挤缝机液压系统设计.pdf

2 0 1 5年 8 月 第4 3卷 第 l 6期 机床与液压 MACHI NE T OOL ＆ HYDRAUU CS Au g ． 2 01 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 1 6 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 1 6 ． 0 4 0 挤缝机液压 系统设计 邹炳燕 ，陈宽 ，杨 中力 ，钱逸秋 ，左 维 天津中德职业技术学院，天津 3 0 0 3 5 0 摘要为了提高割缝筛管防砂效果 ，介绍了割缝筛管新型复合缝腔台阶缝。根据台阶缝生产加工工艺要求 ．设计 了满足台阶缝新加工工艺的生产设备挤缝机及其液压系统。与以往的复合缝腔加工工艺比较 ，降低了生产成本，提高 了加工效率。 关键词石油筛管；台阶缝 ；挤缝机；液压系统 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 - 3 8 8 1 2 0 1 5 1 6 1 2 6 3 De s i g n o f S qu e e z e M a c h i ne Hy dr a u l i c S y s t e m Z O U B i n g y a n ，C H E N K u a n ，Y A N G Z h o n i ，Q I A N Y i q i u ，Z U O We i S i n o G e r ma n V o c a t i o n a l T e c h n i c a l C o l l e g e ，T i a n j i n 3 0 0 3 5 0 ，C h i n a A b s t r a c t I n o r d e r t o i m p r o v e t h e e f f e c t o f s l o t t i n g s c r e e n s a n d c o n t r o l ，t h e s l o t t e d s i e v e t u b e n e w c o m p o s i t e j o i n t c a v i t y s t e p s e a m wa s i n t r o d u c e d ．A c c o r d i n g t o t h e s t e p s e a n l p r o d u c t i o n p r o c e s s r e q u i r e me n t s ， s q u e e z e ma c h i n e a n d i t s h y d r a u l i c s y s t e m w e r e d e s i g n e d w h i c h m e t t h e n e w p r o c e s s i n g p r o d u c t i o n e q u i p me n t ． C o mp a r i n g w i t h p r e v i o u s c o m p o s i t e j o i n t c a v i t y p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y ， t h e p r o d u c t i o n c o s t i s r e d u c e d a n d t h e p r o c e s s i n g e f f i c i e n c y i s i mp r o v e d ． Ke y wo r d s O i l s c r e e n； S t e p s e a m ； S q u e e z e ma c h i n e ； Hy d r a u l i c s y s t e m 石油筛管的主要作用就是防沙 ，由于开采石油时 油井所处的地质、沙层不同，所采用的管子的种类不 同。石油筛管一般分为割缝筛管 、钻孔筛管、绕丝筛 管、桥式筛管和复合筛管等。割缝筛管的出现为水平 井和侧钻井 的发展 及高 砂油 藏 的石油 开 采提供 了条 件 。割缝筛管一般利用 石油套 管本体加工 ，特点是强 度高 、不易变形。 目前国内外油田广泛使用的割缝筛管的缝型分为 矩形、梯形及复合缝腔。矩形缝简单、易制造，但防 砂效果较差，部分砂砾可能卡死在筛管的缝内，成为 阻挡油气流进入油井的屏障。梯形缝 较复杂 ，制造难 度大 ，但砂砾可在缝处形成砂 桥而阻止砂砾进入油井 内，不会出现由于砂砾卡死在缝内造成砂堵的情况。 割缝筛管常见有 以下几种 加工 方法 1 高速 钢刀片铣削加工或 C B N立方氮化硼砂轮磨削法，一 般用于矩形缝加工，加工设备成本较低。 2 激光 加工法 ．一般用于矩形缝或梯形缝的加工 ，加工效率 较高 ；但在激光切割石油筛管的过程 中 ，存在着许 多 问题 ，激光形成的热源是移动热源，管材的温度场较 为复杂 ．在较小的空间 内存在较大的温度梯度。当工 艺方法不得 当、管子 较长 时 ，会 引起 管子 的热变形 。 3 等离子加工法 ，更适合于复合缝腔的加工 ，它 存在的最大问题是加工效率低，从而导致加工成本提 高 首先利用高速钢刀片铣削矩形缝 。再利用挤缝机 液压驱动压头油缸驱动多个挤压刀具 同时压 缝 ，由于 特制的刀具有一定的几何形状和角度，使缝 口两侧一 定宽度 内的金属 同时 向缝 口中间位置倾斜 ，发生塑性 变形。随着挤压刀具对工件表面的压深．进给油缸亦 推 动多个压头沿工件作轴 向移动 。经过几 次这样 的过 程 ，可使加工前 的矩形缝挤成外缝窄 、内缝 宽的台阶 缝截 面。 利用上述新工艺可 以较低成本加工新的缝型 断面台阶缝 靠近管外壁是窄缝段 ，保 留了断面矩形 缝 管壁强度 高的优点 ，可 以提高耐砂砾冲蚀 磨损的能 力 ；而靠近管 内壁是宽缝段，保 留了断面梯形缝 “ 过滤自洁”优点。而采用传统的加工方法 ．如 C B N 砂 轮片磨缝 、高速钢铣刀铣缝 、激光 切缝等 ，很难 加 工出断面台阶缝 ，特别是外 缝宽度 为 0 ． 1 1 T i m甚 至更 窄的缝 。 1 挤缝机工艺过程 挤缝 机工艺 过程见 图 1 ，液压原理见 图 2 。 送管夹紧缸进给 叫送管缸进 水平压紧缸返回H 压头油缸返回 耋 裹 I - J 送 管 缸 返 回 ， 水 H 紧缸返回 l l H 图 1 挤缝机工艺过程方框图 收稿 日期 2 0 1 4 0 5 1 8 作者简介邹炳燕 1 9 6 5 一 ，男，工程硕士，高级工程师，主要从事液压与气动教学和科研工作。E - m a i l z b y 6 5 0 9 0 1 s i 第 l 6期 邹炳燕 等 挤缝 机液压系统设计 1 2 7 2 0 图2 挤缝机液压原理图 送管 。因为要在长 十多米 的钢管上挤压若干组缝 腔 ，所 以采用液压缸 2 5 来 送管。液压缸 2 5的活塞杆 连接送管小 车 2 7 ，送管 小 车上两 只相 对安装 的液压 缸 2 6完成对无缝钢 管 的夹 紧 。因为整个 无缝 钢管在 挤缝机 上由若 干组辊 道支撑 ．所 以送 管需 要的输 出力 很小 。 钢 管在挤 缝机 上的压紧 。钢管送进 到位后 ，首先 由 4 根垂直压 紧定 位缸 3 3完成对 无缝 钢管 的垂直 压 紧定位。目的 1 保证无缝钢管在垂直方向紧贴 下支撑； 2 在 4根垂直压紧缸 2 9对无缝钢管进行 水平压紧时 ．保证无缝钢管在水平方 向不偏离设备轴 线。在垂直压紧定位缸的作用下，4只油缸 2 9不需 要 同步 阀控制 ，能保 证将 钢 管压 紧在 设备 的中轴 线 上。水平压紧缸 2 9压紧后 ．垂直压紧定位缸 3 3的定 位作用完成．可以复位。 挤缝 。钢管压 紧后 ，l 0只压 头油缸 3 1 进 给 ，分 别从左右两侧驱动装在压头油缸活 塞杆上 的挤压 刀具 压缝 。l 0只压头油缸安装在压头拖车 3 2上，2根压 头推进缸 3 0驱动压头拖车往复运动，即沿钢管工件 轴线作轴 向移动 ，挤压刀具对钢管工件表 面的矩形缝 腔外侧进 行挤 压 。钢 管 矩形 缝腔 外 表 面产生 塑 性变 形 ，由矩形缝逐渐变形 至台阶缝 。 2 挤缝机液压系统主要元件选择 根据实际工况分析，挤缝机工艺要求及计算 ，综 合考虑各液压缸速度 、推力 、系统 工作 压力 。选 择各 液压缸参数如下 1 一 吸 油 滤油 器 2 一 齿 轮 泵 }_ 溢 流 阀 单 向阀 5 _ _ 回油 滤油 器 6 、7 、8 、9 、1 0 、l l 一 电磁 换 向 阀 l 2、1 3 ～ 单 向节流 阀 1 4 、1 5 -- 减 压阗 1 6 、1 7 、1 8 --液控单 向阀 l 9 、2 0 一蓄能器 2 1 、2 2 、2 3 、2 4 、2 8 一 压力 继 电器 2 5 -- 送 管液 压缸 2 6 一 送 管夹 紧缸 2 7 一送 管 小车 2 9 一水平压紧缸 3 0 一压 头 推进 缸 3 1 --压头油缸 3 2 一压头拖车 3 3 一垂 直 压紧 定位 缸 元 件 编 号为 2 5的送 管 液 压 缸 1只 ，为 缸 径 5 O m m、活塞杆直径 2 8 m m、行程 5 6 9 m m的双作用单活 塞杆式液压缸 ，水平布置 。 元件 编 号 为 2 6的送 管夹 紧缸 2只 ．为 缸 径 6 3 IT l m、活塞杆直径 4 5 m m、行程 6 0 m m的双作用单活 塞杆式液压缸，水平对称布置。 元件编号为 2 9的横 向压 紧缸 4只．为缸径 6 3 r a m、活塞杆 直径 4 5 m m、行程 6 0 m m 的双作用 单活 塞杆式液压缸 ，分两组水平对称布 置。 元 件 编号 为 3 0的压 头 推 进缸 2只 。为缸 径 6 3 m m、活塞杆 直径 4 5 m m、行程 1 8 0 m m的双作用单 活 塞杆式 液压缸 ，水平平行 布置。 元 件 编 号 为 3 1的压 头 油 缸 l 0只，为 缸 径 5 0 m m、活塞杆直径 3 6 m m、行程 7 0 m m的双作用单活 塞杆式液压缸 ，分 5组水平 对称 布置 。压 头工作 时 ． 可对割缝筛管的直径方向单侧 5组、两侧共 1 0组割 缝同时进行挤压．有效提高挤缝机效率。 元件编号为 3 3的垂直 压紧定 位缸 4只 ．为 缸径 5 0 m m、活塞杆直径 3 0 m m、行程 5 0 m m的双作用单 活塞杆式液压缸 ，垂直平行布置 。 液压泵 选型 选择 定量泵 齿轮泵 2为 系统 供油 。 根据各液压缸最大工作速度 和工作压 力要求 ，选择齿 轮泵排量为 1 0 m L ／ r ，额定工作 压力 1 6 MP a 。 液压控制阀选型。选择液压阀时，应考虑其通过 最大流量时，不要有太大压降 ，以减少功率损耗及系 统发热。根据此系统额定流量和额定工作压力的要 求 ，各种 阀均确定规格 为 6 通径 。 机床与液压 第 4 3卷 电机参数选择。根据系统额定流量 1 3 L ／ m i n和 额定工作压力 1 6 M P a ，选择功率为 5 ． 5 k W、4极异 步 电机。 3 挤缝机液压系统工作原理 如图 2 所示 ，挤缝机液压系统主要 由电动机 、液 压泵、各种液压阀、各种液压缸、过滤装置及其他辅 助元件构成。根 据液压 系统所完成 的功能 ．将其 分为 供油单元 、送管单元、垂直压紧定位单元 、水平压紧 单元、压缝单元等几个部分。 供油 单元 交流 电动机通过联轴器将旋转机械能 传递给齿轮泵 ，溢流阀3 用于调定液压系统的最高压 力 1 6 M P a ；吸油滤油器 1 、回油滤油器 5在系统 工作 时对液压油进行 两 次过 滤 ；单 向 阀 4的作 用 1 防止液压 系统 中的压力 冲击 ．对液压泵 2造 成影 响 ； 2 在对液压 泵进 行拆装 维修 时避 免 系统 中的油液 倒 流 ，造成油液外泄和环境污染。 为了减少功率消耗 ，在系统不工作时由电磁换 向 阀 7 通过 中位实现卸荷。当液压系统其他部位工作 时 ，例如挤缝机开始挤缝 ，电磁换 向阀 7 换 向，使其 控 制的送 管 夹 紧缸 2 6处 于松 开 活 塞 杆缩 回 位 置，系统保压。 送管单元。当电磁换向阀7下位。压力油经电磁 换 向阀 7 进入送管夹紧缸 2 6的无杆腔 ，活塞杆伸 出 ， 实 现对钢管 的夹 紧。压 紧到位 ，压 力开关 2 9发 出压 紧信号。 电磁换向阀6下位．压力油经电磁换向阀 6 进入 送管液压缸 2 5的无杆腔 ．活塞杆伸出，实现对钢管 的送进 。送管速度 由单 向节流 阀 1 2调节 。送进 到位 ， 接近开关发出送管到位信号。 垂直压紧定位单元。当电磁换向阀 1 1 下位，压 力油经减压阀 1 5 、电磁换向阀 1 1 进入垂直压紧定位 缸 3 3的无杆腔 。活塞杆伸 出，实现对钢管的垂直压 紧定位。液控单 向阀 1 8实现保压 ，防止水平压紧缸 压紧前，其他液压缸动作影响其压紧力。考虑垂直压 紧定位缸只起辅助定位压紧作用，压紧力不能过大， 所 以该 回路设 置减压阀。 与此同时，送管单元复位。电磁换向阀7上位， 压力油经电磁换向阀 7 进入送管夹紧缸 2 6的有杆腔， 活塞杆返 回。送 管夹 紧缸 2 6返 回后 ，电磁 换 向阀 6 上位 。压力油经电磁换向阀 6 进入送管液压缸 2 5的 有杆腔，活塞杆返回，等待下一次送管。 水平压紧单元。电磁换向阀 l 0下位 ，压力油经 电磁换向阀 1 0 进入水平压紧缸 2 9的无杆腔，活塞杆 伸出，实现对钢管的水平压紧，同时向蓄能器 l 9充 压力油。液控单向阀 l 7配合蓄能器 1 9实现保压，防 止其他液压缸动作影响其压紧力。压紧到位，达到 压紧力上限 ，压力开关 2 1 发 出水平压紧到位信号。 整个压缝 过程 中 ，如果压力 下降 ，低 于压力 开关 2 2 设定的最低压紧压力，系统继续供油补压或停机报 警。 压缝单元。电磁换向阀9下位 ，压力油经减压阀 1 4 、电磁换 向阀 9进入 压头油 缸 3 1 的无杆 腔 ，活塞 杆伸出，实现对钢管表面矩形缝腔压缝。同时向蓄能 器 2 0 充压力油。液控单向阀 1 6配合蓄能器 2 0实现 保压，防止其他液压缸动作影响其挤缝力。压紧到 位 ，压力 开关 2 3发出压头 油缸 到位信 号。整个 压缝 过程中，如果压力下降，低于压力开关 2 4设定的最 低挤缝 压力 ，系统继续供油补压或停机报警 。 考虑压头 油缸 的工作压力直接与割缝 筛管挤缝后 的台阶尺寸相关 ，为适应不 同材质 、不同挤缝尺 寸等 要求 ，在该回路设置叠加式减压阀单独调节压头油缸 工作压力。 电磁换 向阀 8 下位 ，压力油经 电磁换 向阀 8 进入 压头推进缸 3 0的无杆 腔 。活塞 杆伸 出 ，拖 动压 头拖 车 3 2 前进。前进速度由单向节流阀 l 3调节。到达压 头拖车前终端，接近开关发信号 。电磁换向阀 8上 位 ．压力油经 电磁换 向 阀 8 进 入压 头推进 缸 3 0的有 杆腔 ，活塞杆返 回，拖动压头拖车后退。后退速度 由 单 向节流阀 1 3调节。到达 压头 拖车后 终端 ，接近 开 关发信号，电磁换向阀8换向。如此循环往复 ，直到 钢管上该组矩形缝均被挤压成台阶缝，该循环结束。 转动钢管或送进钢管 ，进行下一组缝腔的挤压。 4 结束 语 挤缝机制造 、安装调试 已完成 。经试 验验证 ，该 液压系统满足挤缝机的动作及参数要求。合理设计液 压及电气 自动控制系统。实现机、电、液一体化，提 高整机的技术水平。挤缝机加工的割缝筛管缝腔台阶 缝，满足了割缝筛管复合缝腔的要求，与以往的复合 缝腔加工工艺比较，既极大地降低了生产成本，又有 效提高了加工效率。 参考文献 [ 1 ]张建乔， 刘永红 ， 吕广忠． 复合缝腔割缝防砂筛管的设计 与应用[ J ] ． 石油机械， 2 0 0 5 9 3 0 3 3 ． [ 2 ]张建乔， 刘永红， 刘春阳， 等． 复合缝腔割缝筛管的流阻 分析及优化设计[ J ] ． 工程设计学报， 2 0 0 6 4 2 6 0 - 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