传统机械钻机的改造.docx

传统机械钻机的改造 (1.内蒙古科技大学 机械学院，内蒙古 包头 014010；2. 内蒙古煤田地质 局 151 队，内蒙古 包头 014040) 摘 要： 文章就传统机械钻机改造过程中的若干问题 进行了论述，对改造其他类 型的钻机具有一定的指导意义。 关键词：钻机；技术改造；液压系统 中图分类号：TH137 文献标识码：B 文章编 号： 10076921(XX)15010201 针对传统机械钻机使用较普遍，在施工过程中钻机卡 紧需要人力，不能实现前后移车和加压 或减压钻进，只能 靠自重钻下，整个设备成为一体，占地面积较大，适应的 钻探区域有限， 拆装复杂、搬迁困难，施工过程劳动强度 高，危险性大，效率低，不能进行自动升降等问题 ，对其 设备进行了改造 。改造后的钻机是机械液压钻机，重量轻、 可拆性好、结构紧凑、 通用化程度高，回转器承载能力高， 可适应各种地质条件的钻探工作。工作人员的劳动条件 得 到了很大的改善，提高了工作效率和经济效益。 1 钻机的设计 1.1 技术要求 钻孔深度：1000mm 立轴行程：500mm 立轴最大起重量：120KN 立轴最大压力：80KN 钻机系统压力：8MPa 钻机前后移动行程：360mm 1.2 设备布置 改造后钻机设备布置工艺流程见图 1 所示。 740)this.width=740“ border=undefined 1.3 主要装置的设计 改造后的钻机是一种机械液压钻机，主要由回转器、 变速箱、卷扬机、机架、动力系统、制 动系统和液压装置 等构成。 1.3.1 塔架 为了加大提升能力，钻机塔架采用四方交接立柱。塔 架主要由三大部分组成：即钻塔底座、 塔架主体和滑轮组。 钻塔底座是底座和塔架主体的过渡机构，它的底端安放在 底座上，作为 整个塔架的回转中心，其上端面与塔架的底 部相连，用以承受整个塔架部分的重量以及卷扬 机工作时 的外载荷；塔架主体部分由两个方笼型的立柱，顶端交接 组成，塔架主体总高 10m 。塔架截面为四方，下端有 20 锥度的一段。塔架的最上端为三组定滑轮，工作时可根据 需 要来调节卷扬机的提升能力。整个架体的起落由液压系 统控制，升起和落下只需几秒钟。塔 架竖起后，考虑到工 作时的稳定性问题，需对塔架增设两根辅助支撑，辅助支 撑的两端采用 销轴连接，其长度可调整，以保证两支撑点 受力均匀。 1.3.2 液压系统 液压系统主要用来实现钻机立轴升降，钻机前后移动， 钻具称重，调整孔底压力，事故处理 ，下套管、起拔套管， 油压卡盘卡紧、松开等动作。钻机配有给进油缸 2 个、卡 盘油缸 2 个、 移动油缸 1 个，通过这些油缸可以实现钻机 立轴升降，下套管、起拔套管，油压卡盘卡紧、 松开，钻 机前后移动等动作的控制。钻机配有两个油泵，一个是齿 轮泵，通过带轮和动力机 连接；另一个是手动柱塞泵，当 动力机或油泵发生故障关闭时，利用手摇油泵供油，可将 钻 具提离孔底，防止发生埋钻事故。 2 分析与计算 2.1 滑轮组受力分析 塔架的设计必须考虑其承载能力。按设计要求，卷扬 系统起吊能力为 90KN， 滑轮组固定在塔架的顶端，其着力 点分布如图 2 所示。 根据受力平衡原理，可得： 740)this.width=740“ border=undefined 由计算可知：卷扬系统工作时，其工作载荷主要作用 在塔架的过梁中部。因此，横梁中部在 设计时采取减力绗 架结构，以保证该部具有足够的强度和刚度。正常工作时 工作载荷最终落 在了两个交接的塔架中心点上，受力稳定， 支撑牢固。 2.2 支撑杆受力分析 在塔架起吊重物过程中，若起架油缸长时 放置失 压 或控制系统失灵，全部载荷将作用在支撑杆上，对支撑杆 进行稳定性分析见图 3 所示。 740)this.width=740“ border=undefined 顶杆为碳素结构钢钢管，规格为 108mm92mm，每 米质量 19.73kg，6.5m 长的杆质量约为 128.3kg，所以人 力抬起安装即可。屈服强度为 s245MPa，许用屈服强度 为： 740)this.width=740“ border=undefined A构件的截面面积。 得 3.43MPa，则 ，杆的强度足够。 按设计要求，塔架部分的总载荷约为 150KN，故支撑杆 的强度是足够的。此外，在塔架的交 接处前、后两侧又增 设了两个辅助支块，从而使塔架系统的安全性得到了进一 步的保障。 如果长时间定点钻探，为了更安全，可以在塔架立起 之前顶端系上预拉钢丝绳，同时在地面 打桩，通过紧绳器 拉紧钢丝，螺丝扣头锁紧，这样会使设备起吊更安全。 3 结束语 改造后的钻机具有如下特点： 机架起落灵活、可靠，安装、搬迁非常方便。若需 转移施工场地，塔架可迅速解体为 3 个 部分，即塔架底座、 塔架主体和滑轮组，其中最重的部件为塔架主体。当需要 组装时，通过 各部件之间的定位销、螺栓又可将各部件迅 速组装为一个整体，再通过液压控制系统将塔架 提升到所 预定的位置，使整个钻机机组在很短的时间内组装为一体， 并可进入工作状态，从 而大大减少了施工的辅助时间。 钻机具有可靠的液压系统，工作平稳、灵敏。由于 将控制手柄集中在了控制盘上，工作 人员的操作更方便， 工作效率较得到提高，劳动强度也大幅度降低。 目前改造后的钻机运行正常，工作人员的劳动条件得 到了很大的改