钻机液压给进系统分析

钻机所采用的液压给进系统,从结构上看型式很多,但从工作原理来看,只有两类.一类是给进力为独立的可调参数,与钻进速度无关:另一类是给进力为可调参数,但与实际钻进速度有一定的关系. 第一类称为定压给进系统,典型油路如图1,其附加给进力为: F_加=P_上f_上F_减=P_下f_下式中F_加、F_减-给进系统的附加给进力,公斤: P_上、P_下-油缸上、下腔中的油压力,公斤/厘米~2: f_上、f_下-油缸上、下腔的承压面积,厘米~2.我国XU300-2型,瑞典泰美克250型等钻机的给     

第三讲 液压系统

液压技术在钻探设备上的应用,首先始于钻机的液压给进油缸.随着液压技术水平的提高,它在立轴钻机上的应用范围也在不断扩大,现已从油缸扩大到液压卡盘、液压移动装置、液压起立桅杆钻架等.这是现代立轴式钻机发展的一个重要方面. YL-3型钻机的油路设计,不仅参考了国外同型钻机油路特点,还结合我国液压技术现状作了一些新的探索.     

救援车载钻机同步自平衡式给进系统设计与应用

车载钻机是矿山事故地面钻孔救援的核心装备,在国内外历次成功救援中发挥了重要作用,给进系统是车载钻机的主要执行机构,使用过程中暴露出长工作行程制约整机通过性、定位轮系维护困难、双油缸运动同步性不强、动力头偏载引起导轨磨损、液压表显示起拔力延时等问题。研制的ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机采用基于油缸—钢丝绳倍速传动机构的伸缩桅杆式结构,实现了长工作行程和短运输尺寸;设计快换式轮系、钢丝绳防扭转张紧系统,解决一二级给进机身的辅助定位系统安全保护和维护困难的难题;采用给进系统油路同步补偿和先导控制技术,解决给进装置双油缸同步的难题;研发抽屉式调平体和测力销轴结构,实现动力头钻进过程中自平衡式调节及起拔力监测。经过静态、模态分析、应变测试和现场工业性应用,给进系统最大起拔力达1 205 kN,能够有效处理大直径救援井施工过程中卡钻、埋钻等孔内事故,配合动力头、钻杆加卸系统,具有快速起下钻具功能,可大幅度提高倒杆效率,单根起下钻效率小于3 min/根。研究结果表明:救援车载钻机伸缩桅杆式给进装置运输尺寸短,钻机机动性强,道路通过性好;现场试验中处理了多次孔内卡钻、埋钻事故隐患,稳定和可靠性较高、可维护性好、起拔力监测准确、倒杆效率高,可以满足600 m深度救援井施工需求。给进装置轻量化,以及执行系统、传动系统、动力系统之间的响应匹配优化研究是今后的重点方向。      

全液压车载钻机给进回路负载特性分析及设计

给进装置是车载钻机的主要执行机构之一,其性能直接影响钻机技术性能的发挥。目前,全液压车载钻机的给进装置大多采用的是两根油缸通过钢丝绳带动动力头运动的伸缩桅杆式结构,结构紧凑,给进行程长。在分析全液压车载钻机给进装置主要工序和负载特性的基础上,ZMK5530TZJ100型车载钻机设计了双泵、双回路控制的液压控制系统,满足快速起下钻及精确钻压控制的正常钻进需求;通过油缸无杆腔贴装防爆阀实现给进装置的可靠悬停功能,避免管路破裂或误操作时钻具自由下落造成的顿钻事故,两个防爆阀可以同步控制油口,并联在一起使两个给进油缸的无杆腔压力相等,保证两油缸同步运行。ZMK5530TZJ100型车载钻机在晋城寺河矿完成了1 675 m的“L”形试验钻孔,验证了给进回路设计的合理性和可靠性。      

XU-600型钻机油缸头的改进

修理XU-600型钻机时,装配给进、移动、卡盘油缸常发生因密封圈碰坏而油缸泄漏的现象,轻则浪费油料,重则无法工作.这主要是因为原设计油缸锁簧槽内径和上下盖密封圈位置的外径为动配合,间隙小,装配上下盖时,密封圈易被锁簧槽切坏.为解决泄漏问题,我们与车、钳工一起提出了以下改进措施(见图):在不影响油缸强度的前提下,将锁簧槽位置内径加大2毫米,再把上下缸盖车小、     

75吨油压千斤顶的改进

我队75年开始使用石家庄煤矿机械厂生产的75吨油压千斤顶，安全可靠，效果很好，对减轻工人劳动强度，加快起管和处理事故的速度起了很大作用。但也有不足之处，如油缸没有固定，密封质量不高，刚性油管不灵活，此外，还缺乏零配件。特别是工作油缸为单油路单作用缸，顶起容易，复位却很困难，其主要原因是油缸里的油液难于返回，致使柱塞复位不易。只要对油路稍加改进，利用原机高压泵把油缸的油吸回，使油缸形成负压，将柱塞吸下即可，改进后效果很好。     

提高液压给进钻机的功率利用率及降低油温问题

设备的功率利用率是否充分,是衡量机器设备设计是否合理的一项重要指标。目前国产的油压给进式岩芯钻机,液压系统的功率利用率是十分低的,特别是在给进过程中,液压系统功率几乎全部损失掉了。功率利用率低不仅造成了能量损失,而且使大量压力能转变成热能,使油温升高,系统发热;油温升高又使油的粘度下降,从而增大了液压系统的漏失,降低了系统的容积效率;另方面,油温升高还会使油液产生胶质和沥青质等杂质,油内杂质容易堵塞油路,或附着在相对运动的机件表面,影响液压元件的正常工作,甚至卡死运动付。因此提高油压给进式岩芯钻机的功率利用率,减少液压系统的发热是一项十分重要的工作。      

全液压坑道钻机给进装置的设计与分析

介绍了ZDY1450LG全液压坑道钻机给进装置。该给进装置采用双杆双作用两级伸缩油缸,增加了给进行程,节省辅助时间,减少了钻机的外形尺寸。应用有限元分析软件ABAQUS对双杆双作用伸缩油缸在给进和起拔两种状态下进行应力、应变分析,实现了可靠性设计。      

CYS-300型全液压地热水井钻机的研制

本文介绍了CYS300型全液压地热水井钻机的性能参数、关键机械部件结构及液压系统的设计。钻机选用齿轮泵作为液压系统动力元件,配合液压多路阀实现对动力头双液压马达和给进油缸等执行元件液压油的合流,通过液控二速阀实现动力头双液压马达的串并联工作,输出4种转速和扭矩,在满足钻机性能参数设计要求的同时,简化液压系统的设计,减少液压系统能量损耗,降低维护和使用成本。钻机采用油缸三链条倍速机构实现动力头的给进提升,具有结构简单、性能可靠、抗冲击能力强、提升平稳等优点。现场工程施工应用表明：CYS300型全液压地热水井钻机性能稳定可靠,工艺和复杂地层适用能力强,操作安全舒适,钻进效率高。     

钻机液压系统的分析与改进(续)

钻机液压系统和液压元件的设计、选择固然重要,但其执行机构和辅助件也不可忽视.尽管液压系统设计得很合理,如果执行机构不好使,钻机也就不能正常工作.现就液压卡盘、油缸给进行程、油管接头等存在的问题谈几点看法,供参考.     

背压对射流冲击器的影响

在钻进中射流式冲击器常受外界因素影响,使工作性能发生变化。所谓外界因素,主要来自背压,背压常常干扰主射流的正常切换。例如,随着孔深的增加,冲击器会逐渐降低频率和冲击功,直至失去作用。      

YC-120型液压车装钻机

为挖掘现有设备潜力，内蒙地质局在总结各队改进经验的基础上，于81年初组织专业技术力量，对原DPP-100型汽车钻机从结构上进行了较全面的改革，即现在的YC-120型液压车装钻机。经我局系统鉴定会议通过，已正式投入生产。现将主要改革部份分述如下：一、钻机部分（一）增加了液压给进装置在原转盘箱壳上、下平面部分各增加一块支板。以最小中心距（440毫米）搪孔，安装XU-300-2型钻机给进油缸两个。其横梁部分设置一个小油缸，用以控制卡柱式不停车倒杆装置，从而达到油压给进，油压倒杆。     

ZDY1000G型全液压坑道钻机的设计

ZDY1000G型全液压坑道钻机是一款主要面向坑道勘探而设计的装备,可用于煤矿瓦斯抽放孔、探放水孔和其他工程钻孔的施工。介绍了该钻机的设计思路、机械系统和液压系统,并对具有复合缓冲张紧装置的双油缸链条倍速给进机构和具有减压钻进功能的双泵液压系统进行了详细描述。      

ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机钻压自适应电液系统研究

车载钻机机动性强、工艺适应范围广,是救援钻孔施工的理想机型,传统的车载钻机均采用液控、液驱的方式,存在控制参数显示不直观、管线较多、难以实现闭环控制等难题,钻遇复杂地层时,司钻人员的反应速度往往难以适应工况的变化,不利于钻孔安全。为满足救援钻孔施工安全、自动化程度高的需求,ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机采用电控、液驱的方式。根据回转和给进两大主要执行机构的负载特性,设计具有无级调速和防吸空特性的回转驱动系统、具有防坠落功能的给进驱动回路;根据系统的控制、监控和驱动要求,设计集中操控和显示的救援钻机电控系统,实现分布式总线协议部署以及具有优先级的闭环散热调节;选取对钻压控制有影响的7个参数,采用BP神经网络技术对历史数据进行了训练、验证和测试,获取钻进参数与钻压控制的连接权值矩阵,实现对钻压的自适应控制(Weight on Bit,WOB)。该钻机在宁夏梅花井现场工业性试验中完成了预定的钻孔工作,电液系统运行稳定,温度控制系统可保证液压系统油温保持在40~60℃区间,柴油机冷却液温度保持在70~90℃区间,验证了温度闭环自适应控制系统的工作效果。ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机初步建立了钻压自适应控制模式,但由于地层的多样性和复杂性,还需要不断丰富样本数量、提高系统计算速度,使钻压自适应控制系统对地层的适应性更强。      

关于KA-2M-300型钻机减压问题的几点体会

KA-2M-300型手把式钻探机目前在国内使用较为广泛.这种钻探机在深孔钻进时,是采用给进把减压的方法.其缺点是,减压重锤直接悬挂进把上,其重量随钻孔深进而增加,当孔深超过300公尺时,重锤重量达到50公斤左右.因而不仅增加体力劳动强度,且影响给进把的操作及对孔内情况的掌握.     

差动式双作用液动冲击器冲锤动力学方程的研究和应用

为了优化差动式双作用液动冲击器结构,本文建立了该型冲击器的数值模拟程序,用于之后结构参数与输出性能的影响关系研究。基于流体连续性方程、水击现象、水垫阻力、伯努利方程、压力损失等理论,建立了阀锤系统在三个运动阶段的力学模型;以冲锤或活阀为受力分析对象,建立了阀锤系统在每个阶段的动力方程;基于有限差分原理,利用MATLAB GUI进行程序编写,建立了数值模拟程序,运用实验数据拟合修正后的数值模拟程序输出性能参数与该型液动冲击器在实际工况下的输出性能参数基本一致。通过对背压的研究,阐述了背压的组成;利用建立的程序探究了背压对差动式双作用液动冲击器输出性能的影响规律并分析了原因。     

河元背地区绳索取心钻进泵压计算模型的建立与应用

泵压是反映金刚石绳索取心钻进时井内作业是否正常的重要参数。为了进一步研究泵压波动变化与实际钻进作业之间的关系,指导钻进工作的快速、安全开展,结合江西相山河元背地区CUSD2井实际泵压波动数据及相关钻进资料,建立了适用于本井的循环系统压力损失计算模型。对比分析模型计算的理论泵压与实际泵压的波动变化趋势,将模型应用于实际钻进,在此基础上预测后续地层的泵压波动区域范围,发现7 MPa的泵压安全值不再适用于后续地层钻进,调整设置泵压安全值为10 MPa,并利用邻井泵压波动数据进一步验证其可靠性。适当调整修正理论模型,使其可应用于河元背以及相山地区绳索取心钻进中,指导该地区钻探工作。     

阀体内孔间隔槽的加工技术

在钻探工程中,无论是全液压钻机,还是立轴油压给进式钻机,都离不开各种液压阀,尤其是换向多路阀。它是钻机油路系统的中枢—指挥系统。如:钻机的钻进、钻具的夹紧、松开及钻机的前进、后退等等……一系列的动作都离不开该阀来控制。因此阀体的加工精度要求很高。特别是内孔间隔槽的加工是个关键。因为每个内孔间隔槽的距离长度要与阀芯配     

全液压自动送钻技术控制系统的研究

本文结合全液压动力头式地面煤层气钻机的结构特点,根据给进机构数学模型及钻压控制经验公式,建立钻压控制模型,设计模糊PID控制器并进行了仿真分析。通过改变门限钻压值和岩石可钻性系数值大小,模拟钻进过程中地层变化和被控对象参数变化对系统的影响,经过仿真分析得出系统的响应速度快,超调量小,具有较好的适应能力和抗干扰能力。因此,用模糊控制来实现恒钻压控制是可行的,对实现钻机的自动化、智能化控制具有一定的指导意义。     

土压平衡盾构施工的顶进推力模型试验研究

在盾构的掘削过程中,千斤顶顶进推力是一个重要的施工参数,它不仅决定着施工速度,而且还影响着刀盘的切削扭矩、转动速度等其他参量。但是,目前对千斤顶顶进推力的变化规律,尤其是土体与盾壳之间摩擦阻力的研究还不够深入。以上海地区粉砂地层为参照原型,借助于模型试验方法,通过对盾构机工作参数和地层特性参数进行不同的组合试验,研究了土压平衡盾构推进过程中顶进推力变化的规律,以及土体与盾壳之间摩擦作用的机理及其影响因素。在此基础上推导了盾构千斤顶顶进推力的计算公式。