Устройство для гибки штампованных листовых заготовок при изготовлении пружинных центраторов

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей отрасли народного хозяйства, в частности для строительства нефтяных и газовых скважин, и может быть использована для изготовления пружинных центраторов для центрирования обсадных колонн нефтяных и газовых скважин.
Пружинные центраторы предназначены для концентричного размещения обсадных колонн в скважинах без ограничения кривизны ствола.
Применение пружинных центраторов способствует образованию равномерного цементного кольца между обсадной колонной и стенкой скважины, улучшая условия спуска обсадной колонны и снижая возможность ее прихвата. При этом предпочтение дается тем конструкциям центраторов, процесс изготовления которых отличается высокой экономичностью, а в условиях эксплуатации - простотой сборки, отсутствием сварных соединений и высокой надежностью.
Известно устройство для изготовления пружинного центратора, включающее использование центрирующих ребер и корпуса с концевыми частями в виде колец, в которых выполнены отверстия для их соединения крепежными элементами [1].
Недостатком данного процесса изготовления пружинных центраторов является сложность сборки элементов, включающих кольца с наличием разного вида отверстий, U-образных элементов и вырезов сегментов, что в конечном счете ведет к повышению трудоемкости их изготовления.
Известно устройство для изготовления пружинных центраторов для обсадных колонн, включающее изготовление колец и центрирующих элементов корпуса за одно целое [2].
Устройство включает изготовление корпуса центратора из полихлорвиниловой трубы, полученной путем формовки исходной смеси в пресс-формах при ее нагреве, при этом на поверхности трубы прорезают щели, образуя при этом элементы центратора - центрирующие ребра.
Жесткость ребер достигается установкой центратора с плотной посадкой на специальном кабеле, внутри которого располагают нагнетательную трубу для жидкости.
Недостатком упомянутого устройства является высокая трудоемкость по изготовлению корпуса центратора, сложность сборки элементов центратора на специальном кабеле и ограниченность в применении центратора из-за недостаточной жесткости центрирующих элементов корпуса.
Известно устройство для изготовления пружинных центраторов, включающее штамповку центрирующих пружинных ребер, их гибку с последующим закреплением в прорезях колец, вырезанных из стальной трубы [3].
Недостатком указанного устройства является высокая трудоемкость при изготовлении элементов центратора и сложность при их сборке.
Известно устройство для изготовления пружинного центратора, включающее использование корпуса с концевыми частями в виде колец с центрирующими ребрами, выполненными с отверстиями для соединения крепежными элементами, которые изготовлены в виде трубок с внутренней резьбой [4].
Несмотря на повышение надежности и эффективности использования изготовленных по этому техническому решению центраторов, его недостатком является сложность изготовления центратора с разборными элементами и высокая трудоемкость.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленному техническому решению является выбранное в качестве прототипа устройство [5], в котором заготовка центратора из листовой пружинной стали штампуется для образования центрирующих ребер с вырубкой за одну операцию из прямоугольного листа ряда окон с образованием перемычек и поясов с последующей гибкой заготовки в цилиндр, соединяя торцы и образуя из поясов кольца, после чего заготовку осаживают в осевом направлении, профилируя перемычки в дуги центрирующих ребер, при этом от степени осадки центратора зависит величина его наружного диаметра.
Недостатком указанного устройства является высокая трудоемкость изготовления центратора со сложным технологическим процессом, связанным с осаживанием центратора без гарантированного обеспечения требуемых размерных характеристик, в том числе по наружному диаметру центратора.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в устранении указанных недостатков прототипа и ряда изобретений, упомянутых выше, а именно снижение трудоемкости изготовления и его стоимости, а так же упрощение технологического процесса его изготовления и повышение точности его геометрических характеристик.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемой полезной модели в качестве исходной заготовки для гибки центратора применяют предварительно отштампованный листовой прокат из пружинной стали толщиной 4 мм со встроенными центрирующими ребрами в виде пружинных планок шириной от 40 до 60 мм и с заданной стрелой прогиба в средней ее части до 60 мм, а сам процесс гибки производят в холодном состоянии на устройстве с использованием программируемой системы управления с помощью трехвалкового листогибочного механизма, установленного на станине с пневмосистемой и ассиметричным расположением валков - верхнего и нижнего, находящихся в одной вертикальной плоскости, а так же бокового валка, передвигаемого при подгибке листовой заготовки под углом 15° к вертикальной плоскости, при этом после установки листовой заготовки со стороны бокового валка и ее перемещении для подгиба переднего конца заготовки при вращении нижнего и верхнего валков осуществляется гибка половины листовой заготовки, а после отвода нижнего и бокового валков в исходное положение производится переворот листовой заготовки и подгиб второго ее конца путем перемещения бокового валка в верхнее положение с окончательной гибкой листовой заготовки при вращении нижнего и верхнего валков с последующим извлечением согнутой заготовки с конфигурацией центратора.
На фиг. 1 изображен общий вид отштампованной листовой заготовки со встроенными пружинными планками шириной от 40 до 60 мм и с заданной стрелой прогиба в средней ее части до 60 мм.
На фиг. 2 показан общий вид заготовки центратора после гибки.
Гибка отштампованной листовой заготовки производится в холодном состоянии на устройстве (фиг. 3 и 4) с использованием программируемой системы управления с трехвалковым листогибочным механизмом, установленным на станине (поз. 1) с пневмосистемой (поз. 5) и ассиметричным расположением валков - верхнего (поз. 2) и нижнего (поз. 3), находящихся в одной вертикальной плоскости, а так же бокового валка (поз. 4), передвигаемого при подгибке листовой заготовки под углом 15° к вертикальной плоскости.
Краткое описание отдельных сборочных единиц устройства. Станина (поз. 1) устройства сварной конструкции служит основанием для всех рабочих узлов и механизмов. В боковинах станины выполнены пазы для ползунов нижнего и бокового валков, расточки для установки верхнего валка, платики под установку электроцилиндров и направляющих полок. В центральной части выполнена горизонтальная полка для установки пневмоцилиндров.
Верхний валок (поз. 2) устанавливается на четырех шариковых закрытых подшипниках качения и приводится во вращение фланцевым цилиндроконическо-цилиндрическим мотор-редуктором, установленным на оси валка. На валке с помощью зажимных комплектов фиксируются два гибочных ролика. Валок имеет возможность ручного поворота вокруг одной из опор для снятия полученного изделия (фиг. 5). При работе валок фиксируется в цилиндрической расточке станины поворотом втулки.
Нижний валок (поз. 3) устанавливается на двух шариковых закрытых подшипниках качения и приводится во вращение цилиндро-коническо-цилиндрическим мотор-редуктором с реактивной тягой, установленным на оси валка, и перемещается с помощью пневмоцилиндра в вертикальной плоскости, а так же фиксируется в верхнем положении двумя пневмоцилиндрами. На валке с помощью зажимных комплектов фиксируются два гибочных ролика.
Боковой валок (поз. 4) устанавливается на двух сферических шариковых подшипниках качения, свободно вращается. Перемещается вверх (подгиб листа) двумя электроцилиндрами с приводом от серводвигателей.
Пневмосистема (поз. 5) предназначена для управления механизмом прижима, механизмом фиксации нижнего валка.
Система управления (поз. 6, 7). Источником электроснабжения устройства является трехфазная сеть переменного тока напряжением 380 В с частотой 50 Гц.
Системой управления предусмотрены следующие режимы работы:
- наладка (предназначен для выполнения работ, связанных с ремонтом, настройкой и отладкой отдельных узлов и механизмов устройства);
- основной (предназначен для изготовления продукции).
Система управления (программируемая) позволяет задавать параметры технологического процесса, осуществлять их контроль, а также производить диагностику наиболее важных узлов устройства.
На пульте управления расположены аварийный выключатель, кнопки управления и элементы сигнализации, состоящие из светодиодов, встроенных в некоторые кнопки, и светодиодных индикаторов, а также индикаторы положения бокового валка.
Эксплуатация устройства осуществлялась в промышленных условиях ПАО «Тяжпрессмаш» с последовательностью следующих операций:
- установка заготовки со стороны бокового валка;
- прижим заготовки перемещением нижнего валка вверх к верхнему валку;
- фиксация нижнего валка в верхнем положении;
- подгиб переднего конца заготовки перемещением бокового валка вверх;
- гибка половины заготовки вращением нижнего и верхнего валков;
- освобождение нижнего валка, отвод нижнего и бокового валков в исходное положение;
- переворот листа;
- подгиб второго конца заготовки перемещением бокового валка вверх;
- окончательная гибка заготовки вращением нижнего и верхнего валков;
- освобождение ближнего конца верхнего валка, ручной поворот валка, снятие окончательно согнутой заготовки центратора.
Работа в основном режиме состоит из следующей последовательности действий:
- установка заготовки в устройство (ручная операция) и ее зажим педалью. Выполняется подъем нижнего ролика и его фиксация;
- нажатием кнопки "СЛЕДУЮЩИЙ ШАГ" выполняется перемещение бокового ролика в первую координату подгибки 1, заданную с панели оператора, после выдержки в течение 1 секунды ролик перемещается во вторую координату подгибки 1, заданную с панели оператора;
- нажатием кнопок "ЗАГОТОВКА ВПЕРЕД" и "ЗАГОТОВКА НАЗАД" выполняется гибка заготовки;
- нажатием кнопки "СЛЕДУЮЩИЙ ШАГ" выполняется перемещение бокового ролика в нулевую координату;
- нажатием кнопки "РАСФИКСАЦИЯ НИЖНЕГО РОЛИКА" производится расфиксация нижнего ролика;
- после расфиксации нижнего ролика производится установка заготовки другой стороной (ручная операция) и ее зажим педалью "ЗАЖИМ ЗАГОТОВКИ", далее выполняется подъем нижнего ролика и его фиксация;
- нажатием кнопки "СЛЕДУЮЩИЙ ШАГ" выполняется перемещение бокового ролика в первую координату подгибки 2, заданную с панели оператора, после выдержки в течение 1 секунды ролик перемещается во вторую координату подгибки 2, заданную с панели оператора;
- нажатием кнопок "ЗАГОТОВКА ВПЕРЕД" и "ЗАГОТОВКА НАЗАД" выполняется гибка заготовки;
- нажатием кнопки "СЛЕДУЮЩИЙ ШАГ" выполняется перемещение бокового ролика в нулевую координату;
- нажатием кнопки "РАСФИКСАЦИЯ НИЖНЕГО РОЛИКА" производится расфиксация нижнего ролика, после чего с устройства снимается готовое изделие (ручная операция), далее цикл повторяется.
При необходимости (при ремонте, настройке и наладке) оператор в режиме работы «Наладка» при помощи кнопок с пульта управления может выполнять перемещения отдельных узлов устройства.
Экономический эффект от применения упомянутого устройства повышается по сравнению с прототипом на 30-35% за счет упрощения технологического процесса, включая повышение точности геометрических размеров изделий.
Источники информации
1. Пат. США №4545436 Е21В 17/10, 08.10.1985.
2. Пат. США №6102118 Е21В 17/10, 15.08.2000.
3. Пат. РФ №2014427 C1 Е21В 17/10, 15.06.1994.
4. Пат. РФ №2430235 C1 Е21В 17/10, 29.04.2010.
5. Пат. РФ №2212512 Е21В 17/10 20, 09.2003.