繞絲中心管內壁鐵屑清理機的研制

孫百舉（中石化勝利油田有限公司孤東采油廠生產準備大隊 山東東營 257237）

一、現狀調研

孤東油田地層出砂嚴重，防砂工作一直是作業和采油的重點工作。目前孤東油田采用不銹鋼繞絲管防砂，不銹鋼繞絲管防砂是一種較好的防砂技術。準備大隊負責Φ62×1.3 m、Φ62×2.3 m、Φ62×4.3 m三種規格繞絲中心管的加工任務。中心管鉆孔后，需要將中心管內壁鐵屑清理干凈，以防在使用過程中鐵屑落入井中，造成卡泵和劃傷柱塞等問題，從而影響作業施工質量。

在實際生產中，由于油管材料硬度比較高，而且鉆削面為曲面，由于鉆頭角度等問題，鉆孔后鐵屑會翻轉粘結在中心管內壁，不易清理。另外油管腐蝕、油污、鉆孔后摩擦產生磁性以及油管內徑尺寸不統一，完全靠人工很難將管內鐵削清理干凈。中心管使用量大，且每件中心管打孔數量多，工人們對每根中心管逐一清理，工人勞動強度大，工作效率較低。而且很難將鐵屑完全清理干凈，影響正常的作業生產保障和作業施工質量。

目前準備大隊現有數控鉆床一臺，普通鉆床兩臺，主要負責為中心管打孔。繞絲中心管內壁鐵削清理干凈與否，直接影響著影響孤東作業井的施工質量。因此，根據生產中的實際情況，設計研制繞絲中心管專用鐵屑清理機，以解決生產工作中遇到的實際問題。

二、繞絲中心管鐵屑清理機的設計方案

本設計的目的解決繞絲中心管內壁鉆孔鐵屑清理難題，設計一種投資小、清理效果好且效率高的中心管內壁鐵屑清理機。

其技術方案是：主要由導軌、刀頭、導桿、夾緊裝置、動力機構組成，所述的導軌的橫向主體上安設滾輪、虎鉗及導桿扶正裝置，導軌的一端設有進退電機，另一端設有鐵屑回收槽，所述的進退電機連接導桿的一端，導桿的另一端安設刀頭，通過刀頭伸入待清理的中心管，刀頭轉動前行，清理中心管。所述的刀頭設計為可調節式，所述的導軌的橫向主體上設有行程開關。

（一）清理機主要部件組成

1.導軌 長度9米左右。用于安裝進給小車和固定中心管，以及滾輪、控制線路等附屬設備。可用槽鋼或工字鋼自行焊制。

2.夾緊裝置 用于固定中心管，可自行加工滾輪，并使用虎鉗固定。

3.導桿 用于連接刀頭和旋轉電機。可用無縫鋼管加工制作，并在兩端設計加工連接刀頭和電機軸的部件，實現其旋轉運動。

4.刀頭 硬質合金刀頭設計為可調節式，用以解決刀具磨損及管壁腐蝕造成的尺寸誤差。

5.動力機構 由進給機構和旋轉機構組成，進給機構動力由0.37千瓦的三相異步電動機提供，通過自帶減速機構通過鏈輪鏈條傳動與進給小車輪軸連接，實現小車的前進與后退；旋轉機構由0.37千瓦三相異步電動機通過自帶減速機構并與導桿連接組成，電機帶動刀具可實現旋轉切削。

6.電氣組成 一組是通過三個按鈕、兩個行程開關、兩個交流接觸器以及一個熱繼電器構成的進給控制電路，實現小車的前進、后退以及到達位置自動停止。另一組有兩個按鈕，一個交流接觸器及一個熱繼電器構成的旋轉控制線路，可實現旋轉電機的運轉與停止。通過行程開關、按鈕、交流接觸器、熱繼電器等元件組成控制電路，實現小車的前進、后退以及導桿的旋轉與停止。

（二）清理機的工作原理

首先將中心管放到滾輪架上，并使用虎鉗夾緊；然后調整刀具尺寸至合適尺

寸，啟動旋轉和進給電機，導桿旋轉開始工作，導桿高速轉動，進退電機前進，開始磨削清理。清理結束后，由行程開關控制進退電機停止運轉，導桿停止轉動，由機體帶動導桿退出，使用回退按鈕使小車回退到指定位置，由行程開關控制自動停止，開始下一根清理工作。

三、中心管鐵削清理機的技術特點

中心管鐵削清理機使用安全可靠，結構緊湊，調整方便，具有以下技術特點：

1.夾具采用虎鉗定位裝夾保證位置精度及夾緊牢固。

2.刀頭部分采用Y T 15硬質合金，具有很高的硬度及耐磨性，延長刀具使用壽命，不易損壞，使用時間長久。刀頭部分采用可調試刀具，控制油管內徑尺寸誤差，解決油管內徑尺寸由于磨損，腐蝕等原因造成的內徑尺寸不統一，難清理的問題。

3.采用磨床和鏜床相結合的加工方式，可實現中心管內壁的有效清理。

4.采用普通電機工作方式，安全可靠，便于維護，實現了自動進給，操作人員省時省力。

5.制作簡單，只需購買電機和必要的電氣元件，導軌、小車、滾輪等部件，本單位能自己加工焊制，其投資小、占地空間不大，而且清洗效果好、效率大幅度提高。

四、解決的問題

中心管鐵屑清理機，解決了在中心管的加工過程中鉆床鉆孔后鐵屑難清理等問題，以Φ62×4.3 m中心管計算，鉆孔后的內壁清理工作平均需要20 mi n，而使用清理機后，可平均縮短10-15mi n，確保了中心管的加工質量和加工效率，同時大大減輕了人工的勞動強度。

五、效益分析

清理機的設計制作，從保護職工的身體健康出發，解決了中心管加工過程中內壁清理困難的問題，將極大地降低工人勞動強度，經濟效益和社會效益巨大。

（一）經濟效益

直接經濟效益：平均每天可以多加工12米（價格為110元/米），

全年增值：240米/月×12月×110元/米=31.68萬元

（二）社會效益

清理機的設計制作，使用安全可靠，結構緊湊，調整方便，特別適用于各種管材的內壁鐵銷的全面清理。清理機的研制，確保了準備大隊中心管加工項目的規模化開展，開辟了新的效益增長點。

六、結束語

在清理機研制的過程中，操作人員提供了一些與該課題相關的重要信息，在很大程度上促進了該專用工具順利研制。清理機結構簡單，自動化程度高，操作方便。在清理過程中，噪音小，通過設計不同刀頭可廣泛應用于各種管材、管徑的內壁除銹、清理，不受鋼管壁厚和材料的限制，通用性好，具有極大的使用推廣價值。

[1]謝克明，《自動控制原理》，電子工業出版社，2004年7月。

[2]易繼鍇等，《電氣傳動自動控制原理與設計》，北京工業大學出版社，1997年10月。

[3]聞邦椿，《機械設計手冊》第3卷，機械工業出版社，2010年1月。