任明杰

(金屬材料擠壓/鍛造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西710032)

油田采油廠從油井收集回來(lái)的鉆桿、油管經(jīng)過(guò)清洗、矯直、通徑、試壓等工序后，重新返回油井使用，大量的油管、鉆桿返井前需要排整，堆放，目前大多采油廠都是通過(guò)人工完成上述工作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工人作業(yè)環(huán)境比較惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大。應(yīng)用戶要求，我們研發(fā)了一套排管生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線能夠?qū)⑴夸摴茏詣?dòng)整齊排列成垛，再將成垛鋼管運(yùn)送到指定倉(cāng)位，極大的方便了工廠管理，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 全自動(dòng)排管生產(chǎn)線組成

全自動(dòng)排管生產(chǎn)線主要由輸送輥、上料鉤、斜臺(tái)架、擋料臂、排管小車、搬運(yùn)車和固定料倉(cāng)組成，如圖1所示。

2 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

裝機(jī)功率：45 kW

排管速度：30根/min

鋼管規(guī)格：?60.3 mm～?139.7 mm

3 工藝流程

鋼管經(jīng)清洗、矯直、通徑、試壓等工序后由輸送輥道送至待料位，翻料鉤將鋼管翻到斜臺(tái)架上，鋼管靠自重沿斜臺(tái)架滾動(dòng)，滾到末端后被擋料臂擋住，擋料臂隨后擺動(dòng)打開(kāi)，鋼管落在排管機(jī)的料叉上，接著又排下一根鋼管直至料滿，然后將排管機(jī)后退一段距離，搬運(yùn)機(jī)將成垛的鋼管吊運(yùn)至指定料倉(cāng)，這樣就完成了一垛鋼管的排放。

1—輸送輥道 2—錯(cuò)位翻板 3—翻料鉤 4—斜臺(tái)架 5—擋料臂 6—排管機(jī) 7—搬運(yùn)機(jī) 8—料筐圖1 全自動(dòng)排管生產(chǎn)線Figure 1 Production line of automatic arranging pipe

4 設(shè)備組成部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能

4.1 輸送輥道

輸送輥道的功能是將要入倉(cāng)的鋼管送至指定工位。

輸送輥道由一組輥道、一個(gè)定位擋板和檢測(cè)裝置組成。輥道間距為1.8 m，每個(gè)輥道主要由一個(gè)V形輥、一臺(tái)電機(jī)減速機(jī)、兩個(gè)軸承座和一個(gè)支架組成。

定位擋板位于輸送輥道端頭，由一個(gè)活動(dòng)擋板和一個(gè)固定擋板組成，活動(dòng)擋板在前端，固定擋板在后端，兩擋板的距離略大于接箍長(zhǎng)度，排第一層鋼管時(shí)，活動(dòng)擋板落下，鋼管由固定擋板定位，排第二層鋼管時(shí)，活動(dòng)擋板抬起，鋼管由活動(dòng)擋板定位，這樣，兩個(gè)擋板交替定位，相鄰兩層鋼管接箍前后錯(cuò)開(kāi)，不會(huì)使料倉(cāng)中鋼管因接箍頭一端太高而過(guò)分傾斜。接箍管錯(cuò)位排放如圖2所示。

圖2 接箍管錯(cuò)位排放Figure 2 Arranging by the dislocation of pipe with threads on ends

定位擋板前設(shè)有檢測(cè)裝置，當(dāng)鋼管接近定位板時(shí)，檢測(cè)裝置發(fā)信號(hào)，輥道轉(zhuǎn)速降低，鋼管減速緩慢接近定位擋板，防止產(chǎn)生劇烈撞擊。

4.2 翻料裝置

翻料裝置的功能是將鋼管從輸送輥道翻到斜臺(tái)架上。

翻料裝置由翻料鉤、氣缸和支座等組成。翻料鉤落下時(shí)，處于待料狀態(tài)，當(dāng)鋼管到位后，氣缸驅(qū)動(dòng)翻料鉤抬起，將鋼管翻到斜臺(tái)架上。氣缸上裝有排氣節(jié)流閥，氣缸動(dòng)作速度可調(diào)。

4.3 斜臺(tái)架裝置

斜臺(tái)架裝置的功能是支撐鋼管，由翻料鉤翻上來(lái)的鋼管在斜臺(tái)架上滾動(dòng)落入排管機(jī)。

斜臺(tái)架由槽鋼焊接而成，懸臂結(jié)構(gòu)，共四組，間距為2.5 m，排管機(jī)在其懸臂下方來(lái)回移動(dòng)接料。如果鋼管從斜臺(tái)架上直接滾落到排管機(jī)中，不僅會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊，而且還可能斜著落入排管機(jī)，落點(diǎn)不確定，使鋼管不能整齊排列。因此，在斜臺(tái)架末端安裝兩個(gè)擋料臂，擋料臂由氣缸驅(qū)動(dòng)，同時(shí)動(dòng)作，鋼管從斜臺(tái)架滾下先由擋料臂擋住，擋料臂打開(kāi)后，鋼管從斜臺(tái)架和擋料臂之間的空隙中掉落，這樣，鋼管滾落前得到緩沖，糾正傾斜，可以在同一位置平直掉落。

4.4 排管機(jī)

排管機(jī)是整個(gè)生產(chǎn)線的主要設(shè)備，由行走機(jī)構(gòu)、機(jī)架、升降料叉和液壓站組成，如圖3所示。其作用是將批量鋼管整齊排列成一垛，排第一根料時(shí)，排管機(jī)在行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，向左前進(jìn)至前限位，料叉在油缸的驅(qū)動(dòng)下上升至上限位，待料。第一根鋼管落下后，排管機(jī)向右移動(dòng)一個(gè)管箍直徑的距離后待料，第二根鋼管落下后，排管機(jī)向右再移動(dòng)一個(gè)管箍直徑的距離后待料，依次類推，一層料排滿后，料叉下落一個(gè)管箍直徑的距離，小車再向左前進(jìn)至前限位后接著前進(jìn)半個(gè)管箍的距離，這樣第二層的第一根鋼管下落點(diǎn)剛好在第一層的最右端的鋼管和料倉(cāng)支柱之間，第二層鋼管排滿后，料叉重復(fù)下落一個(gè)管箍直徑的距離后，下車向左前進(jìn)至前限位，接著排第三層鋼管，反復(fù)循環(huán)動(dòng)作，直至料倉(cāng)排滿。

1—行走機(jī)構(gòu) 2—機(jī)架 3—升降料鉤 4—液壓站圖3 排管機(jī)Figure 3 Arranging pipe machine

排管小車的機(jī)架由型鋼焊接而成，機(jī)架上方安裝有4組支柱組成的料倉(cāng)，每組間隔1.5 m，支柱內(nèi)側(cè)安裝襯板，更換襯板厚度可調(diào)整料倉(cāng)開(kāi)檔尺寸，使不同直徑鋼管都能以整數(shù)根排滿一排。車輪安裝在機(jī)架下面，支撐整個(gè)小車和鋼管重量。

升降料叉共三組，安裝在機(jī)架底盤上面，料叉兩側(cè)裝有導(dǎo)向輪，在C形導(dǎo)軌間上下運(yùn)動(dòng)。每組升降料叉分別由一個(gè)活塞缸驅(qū)動(dòng)，活塞缸大腔通有壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)料叉上升；大腔回油，料叉靠自重下落。

行走機(jī)構(gòu)由兩組電機(jī)減速機(jī)和齒輪齒條組成。電機(jī)減速機(jī)安裝在機(jī)架底盤兩側(cè)，齒條固定在地基上，兩側(cè)齒輪同步反向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)小車前后移動(dòng)。電機(jī)采用變頻調(diào)速，尾部帶有編碼器，通過(guò)PLC控制小車的速度和行走距離，使小車平穩(wěn)起動(dòng)和停止，行走位置精確?？招谐炭焖龠\(yùn)動(dòng)，節(jié)省輔助時(shí)間。液壓站給三個(gè)料叉油缸提供動(dòng)力，由油泵電機(jī)組、溢流閥、換向閥、支撐閥、節(jié)流閥、油箱和管道等組成。油泵電機(jī)組帶電旋轉(zhuǎn)，壓力油泵至油缸大腔，料叉上升，料叉到上限位后，油泵電機(jī)斷電，料叉在支撐閥的作用下保持位置。換向閥帶電，油缸大腔泄壓，料叉下降，下降一個(gè)管徑后，換向閥失電，支撐閥工作，料叉保持靜止。為了實(shí)現(xiàn)三個(gè)油缸同步下降，油缸中安裝位移傳感器，每組閥控制一個(gè)油缸，管路中設(shè)回油節(jié)流閥。調(diào)整節(jié)流閥，可使油缸下降速度大體同步，通過(guò)設(shè)定位移傳感器，三個(gè)料叉停在同一高度靜止待料。

4.5 搬運(yùn)機(jī)

搬運(yùn)機(jī)的功能是把排管機(jī)排好的鋼管吊到指定料倉(cāng)。搬運(yùn)機(jī)機(jī)架呈龍門結(jié)構(gòu)，起重機(jī)安裝在龍門架上方，通過(guò)兩根鋼絲繩吊起一根扁擔(dān)梁，兩個(gè)專用吊具在扁擔(dān)梁上左右滑動(dòng)。吊料時(shí)，扁擔(dān)梁升起，兩個(gè)吊具滑到左右兩側(cè)，搬運(yùn)機(jī)移動(dòng)到排管機(jī)正上方，扁擔(dān)梁落下，兩個(gè)吊具同時(shí)向中間滑動(dòng)，將排管機(jī)排好的鋼管套住，滑動(dòng)到設(shè)定位置后停止，接著起重機(jī)帶動(dòng)扁擔(dān)梁上升，將成垛的鋼管吊離排管機(jī)，然后搬運(yùn)機(jī)運(yùn)動(dòng)到指定料倉(cāng)后停止，扁擔(dān)梁下降，將鋼管放到料倉(cāng)中，接著吊具向左右滑動(dòng)，脫離鋼管，扁擔(dān)梁上升，完成一個(gè)搬運(yùn)循環(huán)。

4.6 電氣系統(tǒng)

電控系統(tǒng)主要由工控機(jī)、電控柜和操作箱組成。控制電機(jī)及泵閥的動(dòng)作，通過(guò)操作臺(tái)控制面板上的參數(shù)設(shè)置，設(shè)定排管機(jī)每一步的行走距離和料叉每一次的下降距離，以適應(yīng)不同規(guī)格的鋼管。

5 結(jié)語(yǔ)

該生產(chǎn)線能夠?qū)⑴夸摴茏詣?dòng)整齊排列成垛，并且自動(dòng)運(yùn)送到指定倉(cāng)位，目前運(yùn)行正常，得到了用戶的肯定，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的。

[1] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2010.