收放电缆装置的研制

-.z......资料...收放电缆装置的研制小组名称：井下作业QC小组单位名称：油田**公司第八采油厂2015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正确方案……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〞荣誉称号序号成员年龄文化程度岗位、职称组分工备注1王志贤42大学工程师组长2勇40高中高级工组员3兆欣32大学质量管理员组员4罗影坤45大学技术员组员5华峰43大学工程师组员6志成24大学实习生组员7宇婷25大学实习生组员8书志42大学技术员组员9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，并用卡箍进展固定。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20－25口井次，转动绞盘的启动扭矩150N·m－800N·m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2－1。表2-12014年1-12月人员受伤情况统计表年龄围人数腰肌劳损闪腰膝盖挫伤手臂擦伤下颌磕伤合计25－455134321132、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2－1。注：电缆价格20.3元/m表2-22014年1-12月电缆损坏情况统计表工程径向滑动〔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，进展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，就可到达降低员工劳动强度，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展固定，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2－1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2－1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936m－230m－506m=200m>199m，则四、提出各种方案并确定最正确方案1、确定构造组成小组成员运用头脑风暴法对收放电缆装置构造进展了讨论，确定了收放电缆装置的四个组成局部，见图4－1。112341、支架局部2、驱动局部3、控制局部4、辅助局部图4－1收放电缆装置构造示意图2、提出总体方案小组利用亲合图进展了归纳总结，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4－2收放电缆装置总体方案树图3、确定最正确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，对装置各组成局部方案进展了优选。〔1〕支架局部方案优选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，并进展了方案优选支架类型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4－1分体式支架可行性分析方案一分体式示意图材质尺寸Φ50旧油管选用原则：丝扣坏且壁无磨损的旧油管Φ62旧油管选用原则：丝扣坏且壁无磨损的旧油管Φ73旧油管选用原则：丝扣坏且壁无磨损的旧油管单位：mm底座:2000×4支架：1100×2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，屈服压力38.6MPa挤毁压力53MPa，屈服压力50.1MPa挤毁压力37.1MPa，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，平均材料费用利用废旧油管，节省本钱利用废旧油管，节省本钱利用废旧油管，节省本钱按照绞盘尺寸设计，用料做到最省平安性底座可以支撑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0.69MPa<40.6MPa，可以满足需要底座受到压强0.56MPa<53MPa，可以满足需要底座受到压强0.47MPa<37.1MPa，可以满足需要底座为十字型:200×200且互成直角实用性装置构造简单，绞盘安装操作方便重量138kg安装方便重202kg，安装重量363kg，安装方便符合车宽要求，方便运输方案选择**√*√结论不采用经过综合分析比照，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4－1可知，支架材质选择为Φ62旧油管，因此方案二支架材质也选择为Φ62旧油管，下面对整体式支架的形状和尺寸进展分析选择表4－2整体式支架可行性分析方案二整体式示意图材质尺寸Φ62旧油管选用原则：丝扣坏且壁无磨损旧油管单位：mm底座:长×宽＝2250×1800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，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利用废旧油管，节省本钱按照绞盘尺寸设计，做到用料最省平安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0.40MPa<53MPa，满足承载需要底座为长方型:长×宽＝2250×1800实用性装置构造简单，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*√√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Φ62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展分析选择表4－3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Φ62旧油管35*钢40*钢45*钢单位：mm底座:长×宽×高＝3600×1800×200左支架高1100底：长*宽＝700*600顶：长*宽＝460*310半轴：442右支架高1100底：长*宽700*1020顶：长*宽250*220半轴：370轴径：Φ60*Φ55轴座：长*宽*高250*220*165硬度：38~45HRC抗拉强度≥530MPa屈服强度≥315MPa硬度：40~47HRC抗拉强度≥570MPa屈服强度≥335MPa硬度：48~55HRC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，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，节省本钱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，做到用料最省平安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0.40MPa<53MPa，满足承载3.5需要模拟试验证明，半轴可承重10t平安性一般模拟试验证明，半轴可承重11t平安性较高模拟试验证明，半轴可承重12t，平安性更高支架、半轴能够承载3.5t电缆和绞盘的重量，平安可靠实用性装置构造简单，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√√**√√结论采用移动式支架构造简单，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平安承载绞盘和电缆，小组用SolidWorks有限元分析软件，对半轴进展了受力分析，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②确定夹具位置：蓝色区域为夹具位置③确定加载位置：加载力为12t，蓝色区域为加载位置④进展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529MPa，小于半轴屈服强度620MPa，即两半轴在承载负荷24t的情况下是平安的。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4－4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元平安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，最正确方案确定为液压缸液压缸尺寸确定：由表4－3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≥4〕液压缸控制方案选择表4－5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展设计。阀座：长*宽*高＝72mm*106mm*60mm硬度：38~45HRC抗拉强度≥530MPa硬度：40~47HRC抗拉强度≥570MPa硬度：48~55HRC抗拉强度≥600MPa经济性构造简单、实用5.15元/kg5.25元/kg5.30元/kg耗材较少，经济实用平安性工作压力30MPa<屈服强度315MPa屈服强度≥315MPa屈服强度≥335MPa屈服强度≥355MPa能够满足30MPa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构造简单紧凑，操作方便快捷方案选择√**√√结论采用〔2〕驱动局部驱动局部是指绞盘驱动，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4－6绞盘驱动方案优选方案AKS1－350液压马达YLM2－280液压马达示意图工作原理额定扭矩1350N·m，额定压力25MPa，随动性好额定扭矩670N·m，最高压力16MPa，随动性差经济性3500元2800元平安性轴密封承压高轴密封承压高实用性转速围1－350r/min，低速稳定性好转速围8－500r/min，低速稳定性差实施性绞盘转速围在0－15r/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，可以实施绞盘转速围在0－15r/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，实施性差结论采用不采用〔3〕控制局部方案优选控制局部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4－7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：38~45HRC抗拉强度≥530MPa硬度：40~47HRC抗拉强度≥570MPa硬度：48~55HRC抗拉强度≥600MPa72mm*106mm*12072mm*106mm*120Φ25mm*20mm经济性构造简单、方便实用5.15元/kg5.25元/kg5.30元/kg120元120元30元平安性工作压力30MPa<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构造简单，操作方便构造简单，操作方便构造简单，操作方便方案选择√**√√√√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一样，采用Φ35mm液压软管线，与装置硬管线的接口相连，共两根，每根２０m，合计40装置液压管线方案装置液压管线从安装拆卸和运输平安需要考虑，焊接后用快速接头直接连接各部件，选择Φ22高压钢管线，并敷设在装置底座上，合计45m〔4〕辅助局部方案优选辅助局部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4－８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*宽*高780mm*150mm*95035*钢40*钢45*钢硬度：38~45HRC抗拉强度≥530MPa硬度：40~47HRC抗拉强度≥570MPa硬度：48~55HRC抗拉强度≥600MPa经济性构造简单、方便实用5.15元/kg5.25元/kg5.30元/kg耗材较少，方便实用平安性工作压力30MPa<屈服强度315MPa屈服强度≥315MPa屈服强度≥335MPa屈服强度≥355MPa将人与绞盘别离开来，操作平安可靠实用性构造简单，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√**√√结论采用表4－９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*高＝Φ62mm*95035*钢40*钢45*钢硬度：38~45HRC抗拉强度≥530MPa硬度：40~47HRC抗拉强度≥570MPa硬度：48~55HRC抗拉强度≥600MPa经济性方便实用5.15元/kg5.25元/kg5.30元/kg耗材较少平安性工作压力30MPa<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，操作平安可靠实用性构造简单，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构造紧凑，方便实用方案选择√**√√结论采用通过方案优选，确定收放电缆装置的最正确方案如下：图4－3收放电缆装置最正确方案树图五、制定对策表小组成员按照“5W1H〞原则制定出对策表对策表工程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月勇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月王志贤书志连接装置各部件组装后各部件尺寸与设计相符１、室组装装置各部件２、进展承载试验作业大队机加车间4月王志贤志成俊峰现场试验安装电缆绞盘后平稳转动，转速控制在0－15r/min1、进展现场安装试验2、观察装置运行效果3、记录整理相关资料施工现场４月任利宝华峰宇婷专家鉴定验收两半轴可承载3.5t重量请平安部门专家现场进展检验作业大队QC工作室４月罗影坤

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展了实施六、按对策表实施实施一：绘制装置各部件机械加工图2014年1、支架局部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、驱动局部各部件机械图大齿轮机械图小齿轮机械图图6－7从动齿轮驱动臂机械图驱动臂横杆机械图3、控制局部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1、支架局部实物图底座、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Φ80mmΦ85mmΦ95mmΦ105mm四种型号轴套2、驱动及控制局部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〔１〕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展了焊接和丝扣连接，具体实物如下列图：收放电缆装置实物图〔２〕承载试验现场选择重3.5t的电缆和绞盘进展了承载试验试验结果：装置能够承载电缆和绞盘重量，见表6－1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6－1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，均到达了设计指标实施四：现场试验2015年４月２５日，小组在太东180－斜112进展了现场试验，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Φ1350mm×930mm型号绞盘，其中绞盘轴孔直径为Φ80mm，因此选择Φ80mm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0－15r/min以，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6－1。表6－2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94－32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，均到达预期效果。实施五：专家鉴定现场试验成功后，4月30日，大队邀请我厂平安、技术部门专家，到现场对1、