弹架管除锈机的设计及应用

熊健

（大庆油田射孔器材有限公司，黑龙江 大庆 163000）

弹架管是石油射孔行业使用的一种长约6．5米，壁厚约1．5毫米的空心合金钢管，它经过激光切割加工后成为各种尺寸的弹架，弹架装配上射孔弹后，才能进行油井射孔作业。现各种直径尺寸的薄壁钢弹架管在激光加工切割中使用越来越多，而很多弹架管的表面有铁锈，在激光切割前必须进行除锈处理，不然它会严重地影响弹架的加工质量，造成激光切割出的弹架表面毛刺大，切割不透等问题，有时甚至损坏激光切割机的重要部件感应头，给公司造成极大的经济损失。我公司的弹架管现采取人工用砂纸擦拭除锈的方法，虽简单，但效率低，劳动强度大，难以保证弹架管的除锈质量。考虑到这种情况，为生产需要，我们设计了一台用动力钢丝轮刷进行刷削的弹架除锈机。

1 结构简图及工作过程

弹架除锈机，主要由动力传动装置，钢丝轮刷装置，导向装置，液压送进装置，电器控制箱，防尘罩等组成。如下图1所示。

除锈前，将弹架管定位于中心架14上，移动块4粗调整，使钢丝轮刷接近弹架管，精调整三个螺杆10，使钢丝轮刷轻压在弹架管上，按下电器控制箱上启动按钮，电机13开始转动，主电机经减速皮带轮5使空心轴1转动，空心轴再带动T形槽盘3和移动块4转动，移动块4、调整杆10和钢丝轮刷15連接在一起，因此它们一同旋转。轻压在弹架管上的三个旋转的钢丝轮刷，利用钢丝的弹性力对弹架管表面进行刷削除锈，弹架利用液压送进装置，从左至右送进，到弹架送进完毕，此管除锈才算完成。

图1 装配图

2 钢丝轮刷去锈原理

钢丝轮刷可看成是一种多刃切削刀具，每根刷丝皆能进行切削加工，在弹架管表面和刷子钢丝接触的过程中，由于它们之间有相对较轻的挤压接触力，利用动力电机带动钢丝刷高速旋转，通过它们之间的相对运动，借助于钢丝刷对弹架管的连续摩擦、切削，对弹架钢管进行除锈，达到去除弹架管表面铁锈的目的。

3 设计方案的选择

主要针对如何提高除锈效率，考虑采用何种结构及运动方式。

方案一：弹架旋转送进，每个钢丝刷绕自身主主轴旋转。

从方案一上分析，弹架送进定位，需使用中心架。需要用使弹架转动和送进的动力装置，因弹架管长，有一定的弯曲，旋转时，摆动大，摩擦不充分，影响除锈效果。另外动力装置有一定重量，必须设计与弹架相应长度的送进导轨，三个钢丝轮刷的自转，需配备相应的动力系统，因考虑到相互间的位置关系，需独立的三个动力装置。

方案二：弹架直线送进，三个钢丝刷绕弹架管主轴作旋转运动。一方面三个钢丝刷在盘3的带动下，整体绕弹架管子中心旋转刷削，另一方面每个钢丝刷自身在不平衡切削力的作用下，绕自身轴线旋转，并作复合刷削运动。

从方案二分析，弹架送进定位，需使用中心架，送进需提供动力，三个钢丝轮刷的旋转，需配备动力装置，因是绕弹架管旋转，三个轮刷可设计成使用一个动力装置。

两种方案的效果对比如下表1所示。

表1

通过对两种方案的效果对比，我们选择了方案二。这种轮刷空套结构的优点在于（1）钢丝轮刷在绕弹架管公转的同时，也绕调整杆自转，这样可以使钢丝轮刷整个端面都可利用来进行磨擦、切屑除锈，提高了钢丝轮刷的使用寿命和除锈效果。（2）始终保持对弹架管的一定的摩擦力。新轮刷刚开始工作时，弹架管送进到位，弹架管与轮刷弹性接触，它对轮刷有一定的反作用力，迫使轮刷工作时离挡板1有3毫米左右的距离，轮刷使用一段时间以后，钢丝轮刷磨损变短后，不需要马上更换钢丝轮刷，而是轮刷在弹簧力的作用下，自动向挡板1移动进行补偿，从而使除锈效率得到提高。

4 动力传动装置

刷削除锈所需的力比较小，弹架与刷轮之间的冲击也不大，而且作用的力多为径向力，故选用了运转平稳，结构紧凑的深沟球轴承。轴承内环与空心轴采用过渡配合，两个轴承之间加装挡套9，增加空心轴1的支撑面，从而保证运转的平稳性。零件在轴上的轴向固定采用轴肩、轴端挡圈等形式。为防止空心轴转速过快，钢丝轮刷对弹架的冲击过大，选用了转速较低的电机，并用皮带轮进行一级减速。

5 液压送料方案

图2

本液压系统主要由油源供给部分、控制调节部分、辅助部分和执行部分组成。

除锈机送料运动的控制回路如图2所示，其工作原理为：这里只对其快退控制回路做一简单介绍。压力油经单向阀1到达三位四通电磁换向阀2，这时换向阀2右边电磁铁2DT通电，液压油经过外控单向阀3。单向阀8（可调节流阀9此刻不起作用)到达油缸右腔，使得右腔压力上升，此刻两位两通电磁换向阀7断电，油缸左腔压力回油通过换向阀7右端(此刻可调节流阀6，单向阀5不起作用)，压力回油通过液控单向阀4、换向阀2回入油缸。该回路通过换向阀的电磁铁通电来控制油路方向，增加了两位两通换向阀7，利用它的通断来实现工进、快退不同速度的转换。

6 电气系统设计方案

除锈机电气控制主要有以下任务。

（1）与液压控制系统一起来协调控制各个运动部件的所要求的工作循环。（2）控制驱动电动机，控制油泵电机和吸尘电机的启动和停止等。

7 应用

根据设计图纸，我们制造了除锈样机，样机经过调试后，我们投入生产中进行试运行，1年多来，共完成了十多种直径型号，5万多米弹架管的除锈加工作业，经除锈后的弹架管，表面无铁锈附着情况，弹架管表面光亮平滑，适合激光切割要求。

8 结语

除锈方法改进后，通过对不同外径的射孔枪用弹架管进行表面除锈试验，经过数据比对分析，可以得出结论。

（1）采用钢丝轮刷对弹架管进行摩擦除锈，要比人工用砂纸擦拭除锈效果好。（2）采用钢丝轮刷装置的转速应控制在150转/分～200转/分。（3）弹簧的作用力要用行程调整螺杆控制，保证钢丝轮刷上的钢丝在弹架管表面弯曲不超过2mm。（4）效率高，除锈机的加工效率可达40米/小时，比改进前工效提高5倍。（5）劳动强度低，操作简便，同改造前比，现除锈操作人员由4人减少为1人。（6）弹架管除锈后合格率100%。

除锈机经过设计制造后，已经应用到生产中，经实践证明除锈机结构设计合理，性能良好可靠，操作方便，可以极大地减轻工人的劳动强度，完全满足使用要求，达到了预计的设计效果，可在同行业大力推广。

参考文献：

[1]徐灏主编．机械设计手册1[M]．机械工业出版社．1988．

[2]增正明主编．机械工程材料手册—金属材料[M]．机械工业出版社,2003．

[3]成大先 主编 《机械设计图册》 化学工业出版社 1997年．

[4]蔡春源 主编《机电液设计手册》 机械工业出版社1996年．