新型管材升降輸送裝置的設計

王玉奎

(勝利石油管理局渤海鉆井總公司,山東東營257200)

新型管材升降輸送裝置的設計

王玉奎

(勝利石油管理局渤海鉆井總公司,山東東營257200)

為滿足加工和車修鉆具、油管、套管的需要,研制出了一種實用、經濟、可操作性強的管材升降輸送裝置,解決了嚴寒地區鉆具、套管、油管在加工、車修過程中進出車床的問題。

管材;輸送裝置;設計;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

新疆北部屬嚴寒地區,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(以下簡稱管材)進出車床的輸送問題,為了解決這個問題,在充分利用原有設備的條件下,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、車修過程中進出車床的問題,很好地滿足了生產需要。

1 設計思想

將電動推桿的水平運動(前進和后退)轉換成管材輸送滾道的升降運動(上、下),利用滾道實現管材的輸送。在車床對鉆具等進行加工、車修時,滾道下降,利用移動式可調中心架支撐鉆具的部分質量,使被加工的管材處于水平狀態,保持管材平衡和轉動平穩[1-2]。

2 結構和原理[3-4]

如圖1所示,管材升降輸送裝置主要由電動推桿、推桿延長桿、推桿連桿、斜鐵、輸送滾道及電機、移動式可調中心架、支架、扶正環等組成。扶正環的作用是使推桿連桿和電動推桿在同一直線上,不至于產生彎曲。中心架的作用是利用中心架的轉動滾輪,支撐鉆具在加工時的部分質量;可以調節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;移動的目的是用于不同長度管材的加工。

裝置的工作原理是:電動推桿通過推桿延長桿、推桿連桿和斜鐵,在電機的作用下推桿伸出或縮進,伸出時斜鐵將輸送滾道升起,使滾道的高度高于中心架的高度,在滾道電機的作用下通過滾輪輸送管材前后移動;推桿縮進時,滾道下降,由中心架支撐管材的部分質量。在加工管材時,車床帶動管材轉動,由于此時滾道已經下降,因此,管材在轉動時不至于磨損滾道。加工完成后,推桿伸出使滾道升起,將管材輸送到規定位置,利用翻板機構將管材放到管架上,同時進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)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為電動推桿的推力;N′為由F產生的滾道支撐板對斜鐵的作用力;G為實際質量;G′為管材的質量(約為實際質量的1/2);N為支架對斜鐵的支撐力;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的計算

設斜鐵(Q235)與滾道支撐板間的靜摩擦因數μ=0.15(鋼與鋼的靜摩擦因數為0.15),斜鐵的角度θ為30°。實際應用中,管材長度一般在10 m以下,每個滾道間的距離為2.5 m,即只有3個滾輪在起輸送作用。每個滾道的支撐力為管材質量的1/3,在計算中由于3個滾道的情況基本相同,因此,按3個合成后的最大推力狀態計算。按質量最大(G=2 800 kg)、直徑 ?229 mm的鉆鋌進行設計計算。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。則推動滾道升起的瞬間最大靜摩擦力為

3.3 摩擦力 f2的計算

3.4 摩擦合力的計算

f為鉆鋌放在滾道上,電動推桿推動各個滾道升起時所有滾道的摩擦力之和,每個滾道受到摩擦力為f/3。

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

4 結構特點及主要參數

4.1 結構特點

a) 結構簡單新穎,安裝容易,操作方便,便于維護。

b) 一機多用,節能,費用低,1臺推桿帶動多個滾道升降。

c) 適應性強,安全可靠。整套裝置整體動作,克服了原來每個滾道用汽缸升降動作不統一,需要配套壓風機及氣管線、氣控元件的缺點,解決了在嚴寒(新疆北疆)地區冬季溫度低,汽缸無法正常工作的難題。

d) 設有行程限位開關,定位準確可靠,升降高度可調,調節范圍大。

e) 設計推桿扶正功能,確保推桿不彎曲變形。

4.2 主要技術參數

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

b) 滾道電機功率550 W,轉速1 400 r/min,傳動比1∶17,管材輸送速度25 m/min。

c) 升降高度5～25 cm,根據實際需要可調,最大限度地滿足生產需要。

d) 推桿最大行程480 cm,可根據需要調節。

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,可避免驅動力不夠造成的打滑現象。

5 結語

該管材升降輸送裝置的設計完成和投產,解決了新疆北疆嚴寒地區冬季管材維修輸送中滾道的升降問題,節約了資金,提高了生產效率,減輕了勞動強度,并先后在新疆石河子管具項目部、新疆輪臺管具項目部、四川德陽管具項目部使用多套,使用效果良好,具有較好的推廣應用前景。

[1] 尹曉麗,牛文杰,張中慧.鉆桿自動傳送系統及設計方案[J].石油礦場機械,2009,38(7):42-46.

[2] 王凌寒,肖文生,楊軼普.自動化管子處理裝置在海洋鉆井作業中的應用[J].石油礦場機械,2009,38(2):67-72.

[3] 成大先.機械設計手冊:第1卷[K].北京:化學工業出版社,1994.

[4] 嚴導淦.物理學:上冊[M].北京:高等教育出版社,2002.

[5] 北京鋼鐵學院.工程力學[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備、工具的研發與管理工作,E-mail:gjwyh@slof.com。