萬(wàn)向節(jié)也稱萬(wàn)向聯(lián)軸器、萬(wàn)向軸、十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器，在油井的螺桿鉆具中，主要由旁通閥、馬達(dá)、萬(wàn)向軸、和傳動(dòng)軸組成。萬(wàn)向軸部件的作用是將轉(zhuǎn)子和傳動(dòng)軸聯(lián)接起來(lái)，將轉(zhuǎn)子的行星運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為傳動(dòng)軸的定州運(yùn)動(dòng)，從而傳遞馬達(dá)的扭矩和軸向負(fù)載。萬(wàn)向節(jié)使用比較頻繁，萬(wàn)向節(jié)的失效是導(dǎo)致螺桿鉆具失效的形式之一，常用的萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)有花瓣式和球鉸式兩種，因花瓣式萬(wàn)向聯(lián)軸器的強(qiáng)度較高，加工簡(jiǎn)單而用量最大，故花瓣式萬(wàn)向聯(lián)軸器的使用壽命嚴(yán)重影響著螺桿鉆具整機(jī)的使用壽命。下面我們就花瓣式萬(wàn)向聯(lián)軸器的原理、失效原因、改進(jìn)措施作一下分析。
花瓣式萬(wàn)向節(jié)的常用結(jié)構(gòu)如圖所示。
花瓣式萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)主體加工主要是以線切割加工成特定形狀的花瓣，在花瓣配合表面加以滲碳或滲氮處理以提高配合面得的硬度和耐磨性。在中心有支撐套及球起定心并承受軸向載荷的作用，靠花瓣的互相咬合來(lái)傳遞扭矩和轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)子的偏心公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給傳動(dòng)軸。
當(dāng)前生產(chǎn)廠家一般認(rèn)為花瓣式萬(wàn)向節(jié)的整體使用壽命可以維持在200小時(shí)左右。但是，由于鉆井強(qiáng)度的加大和萬(wàn)向節(jié)加工過(guò)程中存在的缺陷使得部分萬(wàn)向節(jié)的壽命只有數(shù)十小時(shí)，嚴(yán)重影響了螺桿鉆具的整體壽命，甚至造成落井事故。目前花瓣式萬(wàn)向節(jié)的問(wèn)題主要表現(xiàn)一下幾個(gè)方面。
1.焊接質(zhì)量不高
在維修過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，約有50%的萬(wàn)向節(jié)不同程度的出現(xiàn)了焊縫開裂現(xiàn)象。有的雖然暫時(shí)沒(méi)有完全失效，但必須經(jīng)過(guò)重新焊接才可以繼續(xù)使用，這就導(dǎo)致維修成本的提高，有的已經(jīng)萬(wàn)向開裂，使得連接桿跟花鍵部分脫開，使馬達(dá)內(nèi)轉(zhuǎn)子沒(méi)有了軸向依托，造成螺桿鉆具的報(bào)廢。
2.花瓣斷裂
花瓣斷裂的現(xiàn)象在維修過(guò)程中占到1/10左右，具體表現(xiàn)為斷一齒或三齒全斷，斷裂位置為花鍵最細(xì)處往下7mm左右。值得注意的是，出現(xiàn)斷裂的幾支萬(wàn)向聯(lián)軸器的使用時(shí)間只有數(shù)十小時(shí)，不屬于疲勞斷裂范圍。另外，有2/3數(shù)量的萬(wàn)向節(jié)出現(xiàn)泵塊現(xiàn)象，位置在花瓣兩端圓弧的借口附近。掉落的大小不等的隨塊將影響萬(wàn)向節(jié)的壽命和傳遞軸組件中軸承的壽命，從而影響螺桿鉆具的整體壽命。
針對(duì)以上問(wèn)題，我認(rèn)為萬(wàn)向聯(lián)軸器可以做一下幾個(gè)方面的改接工作
1、改善焊接質(zhì)量
首先，萬(wàn)向節(jié)的各個(gè)焊接部分材料要保持一致，以具有良好的可焊接性；其次，必須要有足夠大的坡口以容納充足的焊劑，以Φ172螺桿鉆具使用的萬(wàn)向節(jié)為例，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，焊接用45°坡口深度保持在10mm深時(shí)即不會(huì)發(fā)生焊口德二次開裂，再次，要保證焊接前的預(yù)熱和焊接后的保溫時(shí)間，并且焊縫一定要連續(xù)，且不能有夾渣。經(jīng)過(guò)我公司維修后的萬(wàn)向節(jié)在油田的使用情況來(lái)看，改進(jìn)后的焊接質(zhì)量完全可以滿足使用要求。故萬(wàn)向節(jié)生產(chǎn)廠的焊接工藝還應(yīng)做進(jìn)一步的改進(jìn)。
2.改進(jìn)花瓣部位的加工質(zhì)量
現(xiàn)在使用的花瓣式萬(wàn)向節(jié)在使用十幾小時(shí)后發(fā)現(xiàn)有發(fā)生圖二所示位置從一點(diǎn)起始的放射狀崩塊現(xiàn)象。經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)的萬(wàn)向節(jié)發(fā)現(xiàn)，萬(wàn)向節(jié)的花瓣在空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程存在近似尖點(diǎn)接觸的問(wèn)題。究其原因主要是目前線切割加工工藝不完善，在進(jìn)行線切割時(shí)造成花瓣外表面處形成尖棱，這種情況可以用一下辦法解決：
1）可以考慮二次線切割，將易泵塊位置的尖棱變?yōu)殁g棱，從而不易發(fā)生崩塊現(xiàn)象。切除量的計(jì)算跟花瓣間隙、萬(wàn)向節(jié)兩球距離以及馬達(dá)的偏心量相關(guān)，可用三角幾何知識(shí)求出。
2）因發(fā)生崩塊的位置并非危險(xiǎn)點(diǎn)，故可考慮直接將此位置的干涉部分去除，替代以圓弧過(guò)渡即可。
通過(guò)以上改進(jìn)，萬(wàn)向聯(lián)軸器的使用壽命有原來(lái)的幾十小時(shí)提高到近300小時(shí)，改進(jìn)效果非常明顯。
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