第七章升降機(jī)

第七章

升降機(jī)11-升降機(jī)；

2-鋼絲繩；3-天車(chē)；

4-游動(dòng)滑車(chē)；5-指重表；

6-鉆桿；

7-回鉆器?！?-1鉆機(jī)的升降系統(tǒng)升降系統(tǒng)有機(jī)械式和液壓式兩種，機(jī)械式用升降機(jī)升降，機(jī)械傳動(dòng)式巖芯鉆機(jī)均采用升降機(jī)，動(dòng)力頭式鉆機(jī)也有少數(shù)采用升降機(jī)；全液壓鉆機(jī)基本上采用液壓升降。機(jī)械式升降系統(tǒng)的組成本章主要討論機(jī)械式升降系統(tǒng),升降系統(tǒng)由升降機(jī)、鋼絲繩、天車(chē)、游動(dòng)滑車(chē)、提引鉤或U型環(huán)、提引器組成?？纵^深時(shí)，多數(shù)滑車(chē)系統(tǒng)有死繩端，死繩上可安裝指重表，供主動(dòng)鉆桿減壓鉆進(jìn)，指示鉆具重量與平衡孔底壓力。23§7-2升降系統(tǒng)的作用及鉆進(jìn)工藝對(duì)升降系統(tǒng)的要求（一）升降系統(tǒng)在鉆進(jìn)過(guò)程中的作用

（1）升降鉆具與套管；

（2）利用升降系統(tǒng)懸掛鉆具；（3）進(jìn)行強(qiáng)力起拔，處理孔內(nèi)事故或完成其他輔助特種工作。（二）鉆進(jìn)工藝對(duì)升降系統(tǒng)的要求在鉆孔過(guò)程中，升降系統(tǒng)的主要作用是升降鉆具，升降工序時(shí)間占整個(gè)鉆孔工作時(shí)間的比值，隨孔增加。一般占整個(gè)鉆孔工作時(shí)間的1/3-1/2。因此升降系統(tǒng)的完善程度，直接影響鉆探效率與質(zhì)量。所以，升降系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求:

（1）提升速度大小、級(jí)數(shù)、調(diào)速范圍與起重量的確定，應(yīng)最大限度的降低升降工序的機(jī)動(dòng)時(shí)間和盡可能的提高功率利用率；（2）起下鉆時(shí)，由于操作或孔內(nèi)情況的變化，使升降系統(tǒng)承受較大的動(dòng)載荷；孔內(nèi)卡鉆時(shí)須進(jìn)行強(qiáng)力起拔。因此要求升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度應(yīng)能適應(yīng)這種負(fù)荷特性；（3）升降鉆具時(shí)，微動(dòng)升降動(dòng)作頻繁，這種動(dòng)作能否準(zhǔn)確完成，直接影響鉆進(jìn)效率和處理孔內(nèi)事故的速度和效果因此要求升降機(jī)起放靈敏，平穩(wěn)可靠。（4）升降機(jī)的操縱位置應(yīng)便于操作者觀察孔口；（5）升降機(jī)的布局應(yīng)有利于排繞鋼絲繩。4§7-3機(jī)械式升降系統(tǒng)特性參數(shù)的選擇縮短起下鉆時(shí)間的途徑之一，是完善升降機(jī)的技術(shù)性能。表明升降系統(tǒng)性能的主要參數(shù)是升降機(jī)的最大起重量和提升速度。

（一）升降機(jī)的最大起重量鉆機(jī)技術(shù)性能參數(shù)中標(biāo)注的最大起重量，指的是單繩起重量。淺孔和次深孔鉆機(jī)，一般都不用游動(dòng)滑車(chē)，其最大起重量應(yīng)不小于額定孔深的大鉤載荷。中深和深孔鉆機(jī)，其升降機(jī)最大起重量常比額定孔深的大鉤載荷小若干倍，所以鉆進(jìn)一定深度后，就采用游動(dòng)滑車(chē)組。最大起重量取決于大鉤載荷和滑車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；而大鉤載荷決定于孔深。

1．大鉤載荷式中

——每米鉆桿質(zhì)量產(chǎn)生的重力，；

——鉆桿柱長(zhǎng)度，；

——卡塞系數(shù)，淺孔取2，深孔取1.5，石油鉆取1.25。；52．升降機(jī)的最大起重量式中：——有效鋼繩數(shù)；

——滑車(chē)系統(tǒng)效率。

值由滑車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型決定。

滑車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)鉆探常用的兩種滑車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——卡塞系數(shù)，淺孔取2，深孔取1.5，石油鉆取1.25。

6有死繩滑車(chē)系統(tǒng)

無(wú)死繩滑車(chē)系統(tǒng)

為游動(dòng)滑車(chē)組的動(dòng)滑車(chē)數(shù)。兩類(lèi)滑車(chē)系統(tǒng)的比較：（1）當(dāng)一定時(shí)，無(wú)死繩的提升載荷較大，運(yùn)動(dòng)速度較低，有死繩的恰好相反；（2）有死繩的滑車(chē)結(jié)構(gòu)，可使鉆塔載荷對(duì)稱分布；（3）有死繩結(jié)構(gòu)，在死繩端可裝指重表；深孔鉆機(jī)均采用有死繩滑車(chē)系統(tǒng)。J（b）J7運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)滑車(chē)系統(tǒng)的效率與值的關(guān)系見(jiàn)下表：也可用下列公式計(jì)算值：式中——每個(gè)滑輪運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)，取1.02~1.04。1234560.97-0.960.95-0.930.92-0.900.90-0.880.87-0.850.85-0.828（二）升降機(jī)提升速度升降機(jī)提升速度指的是卷筒纏繞鋼絲繩的速度。1.卷筒最高纏繩速度取決于提引器的最高上升速度，兩者的關(guān)系為：受安全規(guī)程限制，提引器最高安全上升速度由立根長(zhǎng)度（或鉆鉆塔高度）確定。見(jiàn)下表：立根長(zhǎng)度，

69-1215提引器最高上升速度，11.52提引器最高上升速度表9影響的因素是:(1)動(dòng)力機(jī)額定功率；(2)提升額定孔深的大鉤載荷；

(3)滑車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。式中——?jiǎng)恿C(jī)至卷筒的總傳動(dòng)效率。一般取0.8-0.852.卷筒最低纏繩速度與上述三者的關(guān)系式為:及10孔深，100-150300600-8001000-12002000動(dòng)滑輪數(shù)x定滑輪數(shù)

1X22X33X4高速，~1.5~2.02.5~3.23.2~4.54.5~7.5低速，0.30.5

0.511.0~1.3

3.調(diào)速范圍升降機(jī)的調(diào)速范圍一般取3-6。巖心鉆機(jī)升降機(jī)和回轉(zhuǎn)器多共用一個(gè)傳動(dòng)鏈，因此要與回轉(zhuǎn)器的調(diào)速范圍結(jié)合考慮。例如XY-4型鉆機(jī)，升降機(jī)的調(diào)速范圍為3.78.

考慮到滑車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，安全規(guī)程以及國(guó)內(nèi)外巖心鉆機(jī)的實(shí)際情況，推薦卷筒最高纏繩速度和最低纏繩速度于下表:0X1~~~11表A4．升降機(jī)提升速度檔數(shù)和合理的中間速度為了縮短提升機(jī)動(dòng)時(shí)間和提高功率利用率，增加速度檔數(shù)是有利的；但是檔數(shù)過(guò)多，會(huì)使鉆機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

1至5檔變速的升降機(jī)不同速比時(shí)的提升機(jī)動(dòng)時(shí)間與功率利用率列入以下表A、表B；表A是速比為2時(shí)的1至3檔變速的升降機(jī)的與。是在完全利用功率的條件下，根據(jù)與關(guān)系計(jì)算的；12表B是國(guó)內(nèi)外典型鉆機(jī)3至5檔變速的升降機(jī)的提升速度數(shù)據(jù)，并根據(jù)它們的數(shù)據(jù)計(jì)算出

和的值表B13式中——第速；

——第1速；

——速度序號(hào)；

——提升速度檔數(shù)。

分析表A、B可以看出：（1）提升速度從1檔增到3檔，縮短提升機(jī)動(dòng)時(shí)間，提高功率利用率的作用是明顯的，這說(shuō)明一般巖芯鉆機(jī)起碼應(yīng)該具有三個(gè)速度,如若繼續(xù)增加檔數(shù)，盡管可以繼續(xù)降低值和提高值；但是隨著檔數(shù)增加，降低值和提高值的效果俞來(lái)俞小。因此，采用機(jī)械變速箱，升降機(jī)檔數(shù)，取3~6檔已足夠了。淺孔鉆機(jī)，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，取3檔；深孔鉆機(jī)，檔數(shù)可多些。（2）選擇合理的鄰速比對(duì)提高功率利用率和降低提升時(shí)間十分重要。這是因?yàn)椋核俦群侠恚幢銠n數(shù)相同，也可提高和縮短值，總的看來(lái)，等比級(jí)數(shù)排列的中間速度，效果并不理想。

從提高和縮短值出發(fā)，建議用下列公式確定中間速度，即:14

由于巖芯鉆機(jī)升降機(jī)常與回轉(zhuǎn)器共用一個(gè)傳動(dòng)鏈，因此在確定升降機(jī)速度排列時(shí)還應(yīng)考慮回轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)速排列要求，而且通常以滿足回轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)速排列為主，兼顧升降機(jī)轉(zhuǎn)速排列要求。同時(shí)還要照顧變速箱的確定原則。15行星式升降機(jī)行星式升降機(jī)

升降機(jī)根據(jù)傳動(dòng)方式不同,分為液壓傳動(dòng)式和機(jī)械傳動(dòng)式兩大類(lèi)。液壓傳動(dòng)式升降機(jī)雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)級(jí)調(diào)速等許多優(yōu)點(diǎn)，但需要較高的油壓，多用于全液壓式鉆機(jī)。機(jī)械傳動(dòng)式升降機(jī)按照結(jié)構(gòu)型式分為錐摩擦傳動(dòng)式、片式摩擦離合器式、行星輪系式等多種類(lèi)型。

由于行星式升降機(jī)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)功率大、操作方便、結(jié)構(gòu)緊湊、工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最廣泛的一種升降機(jī)?！?-4升降機(jī)的類(lèi)型錐摩擦式升降機(jī)16行星式升降機(jī)錐摩擦傳動(dòng)式升降機(jī)17行星式升降機(jī)18

§7-5行星式升降機(jī)的組成、類(lèi)型與工作原理

一行星式升降機(jī)的組成及類(lèi)型

行星式升降機(jī)主要有升降機(jī)軸、卷筒、下降抱閘、行星輪系、提升抱閘等組成。圖示升降機(jī)的卷筒用軸承支撐在升降機(jī)軸的中部,其右端固定有內(nèi)齒圈。行星輪系為2K-H型。提升制圈用軸承裝在升降機(jī)軸上。三個(gè)行星輪的輪軸一端支撐在提升制圈上。兩抱閘為雙制塊式，分別套裝在下降制圈和提升制圈的外圓上。

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行星式升降機(jī)根據(jù)內(nèi)齒圈和行星輪軸的安裝位置不同分為第一類(lèi)和第二類(lèi)。第一類(lèi)行星式升降機(jī)的內(nèi)齒圈與卷筒固定,行星輪軸一端支撐在提升制圈上。第二類(lèi)的內(nèi)齒圈固定在提升制圈上,而行星輪軸的一端支撐在卷筒上,因此造成兩類(lèi)行星式升降機(jī)性能上的下列差別:1.第一類(lèi)行星式升降機(jī)的傳動(dòng)比小于第二類(lèi)行星式升降機(jī);2.第一類(lèi)行星式升降機(jī)卷筒的轉(zhuǎn)向與中心輪的轉(zhuǎn)向相反,而第二類(lèi)的卷筒轉(zhuǎn)向與中心輪相同;3.第二類(lèi)升降機(jī)的受力條件比第一類(lèi)升降機(jī)好。20行星式升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖升降機(jī)軸分動(dòng)箱傳動(dòng)齒輪中心齒輪行星齒輪軸架行星輪卷筒制動(dòng)抱閘內(nèi)齒圈提升抱閘21二第一類(lèi)行星式升降機(jī)的工作原理提升鉆具

提升鉆具時(shí)，將下降手把上抬,下降抱閘放松卷筒;而提升手把下壓，抱閘制動(dòng)提升制圈。由于提升制圈被制動(dòng)，行星輪不能自轉(zhuǎn)，輪系變成定軸輪系。中心輪的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)行星輪逆時(shí)針自轉(zhuǎn)。行星輪的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒圈和卷筒逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，纏繞鋼絲繩，提升鉆具。22ωH＝0ωbωgωa提升鉆具

抱閘9剎住提升制圈，同時(shí)抱閘7松開(kāi)，行星輪5及其軸4不能繞升降機(jī)軸1公轉(zhuǎn)，即行星輪公轉(zhuǎn)角速度ωH=0。在角速度為ωa的中心輪帶動(dòng)下，行星輪可繞其軸以ωg自轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)內(nèi)齒圈8以ωb的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，纏繞鋼繩，提升鉆具232.制動(dòng)鉆具

制動(dòng)鉆具時(shí),將提升手把上抬,提升抱閘松開(kāi)提升制圈;而將下降手把向下搬,下降抱閘制動(dòng)卷筒。卷筒停止轉(zhuǎn)動(dòng)。鉆具被停留在孔內(nèi)某一位置。此時(shí)由于內(nèi)齒圈不能轉(zhuǎn)動(dòng),行星輪除了在中心輪的驅(qū)動(dòng)下逆時(shí)針自轉(zhuǎn)外,還以順時(shí)針?lè)较蚶@中心輪公轉(zhuǎn)。24制動(dòng)鉆具

抱閘7剎住下降制圈，同時(shí)抱閘9松開(kāi)，卷筒與內(nèi)齒圈被閘住不轉(zhuǎn)ωb＝0,鉆具停止升降。此時(shí)，行星輪自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)行星架一起公轉(zhuǎn)。ωb＝0ωgωaωH25

下降鉆具時(shí)，提升手把上抬，放松提升制圈；下降手把處于控制狀態(tài),在鉆具重力的作用下，卷筒順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)而放繩，鉆具下落。此時(shí)由于內(nèi)齒圈及中心輪都為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，故行星輪也順時(shí)針公轉(zhuǎn)。行星輪的自轉(zhuǎn)可能有三種情況，即順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、沒(méi)有自轉(zhuǎn)、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。行星輪的自轉(zhuǎn)狀態(tài)不僅與中心齒輪和內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速有關(guān)，同時(shí)與各齒輪的齒數(shù)有關(guān)。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理,推導(dǎo)出三種自轉(zhuǎn)狀態(tài)的條件為：

時(shí),行星輪沒(méi)有自轉(zhuǎn);當(dāng)

當(dāng)

當(dāng)

時(shí),行星輪與中心輪轉(zhuǎn)向相同;時(shí),行星輪與中心輪轉(zhuǎn)向相反。3.下降鉆具26下降鉆具ωbωgωaωH

兩抱閘均松開(kāi)，鉆具在自重作用下下降，并通過(guò)鋼繩使卷筒旋轉(zhuǎn)方向與提升時(shí)相反。行星輪自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)方向及速度取決于齒圈、中心齒輪的轉(zhuǎn)速。27微動(dòng)控制

微動(dòng)控制升降，是指微提輕鉆具，微放重鉆具，處理事故時(shí)微控鉆具的升降等操縱狀況。微動(dòng)控制要借助于兩個(gè)抱閘的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。ωbωgωaωH28第一類(lèi)行星式升降機(jī)在三種工況下輪系的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)提制下畫(huà)動(dòng)29§7-6行星式升降機(jī)的結(jié)構(gòu)形式分析一行星輪軸的支撐方式

簡(jiǎn)支式及懸臂式二動(dòng)力的輸入方式

靠近孔口式及遠(yuǎn)離孔口式XY-4型鉆機(jī)升降機(jī)XY-5型鉆機(jī)升降機(jī)30三卷筒的驅(qū)動(dòng)方式

內(nèi)齒圈驅(qū)動(dòng)及行星輪軸驅(qū)動(dòng)四卷筒的結(jié)構(gòu)

焊接式及鑄造式五升降機(jī)的軸端結(jié)構(gòu)

安裝錨頭輪、手搖提升裝置、水冷裝置、水剎車(chē)、加壓器及其他傳動(dòng)裝置。31XY-4型鉆機(jī)升降機(jī)升降機(jī)冷裝置的工作原理32升降機(jī)水剎車(chē)的結(jié)構(gòu)與工作原理XY-5鉆機(jī)水剎車(chē)轉(zhuǎn)子33液體在水剎車(chē)轉(zhuǎn)子與定子水室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及環(huán)流力矩的形成液體的牽連運(yùn)動(dòng)與慣性液流液體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與環(huán)流液體的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)與環(huán)流力矩34水剎車(chē)的工作特性100%50%30%Mzdn1n2n30—轉(zhuǎn)矩系數(shù)，主要與水剎車(chē)的結(jié)構(gòu)有關(guān);35水剎車(chē)工作時(shí)，滑動(dòng)齒輪與升降機(jī)左端的內(nèi)齒圈相結(jié)合，轉(zhuǎn)子在水室內(nèi)相對(duì)于定子和液體做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生由環(huán)流力矩和摩擦力矩組成的回轉(zhuǎn)阻力矩。當(dāng)水剎車(chē)的回轉(zhuǎn)阻力矩與下降鉆具的重力作用于卷筒上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相平衡時(shí)，鉆具以勻速或接近勻速下降。水剎車(chē)的工作示意圖36XY-5鉆機(jī)37XU-1000水剎車(chē)38七抱閘（制動(dòng)器）的結(jié)構(gòu)抱閘的結(jié)構(gòu)形式半帶式、帶式、雙閘瓦式39XY-4型鉆機(jī)抱閘的結(jié)構(gòu)

該抱閘屬閘瓦式抱閘，由手柄l,凸輪2、連桿11,閘瓦座7、剎車(chē)帶13、支架14等構(gòu)成。40XY-5型鉆機(jī)抱閘的結(jié)構(gòu)412.抱閘的安裝位置一側(cè)置及兩側(cè)置423.抱閘的制動(dòng)方式手動(dòng)式和液壓制動(dòng)式434.抱閘支點(diǎn)的位置ab抱閘支點(diǎn)與鋼繩拉力在升降機(jī)軸同側(cè)抱閘支點(diǎn)與鋼繩拉力在升降機(jī)軸兩側(cè)44§7-7升降機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算一抱閘制動(dòng)力的計(jì)算

1.下降鉆具時(shí),下降抱閘所需的制動(dòng)力矩

制動(dòng)正在下了落過(guò)程中的鉆具,卷筒除承受鉆具重力產(chǎn)生的靜力矩外,同時(shí)受有鉆具下落的慣性力產(chǎn)生的附加動(dòng)力矩。因此,下降抱閘所需產(chǎn)生的制動(dòng)力矩應(yīng)為:

在實(shí)際計(jì)算中,多