新型管材升降輸送裝置的設(shè)計(jì)

王玉奎

(勝利石油管理局渤海鉆井總公司,山東東營(yíng)257200)

新型管材升降輸送裝置的設(shè)計(jì)

王玉奎

(勝利石油管理局渤海鉆井總公司,山東東營(yíng)257200)

為滿足加工和車修鉆具、油管、套管的需要,研制出了一種實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、可操作性強(qiáng)的管材升降輸送裝置,解決了嚴(yán)寒地區(qū)鉆具、套管、油管在加工、車修過(guò)程中進(jìn)出車床的問(wèn)題。

管材;輸送裝置;設(shè)計(jì);加工

Abstract:For satisfying the necessity of processing and turning drilling tool,oil tube and casing pipe,the practical,economics and good operability tubulars jacking delivery device was developed,thus solving the problem of drilling tool,oil tube and casing pipe coming out and in from the turning machine in turning in cold area,well satisfying the productive necessity.

Key words:tubulars;delivery device;design;process

新疆北部屬嚴(yán)寒地區(qū),冬季溫度在-30℃以下。勝利石油管理局渤海鉆井管具公司在石河子建廠期間,遇到鉆具、油管、套管(以下簡(jiǎn)稱管材)進(jìn)出車床的輸送問(wèn)題,為了解決這個(gè)問(wèn)題,在充分利用原有設(shè)備的條件下,克服加工等方面的困難,研制了一種不受溫度影響的新型管材升降輸送裝置,投入很少的資金,解決了管材在加工、車修過(guò)程中進(jìn)出車床的問(wèn)題,很好地滿足了生產(chǎn)需要。

1 設(shè)計(jì)思想

將電動(dòng)推桿的水平運(yùn)動(dòng)(前進(jìn)和后退)轉(zhuǎn)換成管材輸送滾道的升降運(yùn)動(dòng)(上、下),利用滾道實(shí)現(xiàn)管材的輸送。在車床對(duì)鉆具等進(jìn)行加工、車修時(shí),滾道下降,利用移動(dòng)式可調(diào)中心架支撐鉆具的部分質(zhì)量,使被加工的管材處于水平狀態(tài),保持管材平衡和轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)[1-2]。

2 結(jié)構(gòu)和原理[3-4]

如圖1所示,管材升降輸送裝置主要由電動(dòng)推桿、推桿延長(zhǎng)桿、推桿連桿、斜鐵、輸送滾道及電機(jī)、移動(dòng)式可調(diào)中心架、支架、扶正環(huán)等組成。扶正環(huán)的作用是使推桿連桿和電動(dòng)推桿在同一直線上,不至于產(chǎn)生彎曲。中心架的作用是利用中心架的轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪,支撐鉆具在加工時(shí)的部分質(zhì)量;可以調(diào)節(jié)高度的目的是適用于不同直徑的管材與加工車床同心,保持加工管材始終保持水平;移動(dòng)的目的是用于不同長(zhǎng)度管材的加工。

裝置的工作原理是:電動(dòng)推桿通過(guò)推桿延長(zhǎng)桿、推桿連桿和斜鐵,在電機(jī)的作用下推桿伸出或縮進(jìn),伸出時(shí)斜鐵將輸送滾道升起,使?jié)L道的高度高于中心架的高度,在滾道電機(jī)的作用下通過(guò)滾輪輸送管材前后移動(dòng);推桿縮進(jìn)時(shí),滾道下降,由中心架支撐管材的部分質(zhì)量。在加工管材時(shí),車床帶動(dòng)管材轉(zhuǎn)動(dòng),由于此時(shí)滾道已經(jīng)下降,因此,管材在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不至于磨損滾道。加工完成后,推桿伸出使?jié)L道升起,將管材輸送到規(guī)定位置,利用翻板機(jī)構(gòu)將管材放到管架上,同時(shí)進(jìn)行下一根管材的輸送和加工工作。

圖1 管材升降輸送裝置

3 受力分析和計(jì)算[4-5]

3.1 受力分析

斜鐵的受力情況(推桿伸出瞬間,最大推力狀態(tài))如圖2所示。

圖2 斜鐵受力分析

圖2中,f1為斜鐵與滾道支撐板間的靜摩擦力;f2為斜鐵與支架間的靜摩擦力;F為電動(dòng)推桿的推力;N′為由F產(chǎn)生的滾道支撐板對(duì)斜鐵的作用力;G為實(shí)際質(zhì)量;G′為管材的質(zhì)量(約為實(shí)際質(zhì)量的1/2);N為支架對(duì)斜鐵的支撐力;f為摩擦力之和。圖a為斜鐵的受力分析;圖b為斜鐵產(chǎn)生f1摩擦力的受力分析;圖c為摩擦合力的受力分析。

3.2 摩擦力 f1的計(jì)算

設(shè)斜鐵(Q235)與滾道支撐板間的靜摩擦因數(shù)μ=0.15(鋼與鋼的靜摩擦因數(shù)為0.15),斜鐵的角度θ為30°。實(shí)際應(yīng)用中,管材長(zhǎng)度一般在10 m以下,每個(gè)滾道間的距離為2.5 m,即只有3個(gè)滾輪在起輸送作用。每個(gè)滾道的支撐力為管材質(zhì)量的1/3,在計(jì)算中由于3個(gè)滾道的情況基本相同,因此,按3個(gè)合成后的最大推力狀態(tài)計(jì)算。按質(zhì)量最大(G=2 800 kg)、直徑 ?229 mm的鉆鋌進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。由滾輪在滾道支撐板的中間位置可知,G′約為G的1/2,即1 400 kg。則推動(dòng)滾道升起的瞬間最大靜摩擦力為

3.3 摩擦力 f2的計(jì)算

3.4 摩擦合力的計(jì)算

f為鉆鋌放在滾道上,電動(dòng)推桿推動(dòng)各個(gè)滾道升起時(shí)所有滾道的摩擦力之和,每個(gè)滾道受到摩擦力為f/3。

選擇的電動(dòng)推桿額定推力F為9 800 kN,由此可見(jiàn),F為f的2倍多,完全滿足實(shí)際需要。而在滾道下降時(shí),只受到f2的阻力作用。在實(shí)際應(yīng)用中,一般情況是將滾道升起后再放置管材在滾道上進(jìn)行輸送,但設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),必須考慮特殊情況,即按最大摩擦阻力進(jìn)行設(shè)計(jì),以確保裝置工作的安全可靠。

4 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要參數(shù)

4.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

a) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單新穎,安裝容易,操作方便,便于維護(hù)。

b) 一機(jī)多用,節(jié)能,費(fèi)用低,1臺(tái)推桿帶動(dòng)多個(gè)滾道升降。

c) 適應(yīng)性強(qiáng),安全可靠。整套裝置整體動(dòng)作,克服了原來(lái)每個(gè)滾道用汽缸升降動(dòng)作不統(tǒng)一,需要配套壓風(fēng)機(jī)及氣管線、氣控元件的缺點(diǎn),解決了在嚴(yán)寒(新疆北疆)地區(qū)冬季溫度低,汽缸無(wú)法正常工作的難題。

d) 設(shè)有行程限位開(kāi)關(guān),定位準(zhǔn)確可靠,升降高度可調(diào),調(diào)節(jié)范圍大。

e) 設(shè)計(jì)推桿扶正功能,確保推桿不彎曲變形。

4.2 主要技術(shù)參數(shù)

a) 推桿電機(jī)5.5 kW,推桿的最大推力為9 800 kN,理論最大輸送質(zhì)量4 000 kg。

b) 滾道電機(jī)功率550 W,轉(zhuǎn)速1 400 r/min,傳動(dòng)比1∶17,管材輸送速度25 m/min。

c) 升降高度5～25 cm,根據(jù)實(shí)際需要可調(diào),最大限度地滿足生產(chǎn)需要。

d) 推桿最大行程480 cm,可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。

e) 滾道間的間隔距離為2.5 m,保證每根管材由3套管道輸送,可避免驅(qū)動(dòng)力不夠造成的打滑現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

該管材升降輸送裝置的設(shè)計(jì)完成和投產(chǎn),解決了新疆北疆嚴(yán)寒地區(qū)冬季管材維修輸送中滾道的升降問(wèn)題,節(jié)約了資金,提高了生產(chǎn)效率,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,并先后在新疆石河子管具項(xiàng)目部、新疆輪臺(tái)管具項(xiàng)目部、四川德陽(yáng)管具項(xiàng)目部使用多套,使用效果良好,具有較好的推廣應(yīng)用前景。

[1] 尹曉麗,牛文杰,張中慧.鉆桿自動(dòng)傳送系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方案[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009,38(7):42-46.

[2] 王凌寒,肖文生,楊軼普.自動(dòng)化管子處理裝置在海洋鉆井作業(yè)中的應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009,38(2):67-72.

[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):第1卷[K].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1994.

[4] 嚴(yán)導(dǎo)淦.物理學(xué):上冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,2002.

[5] 北京鋼鐵學(xué)院.工程力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1991.

Design of the Neotype Tubulars Jacking Delivery Device

WANG Yu-kui
(Bohai Drilling Tools Company,Shengli Petroleum Administration,Dongying257200,China)

TE921.2

B

1001-3482(2010)03-0051-03

2009-09-24

王玉奎(1963-),男,山東鄒平人,工程師,主要從事石油鉆井設(shè)備、工具的研發(fā)與管理工作,E-mail:gjwyh@slof.com。