石油射孔弹弹壳切大端液压半自动化改造.pdf

石 油机械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 1年第 3 9卷第 l 0期 ●加 工制造 石油射 孔弹弹 壳切大端液压半 自动化 改造 原庆 春 熊 健 付万凤 大庆油 田装备制造集 团射孔 弹厂 摘要 针对石油射孔弹弹壳生产线关键加工工序和质量控制点弹 壳切 大端长期 以来存在 的诸多弊端进行 了彻底改造。通过将刀架由前置 改为后置，将手摇机械 手轮 改为液压缸驱动，主 轴 由正车改为反车，同时设计了电子横 向微调和对刀机构，在普通车床上实现 了弹壳切大端液压 半 自动切断控制和方便快捷 的对刀及尺寸微调功能。改造后的使用情况与改造前相比，劳动强度 大幅降低 ，加工尺寸控制变得稳定，加工端面表面粗糙度大大降低 ，同时效率提高约 1 7 ％。 关键词 射孔弹弹壳 切大端 液压驱动 半 自动改造对刀机构 尺寸微调 常规 的石油射孔 弹弹壳 加工工艺复杂 ，共有 1 2道工序，其 中切大端是弹壳加 工关键工序 和质 量控制点 ，尺寸精度要求较高 ，内腔深度和外圆直 线长度要求公差范围 一 0 ／ 0 ． 1 2 ，外 圆直线长度要 求公差范围 一 0 ／ 0 ． 1 5 。长期 以来切大端工序存在 以下不足 使用普通车床 ，采用手工操作 ，进刀和 退刀全部 由手摇机械手轮完成 ，劳动强度大；尺寸 控制经常不稳 ，工作 中需反复调节 ；加工后大端面 的表面粗糙度较高 ，表面刀痕明显可见 ，表面粗糙 度仅能达到 R a 2 5左右 ，而实际要求 R a 3 ． 2 ，满足 不了日益严格的质量控制要求。针 对这些不利 因 素 ，笔者决定对切大端工序进行彻底改造 。总体方 案确定为通过机 、电、液人性化改造 ，将普通车床 升级成为经济实用的液压半 自动切断车床。 1 改造总体方案设计 为了操作方便 ，将刀架 由前置改为后置 ，将手 摇机械手轮改为液压缸驱动。为此须将横向中托板 丝杠和机 械手 轮去掉 ，改 为 由后 置液 压缸经 连接 螺 杆驱动中托板和刀架 。液压缸通过支架安装在中拖 板后面。与此同时 ，主轴由正车改为反车。尺寸控 制 中 ，设计 电子 横 向微 调 和对 刀机构 ，通过 一角铁 支架安装在中拖板前端，使得对刀和进刀尺寸调节 更加容易和方便 。操作时 ，规定单手操作 ，送料完 成后启动进刀按钮 ，确保了人身操作安全。设计 了 急退和紧急停车 2级保险措施 ，如打刀时 ，一般情 况使用急 退按钮 ，退 刀保 护 ；紧急情 况使用 紧停 按 钮 ，主轴和液压泵同时关机保护。 1 ． 1 机械部 分 机构部件连接如 图 1所示 ，选用缸径 8 0 m m 带弹簧的液压缸 ，设计并加工 M 2 1 5 左旋 的 连接螺杆 ，充 分利用横 向滑板上 的调整螺母 和螺 钉 ，完成动力和运动的传递 ，即液压缸活塞 连接 销一连接螺杆一螺母一螺钉一横向中拖板一刀架 。 图 1 机构部件连接 示意图 l 一液压缸 ；2 一弹簧 ；3～5 一螺钉 ；6 一螺母 ；7 连接螺杆 。 液压缸安装时，设计 了安装支架 ，见图 2 。利 用支架上 2个 1 2 mm孑 L 通过 M1 2螺栓将支架正面 图 2支架结构 图 固定到该导轨立面 ，利用支架上 2个 O m m孔分 2 0 1 1 年第 3 9卷第 1 0期 原 庆春 等 石油射孔 弹弹 壳切 大端液压半 自动化改造 ．． 7 9．． 别与 2个专用拉杆的一端通过双螺母连接 ，拉杆另 一 端垂 向用 M1 4专用螺杆 与导轨 顶 面紧 固连接 。 液压缸 则通 过 2个 0 1 6 m m安 装孔 固定 在 支架 上 。 1 ． 2 液 压 系统 液压控制原理如 图3所示 。驱动液压缸选用 弹 簧复位液压缸 ，活塞前进动力来 自液压油 ，而后退 复位则来 自弹簧力。来 自液压油箱 的2 MP a 液压油 分 2路 ，左路 由单向阀去往液压尾座 ，右路经减压 阀降为 0 ． 6～2 MP a ，可 由压力表显示 ，再经节 流 阀至两位三通 电磁换 向阀 Y A1左位进人油缸 的下 腔 ，推动活塞 向前 接 近主轴方 向运动 ，活塞 带动螺杆一螺母一 刀架 进刀 。退刀时 电磁 阀 Y A1 失 电，弹簧推动活塞 向后 远离主轴方向运动 ， 下腔油经电磁换向阀 Y A 1右位一 单向阀 I 2 一 二位 二通电磁阀 Y A 2左位一油箱卸压 。 液压 } 君座 l 6一 。脊 图 3液 压 控 制 原 理 图 1 一切 刀；2 一刀架 ；3 一丝杆 ；4 一液压缸 ；5 一 电磁换 向 阀Y A1； 6 一 节流 阀 ； 7、 1 1 一 单 向阀 ； 8 一 开 关 ； 9 一 减压 阀； 1 O 一压力表 ； l 2 一电磁换向阀Y A 2； 1 3 一溢流 阀； 1 4 一定 量泵 ； 1 5 一 过滤 阀 ； 1 6 一联 轴器 ； 1 7 一 电动机 。 溢流阀调整系统压力 ，减压阀调整进 给压力 ， 节流阀调整进给速度 ，电磁换 向阀 Y A1起进 给和 后退切换作用 ，Y A 2起对 刀和退刀 切换作 用 ，单 向阀 I 1能够有效地 隔离液压缸进给压力波动对液 压尾座 的干扰 ，单 向阀 I 2有效地阻止后退 时液压 缸 油腔 油流 尽及 混入 空气 ⋯ 。 依据上述油路 ，笔者 自行制作 了通油板 ，将各 板式阀集中固定在一块通油板上 ，统一引出管接头 规 格 ，再经 管线 连结液 压 缸和 油箱 。 1 ． 3主要 设计 参数 横 向驱动液压缸缸径 8 0 m i n ，行程 2 5 ra i n，进 给压力 0 ． 6～ 2 ． 0 MP a ，液压驱动力 3～1 0 k N，进刀 速度 0 ． 1～ 0 ． 3 m ／ m i n ，快速退刀速度 0 ． 6 m ／ m i n 。 1 ． 4横 向微 调和 对 刀机构 1 ． 4 ． 1 原 理 横向微调和对刀机构原理如图 4所示。 图 4微 调 和 对 刀机 构 原 理 图 1 、9 一指示灯 ；2、8 --弹簧 ；3 --接 近开关 L A1 ；4、6 -- 导柱 ； 5 一螺杆M1 01 ． 5； 7 ～接近开关 L A 2 ； 1 0 一微调手轮。 利用安装在中拖板前端 的前后位置可调节的感 应式 电子接近开关来检测中拖板横向位置 ，发出命 令控制电磁换 向阀来调节进刀深浅 ；利用横向间距 0 ． 5 m m排列的双接近开关分别控制刀架前后微动 ， 从而实现对刀和横 向尺寸微调功能 ；利用弹簧缓冲 保护接近开关 。手柄旋转 1周 ，调节 1 个螺距 1 ． 5 m m，总调节行程设计为 2 5 m m。 手柄顺 时针 右旋 旋转 时，接近开关在螺 杆带动下 向后 远离主轴方 向运动 ，刀架跟进 ； 手柄逆时针 左旋 旋转 时 ，接近 开关 在螺杆带 动下向前 接近主轴方 向 运动 ，刀架 后退。弹 簧起到防止开关撞坏的保护作用 。2支感应接近开 关选用 同规格型号 ，感应动作距离 4 m m，这样可 确保尺寸微调时液压缸进退动作的灵敏度 。 1 ． 4 ． 2对 刀步骤 1 首先将选择 开关 S扳到对刀位 置，电磁 换 向阀 Y A1的电磁线 圈 D T 1通 电，Y A 2的电磁线 圈 D T 2断电，刀架进到行程电限位 L A 1 后停止 。 2 开始上 刀 ，刀尖对 准心轴后用 手轻轻带 紧紧固螺栓 。然后左旋电子微调手轮半周 ，刀架后 退约 0 ． 7 5 m m，用刀架扳手紧固刀体。 3 右 旋手轮 ，刀架 微进给 ，重新 确认 刀尖 横向位置 ，横 向对刀完成。 4 纵 向对刀 ，装夹样件 ，调节刀架小托板 机械手轮完成对刀。 5 将选择开关 s扳到半 自动循环工作位置 ， 刀架快速后退至后限位 ，准备工作 ，对刀完毕。 1 ． 5电气控 制设 计 设计了2种控制电路控制液压电磁阀，主轴和液 压泵急停电路略。继电器控制电路原理如图5所示。 石 油机械 2 0 1 1 年第 3 9卷第 1 O期 图 5 继 电 器控 制 电路 原 理 图 当开关 S扳到对刀模式时 ，K A 0关 ，其常开 点将 K A 3置于关，此 时 由 L A1 、L A 2控 制 D T 1、 D T 2实现对刀和横向尺寸微调功能。开始时刀架在 复位弹簧作用 下处 于后 限位，L A1 、L A 2都关 一 K A 1 、K A 2关一 D T l开，D T 2关一 刀架前进一 L A 1 开 一K A 1开一D T 1 关 ，此 时 K A 2关 ，D T 2关刀架 停在 L A 1限位处 。此 时即可装刀对刀。若手柄顺 时针 右旋 旋转 时，接近开关在螺杆带动下 向 后 远离主轴方 向运动 ，L A 1关 ，刀架继续前 进 ，手柄停止旋转 ，则刀架也停止。若手柄逆时针 左旋旋转时，接近开关在螺杆带动下向前 接 近主轴方 向运动 ，L A 1开 一K A 1开 一D T 1关 ， 而 I A2开 一 K A 2开 ，D T 2开刀架 后 退 ，当后 退 到 L A 2关 时 ，D T 2关 ，而此 时 L A 1开 一 D T l 关 ，刀 架停止后退 。如此实现进刀和退刀双向调节 。 当开关 s扳 到半 自动循 环工作模 式时 ，K A 0 开 ，D T 2始终开，D T 1 关 ，刀架在复位弹簧作用下 由当前位后退至后 限位。按下 S B 2开时 K A 3开一 D T 1 开 ，刀架前进一L A1 开一K A1 开 D T 1 关 ，刀 架在 复位 弹簧 作用 下后 退 至后 限位。每按 1次 S B 2，刀架进退循 环 1次 ，如 此反复 由 K A 3控制 D T 1 得 电与失 电来实现刀架进与退。此 时 L A 2可 起到双重限位作用。 选用西门子可编程逻辑智能模块 L O G O进行 控制。该模块具有可靠性高、故障率低的优点 ，控 制电路如图6所示。 图 6 L OG O 控 制 电路 原 理 图 2 应用效果 石油射孔弹弹壳切大端工序在 2台普通车床上 成功改造后交付生产使用 ，使用过程中实现 了刀架 横 向液压半 自动化控制。由于采用液压无级匀速进 给，内腔深度公差稳定在 0 ． 0 4 mm范 围内，不必 再频繁调节 ，同时外圆直线长度尺寸更稳定；表面 加工刀痕肉眼不可见或微见 ，加工端面表面粗糙度 由原来 R a 2 5左右降到 R a 3 ． 2以下 ，大大提高了加 工质量。由于改造前完全是手动非匀速进给 ，时有 打刀故障发生 ，据统计每班刀块由原来的 4块降到 目前的 1 ． 5块 ，进一步节约了生产成本。 体现在人性化操作上 ，改善 了作业条件。改造 前每班手摇手轮进退约 1 8 1 0次 ，改造后仅须掀动 按钮 ，工人劳动强度大大降低 ；刀架 由前置改为后 置 ，方便 了工件装卸 ，满足 了 HS E作业条件 ，工 人工作热情明显提高。根据数字统计 ，原来人均班 产量仅有 1 8 1 0发 ，改造后 2 1 1 7发左右 ，效率较 改造前班产提高约 1 7 ％，班产提高达 3 0 0发。 3 结 论 1 石油射孑 L 弹 弹壳切大端 改造 中，横 向微 调和对刀机构设计巧妙 ，可实现进刀和退刀双向调 节。行程控制和调节设计采用高精度的电子接近开 关方案，而没有采用复杂的机械调节机构 ，实践证 明该技术是可行 的。 2 液压缸选 用弹簧复位式 ，可 简化液 压和 电路设计 ，并可降低改造成本 ，刀架位置由前置改 造为后置 ，方便工件装卸和安全操作。 3 该项 改造 自主创新 ，投 入 少，见效 快 ， 总体技术含量较高，改造过程考虑到人机工程学和 H S E理念 ，充分体现了人性化设计 。 参考文献 [ 1 ] 丁树模 ．机械 丁程 学 [ M] ． 北 京 机 械工 业 出版 社 ，2 0 0 8 ． 第一作者简介 原庆春 ，工程师 ，生 于 1 9 7 1 年 ，1 9 9 3 年毕业于哈尔滨机 电专科 学校 电气 技术 专业 ，现从 事设备 维护和改造工作。地址 1 6 3 8 5 3 黑龙江 省大庆 市。电话 0 4 5 9 4 6 9 6 4 3 9。Ema i l y u a n q i n g c h 1 6 3 ． c o i n。 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 2 9 本文编辑刘峰