塔架机平衡砖助力装卸机构的研制与应用

塔架机平衡砖助力装卸机构的研制与应用

陈平君 任晓光 刘新勇 冯小兰

冀东油田陆上作业区

一、成果背景

塔架机是油田进行抽油的重要设备（如图1所示），占比高达40%。由于该机型采用控制面板进行调整运行参数，因此其电流平衡率经常处于波动状态，需要员工频繁调整。但通过近年来的设备检查结果，发现此类设备电流平衡率存在普遍不平衡的现象。通过调查，发现主要原因在于员工调整平衡操作不及时所导致。而员工普遍反映，由于调平衡工作平均每次需搬40-60块砖，每块砖重达30斤，因此操作时需3-4人配合调整（如图2所示）。由于劳动强度大、所需人力多，因此每周最多只能安排1-2次调平衡，这就导致电流平衡率检查合格率较低。

二、成果简介

根据现场员工要求及人员情况，设定了两个目标：1、降低操作人员数量，由3-4人减少为1-2人；2、减轻劳动强度，按每次搬运1500公斤平衡砖块，距离6米计算，每次总劳动量为90千焦耳。如拟1人操作，则可设定为不超过30千焦耳。

根据上述现场要求，我们设计制作了平衡砖搬运机构，具体实物如图11所示：该机构主体为三角架结构，其中底座支架为全部机构的支点，立杆及三角架是座于底座支架上，并能够360度旋转。三角架的横杆为滑轨设计，并配备有相应的滑轮。滑轮下吊装有自平衡器，平衡器下方再吊装一个砖夹子，用于夹紧平衡砖。

三、详细内容

1．研制过程：

平衡砖搬运机构在研制前，首先通过市场调查，筛选了三种方案，即小型电动吊机、小型液压搬运机和塔吊机。通过现场观察与分析，认为前两种设备均存在一些缺点：如小型吊机（如图3所示）可利用电力实现吊装、操作简单，但缺点在于；需现场接电、搬运麻烦、价格昂贵。而小型搬运机（如图4所示）的优点在于可利用液压实现吊装，操作简单，无需电力。但其缺点在于；自重大搬运麻烦、价格昂贵。由于施工现场高低不平，所用设备必须轻巧，便于安装与拆卸，因此拟利用塔吊机（如图5所示）的原理，自行研制平衡砖搬运机构。

根据塔吊机的原理与结构，我们认为主要设计在于利用其三角支架的结构原理，实现吊装搬运作业，而三角支架首要问题是解决支点。通过反复研究，认为可以利用现场平衡箱的插杆孔（如图6所示），实现了三角支架的设计。

支架的设计思路是：结合插孔为四方通孔的结构特点，采用以圆管为主，其下端焊接一下上固定楔块，其底部外螺纹；配合件有下活动楔块和螺纹锁母。安装时，将支架插杆插入插孔后，从下部将活动楔块装入，并用锁母锁死，即可实现支架牢牢固定在插孔上（如图7所示）。

三角架则通过圆形立杆与支架对接，因此可以在支架上自由旋转（如图8所示）。为了实现平衡砖能够在水平层面上前后移动，通过将三角架的横杆设计为滑轨，并配备滑轮，从而可实现平衡砖在水平层面的360度自由移动（如图9所示）。

搬运平衡砖除了在水平层面需移动外，还要在垂直层面能够上下移动，为此引入了自平衡器（如图10所示）。自平衡器内部有卷曲的弹簧片，因此可以实现吊装的砖块能够在自平衡器的作用下自由悬停在任意高度。员工只需施加很小的助力即可实现重物的上下移动。

平衡砖搬运机构在现场使用时，首先将平衡箱上的插杆摘除（否则无法使平衡砖进出），然后将立杆支架插入插孔，利用其自带的底部螺母固定（如图11所示）。再将三角架即配件插入支架，即完成安装（如图12所示）。

使用时，将砖块用砖夹子夹住（如图13所示），再利用横杆上的滑轮轻轻推动到合适位置（如图14所示），由另一人配合将砖块向下拉至地面并摘除砖块即可，操作过程中省去了搬运的体力劳动（如图15所示）。搬运机构在设计时还充分考虑了员工的携带需求，因此整体重量仅为8公斤，单人即可轻松携带。

2. 成果改造前后经济效益对比

平衡砖搬运机构研制完成后，自2021年9月份开始,已在高5油队调整平衡70余井次,相比以往每月增加调整工作量一倍左右（见表所示）。

由于该机构操作简单，因此只需2人配合，即可完成操作；由于该机构在操作过程中，人员只需简单移动砖块，而无需搬运砖块，因此非常省力。一线员工能够有更多的时间和精力完成频繁的调平衡工作，因此该机构的使用能使塔架机的电流平衡率得到提升。

塔架机电流不平衡会导致设备损坏,主要表现在联轴器螺栓易松动、联轴器齿轮易磨损、减速箱漏油及内损等。根据估算，高5平台每年因上述故障平均单机维修费用为每年5000元左右。通过推广该机构，实现了及时调平衡，平均每台塔架机相关维修费用降至2000元左右。

四、主要创新点

1．填补了平衡砖搬运无工具操作的历史

2．采用三角架结构，实现了工具的坚固、轻便和安全。

3．采用自平衡器，实现了平衡砖上下移动的省力操作。

4．结合现场条件研制立杆支架，实现了工具的快速安装。

五、实施应用状况

平衡砖搬运机构在第四工区获得了试验成功，并开始投入使用，自使用以来，效果良好，搬平衡砖从原来的3-4人减少到1-2人。搬运强度大幅度减少，调平衡次数明显增多，实现了搬平衡砖从手工操作向机械化操作的转变。

六、创造效益情况及推广应用前景

目前，油田有无游梁机数百台，多年来一直采用手工搬运方式。在当前人力紧张的情况下，如果全面推广平衡砖搬运机构，则可以大幅度提高劳动效率，并间接地达到节电的效果，因此值得在全油田推广。