3收放电缆装置的研制.doc

收放电缆装置的研制小组名称：井下作业QC小组单位名称：大庆油田有限责任公司第八采油厂2015年12月31日目 录一、小组概况3二、选择课题3三、设定目标（目标可行性分析）5四、提出各种方案并确定最佳方案7五、制定对策表20六、按对策表实施21七、确认效果28八、标准化29九、总结与今后的打算29一、小组概况小组名称井下作业QC小组注册编号C8-2015-QC-05课题名称收放电缆装置的研制成立时间2015年1月课题类型创新型活动时间2015年1月-12月小组人数10人当年活动次数22次近三年获奖情况降低电泵井电缆故障率荣获2013年黑龙江省QC成果一等奖套铣打捞筒的研制荣获2014年石油工业QC成果二等奖抽油杆扶正器打捞筒的研制荣获2015年度集团QC成果一等奖2015年“井下作业QC小组”荣获“全国优秀质量管理小组”荣誉称号序号成员姓名年龄文化程度岗位、职称组内分工备注1王志贤42大学工程师组长2刘 勇40高中高级工组员3张兆欣32大学质量管理员组员4罗影坤45大学技术员组员5潘华峰43大学工程师组员6陈志成24大学实习生组员7张宇婷25大学实习生组员8刘书志42大学技术员组员9李俊峰24大学HSE管理员组员10任利宝49技校高级技师组员二、选择课题经过统计，2014年共有电潜泵采油井64口，电潜泵井检泵作业时，为配合电缆与管柱起下作业过程，目前采用人工收放电缆。具体操作步骤如下：安装绞盘：简易装置由两个支架和一个中轴组成。安装绞盘时，先将中轴穿入绞盘轴孔，然后用两个支架把绞盘支起，并用卡箍进行固定。收盘电缆：至少需要2人配合，一人用管钳咬住绞盘边缘，向下用力转动绞盘，另一人一手推动着转盘转动，一手排列电缆，完成收盘电缆操作。下放电缆：电缆随着管柱下行，一人用手抓住绞盘的边缘，利用手掌与绞盘的摩擦力控制绞盘转动速度，完成下放电缆操作，但存在如下问题：1、员工劳动强度较大经统计，作业大队平均每年检电泵收盘电缆工作量在2025口井次，转动绞盘的启动扭矩150Nm800Nm之间，单井操作时间16小时，员工劳动强度极大。2014年共发生操作员工闪腰、磕碰等轻伤13人次，严重影响正常作业施工，见表21。表2-1 2014年1-12月人员受伤情况统计表年龄范围人数腰肌劳损闪腰膝盖挫伤手臂擦伤下颌磕伤合计25455134321132、电缆损坏程度较高经过统计，2014年共检电泵井21口，发生电缆损坏9口井，电缆损坏长度936m，经济损失19000.8元，具体情况见表21。注：电缆价格20.3元/m表2-2 2014年1-12月电缆损坏情况统计表项目径向滑动（m）轴向滑动（m）电缆收放与管柱起下不同步（m）其它原因（m）合计（m）经济损失（元）数量5517550620093619000.83、市场装置不能满足我厂需要经过统计，目前有5种不同型号的绞盘，因其长度和高度的跨度较大，市场上的收放电缆装置无法实现对五种型号绞盘安装的通用功能。为解决人工收放电缆劳动强度较大及经常造成电缆损坏的问题，小组成员经过研究，决定将收放电缆装置的研制作为2015年活动课题。三、制定目标1、目标设定小组经过研究，将活动目标设计为：研制出可以安装五种不同型号绞盘的收放电缆装置，由人工收放电缆转化为机械收放电缆，使2015年电缆损坏由936m降至199m。2、目标可行性分析小组成员针对以上存在的问题，进行了目标可行性分析分析一：人工收放电缆劳动强度较大经过分析，小组成员认为，如果研制出用作业机液压源作为驱动力的收放电缆装置，操作人员通过操作控制手柄实现绞盘转动和制动，操作人员则可由2人降至1 人，就可达到降低员工劳动强度，减少操作人员伤害的目的。分析二：绞盘径向和轴向滑动造成电缆损坏小组成员经过研究，如果在绞盘两侧安装与绞盘轴孔尺寸相配合的轴套对绞盘两端进行固定，使绞盘轴孔与中轴同心，就可防止绞盘轴向和径向滑动造成的电缆损坏。由表21可知，此问题得到解决可减少电缆损坏230m分析三：收放电缆与油管起下速度不同步造成电缆损坏小组成员经过研究，如果设计一种绞盘转速调节装置，使绞盘收放电缆的速度与管柱起下的速度保持一致，就可以防止因收放电缆与管柱起下不同步造成的电缆损坏，由表21可知，此问题解决可以减少电缆损坏506m。经过分析可知，只要解决以上三个问题，可减少电缆损坏936m230m506m=200m199m，则2015年电缆损坏由936m降至199m目标能够达到。结论：目标可行。四、提出各种方案并确定最佳方案1、确定结构组成小组成员运用头脑风暴法对收放电缆装置结构进行了讨论，确定了收放电缆装置的四个组成部分，见图41。12341、支架部分 2、驱动部分 3、控制部分 4、辅助部分图41 收放电缆装置结构示意图2、提出总体方案小组利用亲合图进行了归纳总结，提出了收放电缆装置的总体方案，并绘制了总体方案树状图图42 收放电缆装置总体方案树图3、确定最佳方案小组成员针对制定的目标，从研制收放电缆装置所需的技术特点入手，根据现场实际情况，依据装置所需动力源、绞盘支撑方式的不同，对装置各组成部分方案进行了优选。 （1）支架部分方案优选1）支架类型优选为满足电缆绞盘的安装需要，针对支架类型提出了三种方案，并进行了方案优选支架类型方案方案三：移动式方案二：整体式方案一：分体式表41 分体式支架可行性分析方案一分体式示意图材质尺寸50旧油管选用原则：丝扣坏且内壁无磨损的旧油管62旧油管选用原则：丝扣坏且内壁无磨损的旧油管73旧油管选用原则：丝扣坏且内壁无磨损的旧油管单位：mm底座: 20004支架： 11002中轴：2250锥套：100卡箍：100工作原理中轴穿入绞盘轴孔，两端用锥套固定，根据绞盘长度，调节两底座位置，中轴坐在支架上用卡箍固定，完成绞盘安装挤毁压力40.6MPa，内屈服压力38.6MPa挤毁压力53MPa，内屈服压力50.1MPa挤毁压力37.1MPa，内屈服压力35MPa装置高度绞盘最高/2+转动间隙1100中轴长度绞盘最长+2卡箍长+2锥套长=2250经济性用料12.48m，平均材料费用234元利用废旧油管，节省成本利用废旧油管，节省成本利用废旧油管，节省成本按照绞盘尺寸设计，用料做到最省安全性底座可以支撑3.5t重的电缆和绞盘，受力不均易发生变形倾倒，且中轴丝扣易损坏，造成误工发生底座受到压强0.69MPa40.6MPa，可以满足需要底座受到压强0.56MPa53MPa，可以满足需要底座受到压强0.47MPa37.1MPa，可以满足需要底座为十字型: 200200且互成直角实用性装置结构简单，绞盘安装操作方便重量138kg安装方便重202kg，安装方便重量363kg，安装方便符合车宽要求，方便运输方案选择XXX结论不采用经过综合分析对比，分体式支架可支撑电缆和绞盘，但受力不均易发生变形倾倒，因此，方案一不选择。整体式支架由底座、支架和中轴组成。由表41可知，支架材质选择为62旧油管，因此方案二支架材质也选择为62旧油管，下面对整体式支架的形状和尺寸进行分析选择表42 整体式支架可行性分析方案二整体式示意图材质尺寸62旧油管选用原则：丝扣坏且内壁无磨损旧油管单位：mm底座: 长宽22501800支架： 1100中轴：2250锥套：100卡箍：100工作原理将中轴穿入绞盘轴孔，绞盘两端用锥套固定，中轴坐在支架上用卡箍固定，完成绞盘安装挤毁压力53MPa，内屈服压力50.1MPa装置高度绞盘最高+转动间隙1100中轴长度绞盘最长+2锥套长+2卡箍长2250经济性用料23.4m，材料费用438元利用废旧油管，节省成本按照绞盘尺寸设计，做到用料最省安全性拆装绞盘易造成中轴丝扣损坏，更换或加工中轴会造成误工，延长作业周期底座受到压强0.40 MPa53MPa，满足承载需要底座为长方型:长宽22501800实用性装置结构简单，绞盘安装操作方便重378kg，安装绞盘方便符合车宽要求，方便运输方案选择X结论不采用整体式支架安装绞盘易造成中轴丝扣损坏，更换或加工中轴会造成作业周期的延长，因此，不选择整体式支架。移动式支架主要由底座、固定机构、移动机构和支撑机构组成。支架材质选择62旧油管，下面对移动式支架形状和尺寸以及支撑机构的材质进行分析选择表43 移动式支架可行性分析方案三移动式示意图支架材质支撑机构材质尺寸62旧油管35#钢40#钢45#钢单位：mm底座:长宽高36001800200左支架高1100底：长X宽700X600顶：长X宽460X310半轴：442右支架高1100底：长X宽700X1020顶：长X宽250X220半轴：370轴径：60X55轴座：长X宽X高250X220X165硬度：3845HRC抗拉强度530MPa屈服强度315MPa硬度：4047HRC抗拉强度570MPa屈服强度335MPa硬度：4855HRC抗拉强度600MPa屈服强度355MPa工作原理移动机构下部装有限位滑轮，可在二层底座上滑动，通过移动机构和固定机构两半轴对绞盘夹紧支撑，实现绞盘的安装 挤毁压力53MPa，内屈服压力50.1MPa半轴用于支撑固定绞盘轴座用于固定半轴和连接支架半轴上安装有限位轴承半轴用于支撑固定绞盘轴座用于固定半轴和连接支架半轴上安装有限位轴承半轴用于支撑固定绞盘轴座用于固定半轴和连接支架半轴上安装有限位轴承装置高度底座高+支架+绞盘转动间隙=1100移动机构行程绞盘最长绞盘最短+活动间隙940经济性用料30.8m，费用577元 利用废旧油管，节省成本5.15元/kg价格适中5.25元/kg价格适中5.30元/kg价格适中按照绞盘尺寸设计，做到用料最省安全性二层底座设计防止受载变形，轴套设计四种型号，尺寸分别与五种型号的绞盘轴孔尺寸相对应，安装在半轴上使半轴与绞盘轴孔同心，保证装置平稳运行底座受到压强0.40 MPa53MPa，满足承载3.5需要模拟试验证明，半轴可承重10t安全性一般 模拟试验证明，半轴可承重11t安全性较高模拟试验证明，半轴可承重12t，安全性更高支架、半轴能够承载3.5t电缆和绞盘的重量，安全可靠实用性装置结构简单，安装绞盘方便支架重497kg，安装绞盘方便可以承载电缆绞盘重量可以承载电缆绞盘重量可以承载电缆绞盘重量可以安装五种型号绞盘，安装运输方便方案选择XX结论采用移动式支架结构简单，易于操作，运行平稳，因此，支架类型选择为移动式支架。2）半轴受力分析为保证半轴安全承载绞盘和电缆，小组用Solid Works有限元分析软件，对半轴进行了受力分析，具体步骤如下： 将半轴尺寸，材料等数据输入软件 建立半轴模型确定夹具位置：蓝色区域为夹具位置确定加载位置：加载力为12t，蓝色区域为加载位置进行受力分析经过有限元软件分析可知，当加载负荷12t时，半轴受到静应力为529 MPa，小于半轴屈服强度620MPa，即两半轴在承载负荷24t的情况下是安全的。分析结论：两半轴能够承载3.5t电缆及绞盘的重量。3）移动机构的驱动方案优选 移动机构驱动是通过液压缸或丝杠动作，带动移动机构前后运动，安装并夹紧绞盘，有两个方案可供选择：表44移动机构驱动方案优选方案液压缸丝杠示意图工作原理通过液压缸伸缩带动移动机构移动，实现绞盘安装 手动旋转丝杠使滑块前后运动带动移动机构移动，实现绞盘安装经济性购置费用1860元加工费用960元安全性液压缸不受轴向力大小影响，节流阀手柄处于中位可使支架始终夹紧状态，牢牢夹紧绞盘现场轴向力最大为35000KN，应用直径25.3丝杠在轴向力超过31500KN时绞盘受力震动会造成丝杠的丝扣损坏实用性实用性好实用性差结论采用不采用移动机构的驱动要求移动稳定性好且结实耐用，夹紧绞盘后移动机构需要固定牢靠，因此，最佳方案确定为液压缸液压缸尺寸确定：由表43可知，移动机构的行程为940mm等于液压缸活塞的长度，因此液压缸尺寸940mm。4）液压缸控制方案选择表45液压缸控制方案选择方案液压缸制阀座材质尺寸工作原理通过液压缸控制阀控制液压缸动作，实现电缆绞盘的安装，该阀座的中位机能能够确保液压缸处于夹紧状态35#钢40#钢45#钢液压缸控制阀座为3位2通，尺寸根据标准液压缸控制阀尺寸进行设计。阀座：长X宽X高72mmX106mmX60mm硬度：3845HRC抗拉强度530MPa硬度：4047HRC抗拉强度570MPa硬度：4855HRC抗拉强度600MPa经济性结构简单、实用5.15元/kg5.25元/kg5.30元/kg耗材较少，经济实用安全性工作压力30 MPa屈服强度315MPa屈服强度315MPa屈服强度335MPa屈服强度355MPa能够满足30 MPa工作压力需要实用性通过控制阀即可实现绞盘转动、制动和转速的调整能够满足工作需要能够满足工作需要能够满足工作需要结构简单紧凑，操作方便快捷方案选择XX结论采用（2）驱动部分驱动部分是指绞盘驱动，原理是由液压马达通过传动齿轮带动驱动臂横杆回转实现绞盘转动。表46绞盘驱动方案优选方案AKS1350液压马达YLM2280液压马达示意图工作原理额定扭矩1350Nm，额定压力25MPa，随动性好额定扭矩670Nm，最高压力16MPa，随动性差经济性3500元2800元安全性轴密封承压高轴密封承压高实用性转速范围1350r/min，低速稳定性好 转速范围8500r/min，低速稳定性差实施性绞盘转速范围在015r/min其中齿轮传动比1：7；转速调节阀调速度比：1：4，通过齿轮、调节阀可将绞盘转速控制在12.5r/min，可控制在15r/min以内，可以实施绞盘转速范围在015r/min其中齿轮传动比1：7；转速调节阀调速度比：1：4，通过齿轮、调节阀可将绞盘转速控制在17.8r/min，无法控制在15r/min以内，实施性差结论采用不采用（3）控制部分方案优选控制部分包括控制绞盘正反向转动、刹车、反向随动以及绞盘转速的控制，具体方案如下：1）绞盘控制方案优选表47绞盘驱动控制方案选择方案绞盘控制阀座材质尺寸工作原理设计绞盘控制阀座实现三种功能：绞盘转动、制动和转速的调整35#钢40#钢45#钢绞盘转动控制阀绞盘制动控制阀绞盘调速控制阀硬度：3845HRC抗拉强度530MPa硬度：4047HRC抗拉强度570MPa硬度：4855HRC抗拉强度600MPa72mmX106mmX120mm72mmX106mmX120mm25mmX20mm经济性结构简单、方便实用5.15元/kg5.25元/kg5.30元/kg120元120元30元安全性工作压力30 MPa屈服强度315MPa屈服强度315MPa屈服强度335MPa屈服强度355MPa额定压力70MPa额定压力70MPa额定压力70MPa实用性通过控制阀实现绞盘转动、制动和转速的调整能够满足工作需要能够满足工作需要能够满足工作需要结构简单，操作方便结构简单，操作方便结构简单，操作方便方案选择XX结论采用2）液压管线方案选择 动力液压管线方案动力液压管线与作业机液压管线型号相同，采用35mm液压软管线，与装置硬管线的接口相连，共两根，每根m，合计40m。 装置液压管线方案装置液压管线从安装拆卸和运输安全需要考虑，焊接后用快速接头直接连接各部件，选择22高压钢管线，并敷设在装置底座上，合计45m。（4）辅助部分方案优选辅助部分包括绞盘控制台和液压缸控制台，分别用于安装绞盘控制阀座及控制阀和液压缸控制阀座及控制阀。表4绞盘控制台方案选择表方案绞盘控制台尺寸工作原理安装绞盘控制阀座和控制阀材质长X宽X高780mmX150mmX950mm35#钢40#钢45#钢硬度：3845HRC抗拉强度530MPa硬度：4047HRC抗拉强度570MPa硬度：4855HRC抗拉强度600MPa经济性结构简单、方便实用5.15元/kg5.25元/kg5.30元/kg耗材较少，方便实用安全性工作压力30 MPa屈服强度315MPa屈服强度315MPa屈服强度335MPa屈服强度355MPa将人与绞盘分离开来，操作安全可靠实用性结构简单，方便实用能够满足工作需要能够满足工作需要能够满足工作需要方便实用方案选择XX结论采用表4液压缸控制台方案选择表方案液压缸控制台尺寸工作原理安装液压缸阀阀座和控制阀材质直径X高62mmX950mm35#钢40#钢45#钢硬度：3845HRC抗拉强度530MPa硬度：4047HRC抗拉强度570MPa硬度：4855HRC抗拉强度600MPa经济性方便实用5.15元/kg5.25元/kg5.30元/kg耗材较少安全性工作压力30 MPa屈服强度315MPa屈服强度315MPa屈服强度335MPa屈服强度355MPa将人与绞盘分隔开，操作安全可靠实用性结构简单，方便实用能够满足工作需要能够满足工作需要能够满足工作需要结构紧凑，方便实用方案选择XX结论采用通过方案优选，确定收放电缆装置的最佳方案如下：图43收放电缆装置最佳方案树图五、制定对策表小组成员按照“5W1H”原则制定出对策表对策表项目对 策目 标措 施地 点完成时间负责人收放电缆装置绘制装置各部件机械加工图完成各部件加工图纸符合生产要求1、确定装置各部件尺寸符合设计要求2、利用CAD、SOLIDWORKS绘图软件绘制图纸作业大队QC工作室3月刘 勇张兆欣加工装置各部件加工部件尺寸符合图纸设计要求按照图纸加工各部件作业大队QC工作室作业大队机加车间3月王志贤刘书志连接装置各部件组装后各部件尺寸与设计相符、室内组装装置各部件、进行承载试验作业大队机加车间4月王志贤陈志成李俊峰现场试验安装电缆绞盘后平稳转动，转速控制在015r/min1、进行现场安装试验2、观察装置运行效果3、记录整理相关资料施工现场月任利宝潘华峰张宇婷专家鉴定验收两半轴可承载3.5t重量请安全部门专家现场进行检验作业大队QC工作室月 罗影坤刘 勇小组成员明确了对策、目标、措施、实施地点、完成时间及责任人，并按照对策表逐一进行了实施六、按对策表实施实施一： 绘制装置各部件机械加工图2014年3月6日，小组成员完成了对收放电缆装置各部件机械图纸的设计，具体如下：1、支架部分机械图底座与固定支架机械图 移动支架机械图 左半轴机械图（齿轮一侧） 右半轴机械图 轴座机械图 2、驱动部分各部件机械图大齿轮机械图 小齿轮机械图 图67 从动齿轮 驱动臂机械图 驱动臂横杆机械图 3、控制部分各阀座机械图绞盘控制阀座机械图 液压缸控制阀座机械图 装置液压原理图效果检查一：装置各部件尺寸、机械加工图，均符合加工需求实施二： 加工装置各部件2014年3月10日，小组按照机械图纸对部件进行加工1、支架部分实物图 底座、固定与移动机构组合 轴套、右半轴与轴座组合轴座、大齿轮、驱动臂、左半轴组合 驱动臂横杆 80mm 85mm 95mm 105mm四种型号轴套 2、驱动及控制部分各部件实物图液压马达、小齿轮、液压马达座 绞盘控制阀座 制动控制阀 转动控制阀 控制阀座及阀组合 液压缸实物 液压缸控制阀座 液压缸控制阀 液压缸控制阀座及阀组合效果检查二：加工后的各部件质量及尺寸，均符合设计要求实施三：连接装置各部件（）各部件连接4月12日，装置各部件加工完成，小组成员将各部件进行了焊接和丝扣连接，具体实物如下图：收放电缆装置实物图（）承载试验现场选择重3.5t的电缆和绞盘进行了承载试验试验结果：装置能够承载电缆和绞盘重量，见表61序号指标承载重量（t）试验时间（min）试验次数实验结果1设计指标3.53010次合格2检测指标3.53010次合格表61 现场承载试验数据表收放电缆装置承载试验 收放电缆装置验收报告 效果检查三：组装后各零部件的配合尺寸，均达到了设计指标实施四：现场试验2015年月日，小组在太东180斜112进行了现场试验，操作步骤如下：1、通过查阅原始资料得知，原井泵深1220m，因此现场应用1350mm930mm型号绞盘，其中绞盘轴孔直径为80mm，因此选择80mm轴套安装半轴上，用螺钉固定；2、调节驱动臂横杆位置，并用螺钉固定，通过换向阀操作液压缸动作安装电缆绞盘，将换向阀处于中位使夹紧机构处于夹紧状态，防止电缆绞盘径向滑动和轴向串动；3、绞盘安装完成后，操作绞盘控制阀，与绞盘制动阀配合使用，可将转速控制在015r/min以内，绞盘转动平稳，收放电缆与管柱起出速度保持一致，没有发生电缆损坏的情况，见表61。表62 收放电缆装置现场试验统计表井号类别太东180斜112太东178-斜108芳葡9432芳108-斜42电缆长度1220135013801350起下电缆完好完好完好完好应用装置收盘电缆 应用装置下放电缆效果检查四：现场共试验4口井，一人通过操作绞盘控制阀，轻松地完成了收放电缆操作，没有发生电缆损坏情况，均达到预期效果。实施五：专家鉴定现场试验成功后，4月30日，大队邀请我厂安全、技术部门专家，到现场对装置进行了鉴定，具体指标如下：1、利用作业机液压源做动力，承载在3.5t-24t之间2、安