彈架管除銹機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

熊健

（大慶油田射孔器材有限公司，黑龍江 大慶 163000）

彈架管是石油射孔行業(yè)使用的一種長(zhǎng)約6．5米，壁厚約1．5毫米的空心合金鋼管，它經(jīng)過(guò)激光切割加工后成為各種尺寸的彈架，彈架裝配上射孔彈后，才能進(jìn)行油井射孔作業(yè)。現(xiàn)各種直徑尺寸的薄壁鋼彈架管在激光加工切割中使用越來(lái)越多，而很多彈架管的表面有鐵銹，在激光切割前必須進(jìn)行除銹處理，不然它會(huì)嚴(yán)重地影響彈架的加工質(zhì)量，造成激光切割出的彈架表面毛刺大，切割不透等問(wèn)題，有時(shí)甚至損壞激光切割機(jī)的重要部件感應(yīng)頭，給公司造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。我公司的彈架管現(xiàn)采取人工用砂紙擦拭除銹的方法，雖簡(jiǎn)單，但效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以保證彈架管的除銹質(zhì)量?？紤]到這種情況，為生產(chǎn)需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了一臺(tái)用動(dòng)力鋼絲輪刷進(jìn)行刷削的彈架除銹機(jī)。

1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及工作過(guò)程

彈架除銹機(jī)，主要由動(dòng)力傳動(dòng)裝置，鋼絲輪刷裝置，導(dǎo)向裝置，液壓送進(jìn)裝置，電器控制箱，防塵罩等組成。如下圖1所示。

除銹前，將彈架管定位于中心架14上，移動(dòng)塊4粗調(diào)整，使鋼絲輪刷接近彈架管，精調(diào)整三個(gè)螺桿10，使鋼絲輪刷輕壓在彈架管上，按下電器控制箱上啟動(dòng)按鈕，電機(jī)13開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，主電機(jī)經(jīng)減速皮帶輪5使空心軸1轉(zhuǎn)動(dòng)，空心軸再帶動(dòng)T形槽盤(pán)3和移動(dòng)塊4轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)塊4、調(diào)整桿10和鋼絲輪刷15連接在一起，因此它們一同旋轉(zhuǎn)。輕壓在彈架管上的三個(gè)旋轉(zhuǎn)的鋼絲輪刷，利用鋼絲的彈性力對(duì)彈架管表面進(jìn)行刷削除銹，彈架利用液壓送進(jìn)裝置，從左至右送進(jìn)，到彈架送進(jìn)完畢，此管除銹才算完成。

圖1 裝配圖

2 鋼絲輪刷去銹原理

鋼絲輪刷可看成是一種多刃切削刀具，每根刷絲皆能進(jìn)行切削加工，在彈架管表面和刷子鋼絲接觸的過(guò)程中，由于它們之間有相對(duì)較輕的擠壓接觸力，利用動(dòng)力電機(jī)帶動(dòng)鋼絲刷高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，借助于鋼絲刷對(duì)彈架管的連續(xù)摩擦、切削，對(duì)彈架鋼管進(jìn)行除銹，達(dá)到去除彈架管表面鐵銹的目的。

3 設(shè)計(jì)方案的選擇

主要針對(duì)如何提高除銹效率，考慮采用何種結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方式。

方案一：彈架旋轉(zhuǎn)送進(jìn)，每個(gè)鋼絲刷繞自身主主軸旋轉(zhuǎn)。

從方案一上分析，彈架送進(jìn)定位，需使用中心架。需要用使彈架轉(zhuǎn)動(dòng)和送進(jìn)的動(dòng)力裝置，因彈架管長(zhǎng)，有一定的彎曲，旋轉(zhuǎn)時(shí)，擺動(dòng)大，摩擦不充分，影響除銹效果。另外動(dòng)力裝置有一定重量，必須設(shè)計(jì)與彈架相應(yīng)長(zhǎng)度的送進(jìn)導(dǎo)軌，三個(gè)鋼絲輪刷的自轉(zhuǎn)，需配備相應(yīng)的動(dòng)力系統(tǒng)，因考慮到相互間的位置關(guān)系，需獨(dú)立的三個(gè)動(dòng)力裝置。

方案二：彈架直線送進(jìn)，三個(gè)鋼絲刷繞彈架管主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一方面三個(gè)鋼絲刷在盤(pán)3的帶動(dòng)下，整體繞彈架管子中心旋轉(zhuǎn)刷削，另一方面每個(gè)鋼絲刷自身在不平衡切削力的作用下，繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，并作復(fù)合刷削運(yùn)動(dòng)。

從方案二分析，彈架送進(jìn)定位，需使用中心架，送進(jìn)需提供動(dòng)力，三個(gè)鋼絲輪刷的旋轉(zhuǎn)，需配備動(dòng)力裝置，因是繞彈架管旋轉(zhuǎn)，三個(gè)輪刷可設(shè)計(jì)成使用一個(gè)動(dòng)力裝置。

兩種方案的效果對(duì)比如下表1所示。

表1

通過(guò)對(duì)兩種方案的效果對(duì)比，我們選擇了方案二。這種輪刷空套結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于（1）鋼絲輪刷在繞彈架管公轉(zhuǎn)的同時(shí)，也繞調(diào)整桿自轉(zhuǎn)，這樣可以使鋼絲輪刷整個(gè)端面都可利用來(lái)進(jìn)行磨擦、切屑除銹，提高了鋼絲輪刷的使用壽命和除銹效果。（2）始終保持對(duì)彈架管的一定的摩擦力。新輪刷剛開(kāi)始工作時(shí)，彈架管送進(jìn)到位，彈架管與輪刷彈性接觸，它對(duì)輪刷有一定的反作用力，迫使輪刷工作時(shí)離擋板1有3毫米左右的距離，輪刷使用一段時(shí)間以后，鋼絲輪刷磨損變短后，不需要馬上更換鋼絲輪刷，而是輪刷在彈簧力的作用下，自動(dòng)向擋板1移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而使除銹效率得到提高。

4 動(dòng)力傳動(dòng)裝置

刷削除銹所需的力比較小，彈架與刷輪之間的沖擊也不大，而且作用的力多為徑向力，故選用了運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊的深溝球軸承。軸承內(nèi)環(huán)與空心軸采用過(guò)渡配合，兩個(gè)軸承之間加裝擋套9，增加空心軸1的支撐面，從而保證運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。零件在軸上的軸向固定采用軸肩、軸端擋圈等形式。為防止空心軸轉(zhuǎn)速過(guò)快，鋼絲輪刷對(duì)彈架的沖擊過(guò)大，選用了轉(zhuǎn)速較低的電機(jī)，并用皮帶輪進(jìn)行一級(jí)減速。

5 液壓送料方案

圖2

本液壓系統(tǒng)主要由油源供給部分、控制調(diào)節(jié)部分、輔助部分和執(zhí)行部分組成。

除銹機(jī)送料運(yùn)動(dòng)的控制回路如圖2所示，其工作原理為：這里只對(duì)其快退控制回路做一簡(jiǎn)單介紹。壓力油經(jīng)單向閥1到達(dá)三位四通電磁換向閥2，這時(shí)換向閥2右邊電磁鐵2DT通電，液壓油經(jīng)過(guò)外控單向閥3。單向閥8（可調(diào)節(jié)流閥9此刻不起作用)到達(dá)油缸右腔，使得右腔壓力上升，此刻兩位兩通電磁換向閥7斷電，油缸左腔壓力回油通過(guò)換向閥7右端(此刻可調(diào)節(jié)流閥6，單向閥5不起作用)，壓力回油通過(guò)液控單向閥4、換向閥2回入油缸。該回路通過(guò)換向閥的電磁鐵通電來(lái)控制油路方向，增加了兩位兩通換向閥7，利用它的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)工進(jìn)、快退不同速度的轉(zhuǎn)換。

6 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

除銹機(jī)電氣控制主要有以下任務(wù)。

（1）與液壓控制系統(tǒng)一起來(lái)協(xié)調(diào)控制各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的所要求的工作循環(huán)。（2）控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，控制油泵電機(jī)和吸塵電機(jī)的啟動(dòng)和停止等。

7 應(yīng)用

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，我們制造了除銹樣機(jī)，樣機(jī)經(jīng)過(guò)調(diào)試后，我們投入生產(chǎn)中進(jìn)行試運(yùn)行，1年多來(lái)，共完成了十多種直徑型號(hào)，5萬(wàn)多米彈架管的除銹加工作業(yè)，經(jīng)除銹后的彈架管，表面無(wú)鐵銹附著情況，彈架管表面光亮平滑，適合激光切割要求。

8 結(jié)語(yǔ)

除銹方法改進(jìn)后，通過(guò)對(duì)不同外徑的射孔槍用彈架管進(jìn)行表面除銹試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)分析，可以得出結(jié)論。

（1）采用鋼絲輪刷對(duì)彈架管進(jìn)行摩擦除銹，要比人工用砂紙擦拭除銹效果好。（2）采用鋼絲輪刷裝置的轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在150轉(zhuǎn)/分～200轉(zhuǎn)/分。（3）彈簧的作用力要用行程調(diào)整螺桿控制，保證鋼絲輪刷上的鋼絲在彈架管表面彎曲不超過(guò)2mm。（4）效率高，除銹機(jī)的加工效率可達(dá)40米/小時(shí)，比改進(jìn)前工效提高5倍。（5）勞動(dòng)強(qiáng)度低，操作簡(jiǎn)便，同改造前比，現(xiàn)除銹操作人員由4人減少為1人。（6）彈架管除銹后合格率100%。

除銹機(jī)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)制造后，已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)中，經(jīng)實(shí)踐證明除銹機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，性能良好可靠，操作方便，可以極大地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，完全滿足使用要求，達(dá)到了預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)效果，可在同行業(yè)大力推廣。

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