王玉奎

(胜利石油管理局渤海钻井总公司,山东东营257200)

新型管材升降输送装置的设计

王玉奎

(胜利石油管理局渤海钻井总公司,山东东营257200)

为满足加工和车修钻具、油管、套管的需要,研制出了一种实用、经济、可操作性强的管材升降输送装置,解决了严寒地区钻具、套管、油管在加工、车修过程中进出车床的问题。

管材;输送装置;设计;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

新疆北部属严寒地区,冬季温度在-30℃以下。胜利石油管理局渤海钻井管具公司在石河子建厂期间,遇到钻具、油管、套管(以下简称管材)进出车床的输送问题,为了解决这个问题,在充分利用原有设备的条件下,克服加工等方面的困难,研制了一种不受温度影响的新型管材升降输送装置,投入很少的资金,解决了管材在加工、车修过程中进出车床的问题,很好地满足了生产需要。

1 设计思想

将电动推杆的水平运动(前进和后退)转换成管材输送滚道的升降运动(上、下),利用滚道实现管材的输送。在车床对钻具等进行加工、车修时,滚道下降,利用移动式可调中心架支撑钻具的部分质量,使被加工的管材处于水平状态,保持管材平衡和转动平稳[1-2]。

2 结构和原理[3-4]

如图1所示,管材升降输送装置主要由电动推杆、推杆延长杆、推杆连杆、斜铁、输送滚道及电机、移动式可调中心架、支架、扶正环等组成。扶正环的作用是使推杆连杆和电动推杆在同一直线上,不至于产生弯曲。中心架的作用是利用中心架的转动滚轮,支撑钻具在加工时的部分质量;可以调节高度的目的是适用于不同直径的管材与加工车床同心,保持加工管材始终保持水平;移动的目的是用于不同长度管材的加工。

装置的工作原理是:电动推杆通过推杆延长杆、推杆连杆和斜铁,在电机的作用下推杆伸出或缩进,伸出时斜铁将输送滚道升起,使滚道的高度高于中心架的高度,在滚道电机的作用下通过滚轮输送管材前后移动;推杆缩进时,滚道下降,由中心架支撑管材的部分质量。在加工管材时,车床带动管材转动,由于此时滚道已经下降,因此,管材在转动时不至于磨损滚道。加工完成后,推杆伸出使滚道升起,将管材输送到规定位置,利用翻板机构将管材放到管架上,同时进行下一根管材的输送和加工工作。

图1 管材升降输送装置

3 受力分析和计算[4-5]

3.1 受力分析

斜铁的受力情况(推杆伸出瞬间,最大推力状态)如图2所示。

图2 斜铁受力分析

图2中,f1为斜铁与滚道支撑板间的静摩擦力;f2为斜铁与支架间的静摩擦力;F为电动推杆的推力;N′为由F产生的滚道支撑板对斜铁的作用力;G为实际质量;G′为管材的质量(约为实际质量的1/2);N为支架对斜铁的支撑力;f为摩擦力之和。图a为斜铁的受力分析;图b为斜铁产生f1摩擦力的受力分析;图c为摩擦合力的受力分析。

3.2 摩擦力 f1的计算

设斜铁(Q235)与滚道支撑板间的静摩擦因数μ=0.15(钢与钢的静摩擦因数为0.15),斜铁的角度θ为30°。实际应用中,管材长度一般在10 m以下,每个滚道间的距离为2.5 m,即只有3个滚轮在起输送作用。每个滚道的支撑力为管材质量的1/3,在计算中由于3个滚道的情况基本相同,因此,按3个合成后的最大推力状态计算。按质量最大(G=2 800 kg)、直径 ø229 mm的钻铤进行设计计算。由滚轮在滚道支撑板的中间位置可知,G′约为G的1/2,即1 400 kg。则推动滚道升起的瞬间最大静摩擦力为

3.3 摩擦力 f2的计算

3.4 摩擦合力的计算

f为钻铤放在滚道上,电动推杆推动各个滚道升起时所有滚道的摩擦力之和,每个滚道受到摩擦力为f/3。

选择的电动推杆额定推力F为9 800 kN,由此可见,F为f的2倍多,完全满足实际需要。而在滚道下降时,只受到f2的阻力作用。在实际应用中,一般情况是将滚道升起后再放置管材在滚道上进行输送,但设计计算时,必须考虑特殊情况,即按最大摩擦阻力进行设计,以确保装置工作的安全可靠。

4 结构特点及主要参数

4.1 结构特点

a) 结构简单新颖,安装容易,操作方便,便于维护。

b) 一机多用,节能,费用低,1台推杆带动多个滚道升降。

c) 适应性强,安全可靠。整套装置整体动作,克服了原来每个滚道用汽缸升降动作不统一,需要配套压风机及气管线、气控元件的缺点,解决了在严寒(新疆北疆)地区冬季温度低,汽缸无法正常工作的难题。

d) 设有行程限位开关,定位准确可靠,升降高度可调,调节范围大。

e) 设计推杆扶正功能,确保推杆不弯曲变形。

4.2 主要技术参数

a) 推杆电机5.5 kW,推杆的最大推力为9 800 kN,理论最大输送质量4 000 kg。

b) 滚道电机功率550 W,转速1 400 r/min,传动比1∶17,管材输送速度25 m/min。

c) 升降高度5～25 cm,根据实际需要可调,最大限度地满足生产需要。

d) 推杆最大行程480 cm,可根据需要调节。

e) 滚道间的间隔距离为2.5 m,保证每根管材由3套管道输送,可避免驱动力不够造成的打滑现象。

5 结语

该管材升降输送装置的设计完成和投产,解决了新疆北疆严寒地区冬季管材维修输送中滚道的升降问题,节约了资金,提高了生产效率,减轻了劳动强度,并先后在新疆石河子管具项目部、新疆轮台管具项目部、四川德阳管具项目部使用多套,使用效果良好,具有较好的推广应用前景。

[1] 尹晓丽,牛文杰,张中慧.钻杆自动传送系统及设计方案[J].石油矿场机械,2009,38(7):42-46.

[2] 王凌寒,肖文生,杨轶普.自动化管子处理装置在海洋钻井作业中的应用[J].石油矿场机械,2009,38(2):67-72.

[3] 成大先.机械设计手册:第1卷[K].北京:化学工业出版社,1994.

[4] 严导淦.物理学:上册[M].北京:高等教育出版社,2002.

[5] 北京钢铁学院.工程力学[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,山东邹平人,工程师,主要从事石油钻井设备、工具的研发与管理工作,E-mail:gjwyh@slof.com。