующем замкнутую силовую схему.
Недостатком этого устройства является его сложность, определяемая тремя гидроцилиндрами, системой трубопроводов. Замкнутость силовой схемы не обеспечивает равенство сил, передаваемых роликам гидроцилиндрами, последнее приводит к возникновению изгибающих сил, нарушает стабильность процесса и качество поверхности детали. Данное приспособление невозможно использовать для упрочнения обкаткой роликами насосных штанг т.к. предусматривает вращение детали с большим числом оборотов. Насосные же штанги имеют большую длину (до 10 м) и достаточно большую кривизну. Особенно это относится к штангам, извлекаемым из скважины после определенного срока службы в результате разрушения каких-либо элементов нефтедобывающей системы. Вращение таких деталей даже с небольшим числом оборотов вызывает опасные вибрации и значительные динамические нагрузки.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции и повышения эффективности упрочнения насосных штанг при обеспечении высокого качества.
Технический результат заключается в создании конструкции, позволяющей упрочнить насосные штанги, за счет создания одинакового радиального перемещения роликов, что обеспечивает равенство сил, производящих пластическую деформацию поверхности насосной штанги при сервисном обслуживании и увеличивает срок их службы. Упрочнению подвергаются цилиндрический участок тела штанги требуемой длины и галтельный переход от тела к головке.
Поставленная задача достигается тем, что устройство упрочнения насосных штанг содержит головку деформирующего узла с тремя роликами, причем ролики закреплены в хомуте, расположенном в головке и соединены с грузами посредством тяг. Хомут выполнен в форме равностороннего треугольника, в вершинах которого установлены оси для тяг грузов и тяг роликов. Тяги роликов соединены с пружинами.
Устройство упрочнения наносных штанг представлено на фиг.1 - вид сбоку; на фиг.2 разрез по сечению А-А, на фиг.3 разрез по сечению Б-Б.
Устройство упрочнения насосных штанг содержит деформирующую головку, в которой размещены три деформирующих ролика 1. Ролики 1 приводятся в действие грузами 2, связанными через хомут 3 посредством тяги 4 и тяги 5. Тяги 4 и 5 установлены на осях 6. Грузы 2 расположены на осях 7, которые через рычаги 8 соединены с пружинами 9, установленными на осях 10.
Устройство упрочнения насосных штанг работает следующим образом.
Насосная штанга вводится в деформирующую головку между тремя роликами 1 и запускается привод вращения головки (не показано) для создания вращательного движения узла.
При вращении грузы 2 за счет центробежной силы получают круговое движение, которое посредством тяги 4 поворачивает хомут 3, а под действием тяги 5 прижимаются ролики 1 к поверхности насосной штанги. Осуществляется осевое перемещение насосной штанги относительно роликов 1, которые производят упрочнение поверхности насосной штанги по всей ее длине, включая галтельный переход от тела штанги к головке, производя пластическую деформацию поверхности.
После обработки всей поверхности насосной штанги, отключается вращение головки деформирующего узла.
Под действием пружины 9 через ось 10 через рычаг 8 ролики разводятся в первоначальное положение, что позволяет удалить насосную штангу из устройства.
Сила прижима роликов 1 обеспечивает пластическую деформацию поверхности насосной штанги, которая создается кинематически связанными с ними посредством хомута 3 и тяг 5 и 4 трех грузов 2, которые при вращении деформирующей головки получают под действием центробежных сил круговые движения.
Хомут 3 установлен в головке деформирующего узла и является основой кинематически замкнутой системы связывающей ролики 1 и грузы 2.
Хомут 3 при круговом движении грузов поворачивается вокруг продольной оси деформирующей головки тягами 4, что обеспечивает усредненное действие всех трех роликов. На одной оси 6 тяг 4, с другой стороны хомута, установлены тяги 5, шарнирно соединяющие хомут 3 с тремя деформирующими роликами 1. Через эти тяги 5 при повороте хомута 3 деформирующие ролики 1 прижимаются к поверхности насосной штанги с силой пропорциональной массе грузов и квадрату числа оборотов деформирующей головки.
Примененная замкнутая кинематическая схема создает усредненность действия всех грузов и одинаковое радиальное перемещение роликов, обеспечивая равенство сил, производящих пластическую деформацию поверхности насосной штанги и исключение радиального смещения оси насосной штанги и биение вращающейся деформирующей головки.
После прекращения вращения деформирующей головки возвращение роликов в исходное разведенное положение происходит под действием пружин 9.
Предлагаемая конструкция устройства упрочнения насосных штанг позволяет увеличить срок службы насосных штанг за счет равномерной нагрузки на поверхность, что повышает предел прочности материала