传统机械钻机的改造
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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:1007—6921(XX)15—0102—01
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。
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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:
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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。
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顶杆为碳素结构钢钢管,规格为φ108mm×φ92mm,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σs=245MPa,许用屈服强度为:740)this.width=740" border=undefined>
A—构件的截面面积。
得σ=3.43MPa,则σ<〔σ〕,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:
①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。
②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善,工作效率提高了20% 。
[参考文献]
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[3]焦生杰.工程机械机电液一体化[M].XX:人民交通出版社,XX.