潛孔鉆機(jī)卸桿機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)與研究

PAGE2PAGE3潛孔鉆機(jī)卸桿機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)與研究趙宏強(qiáng)1，2謝武裝1蔣海華1何清華1，2(1.中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙4100832.湖南山河智能機(jī)械股份有限公司，湖南長(zhǎng)沙星沙開(kāi)發(fā)區(qū)410100)【摘要】本文全面分析了目前國(guó)內(nèi)外各種鉆桿接卸裝置的發(fā)展趨勢(shì)及其工作性能的優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出了基于全液壓接卸鉆桿裝置的改進(jìn)方案。并根據(jù)潛孔鉆機(jī)的鉆孔過(guò)程的功能要求及其工作性能對(duì)鑿巖品質(zhì)的影響，研究確定了潛孔鉆機(jī)的接卸鉆桿裝置的液壓控制系統(tǒng)。實(shí)踐表明，該卸桿機(jī)構(gòu)在目前潛孔鑿巖礦山中作業(yè)方便，卸桿效率高，安全性好，同時(shí)也有效地提高了鉆桿的使用壽命?！娟P(guān)鍵詞】潛孔鉆機(jī)卸桿裝置卡桿油缸液壓控制1概述接卸鉆桿作為潛孔鉆機(jī)鉆孔的主要工序之一，經(jīng)歷了靠人工或半機(jī)械化接卸鉆桿發(fā)展到機(jī)械化、機(jī)械——液壓綜合方式以及全液壓化接卸鉆桿。潛孔鉆機(jī)接卸鉆桿裝置的性能不僅關(guān)系到工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)的安全性，而且直接影響鉆桿的使用壽命和鉆機(jī)的效率。1.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外接卸鉆桿裝置主要有如下五種類(lèi)型：人工墊叉—卸桿油缸式的鉆桿接卸裝置瑞典AtlasCopco公司早期生產(chǎn)的Roc306潛孔鉆機(jī)和國(guó)產(chǎn)DQ150J潛孔鉆機(jī)接卸鉆桿裝置就是采用的人工墊叉—卸桿油缸式的鉆桿接卸裝置。該類(lèi)型的鉆桿接卸裝置在國(guó)內(nèi)露天潛孔鉆機(jī)中應(yīng)用廣泛，它的不足之處就在于需要人工操作來(lái)參與卸桿，危險(xiǎn)系數(shù)大，工作效率也較低。液壓墊叉—卸桿活塞式鉆桿接卸裝置美國(guó)TWR米申公司600—U型潛孔鉆機(jī)就是采用液壓墊叉—卸桿活塞式鉆桿接卸裝置來(lái)接卸鉆桿的。該鉆桿接卸裝置與人工墊叉式—卸桿油缸式的鉆桿接卸裝置相比就是采用了液壓墊叉，免去了人工的勞動(dòng)降低了危險(xiǎn)性，卸桿效率有所提高。液壓墊叉—卡桿油缸——活塞卡套式接卸鉆桿裝置這種接卸鉆桿裝置的回轉(zhuǎn)頭上配有氣動(dòng)卡桿裝置。在液壓墊叉—卸桿活塞式鉆桿接卸裝置的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的改進(jìn)同時(shí)采取的卸桿方式也有所不同。連桿—油缸型接卸鉆桿裝置宣化風(fēng)動(dòng)機(jī)械研究所研制的連桿—油缸型接卸鉆桿裝置，主要由上下卡桿器和一個(gè)卸桿油缸組成，每個(gè)卡桿器由一卡桿油缸、卡爪、連桿機(jī)構(gòu)等組成。驅(qū)動(dòng)卡桿油缸通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿的夾緊和松夾。每個(gè)卡桿器可單獨(dú)或同時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿的夾緊和松夾。當(dāng)兩對(duì)卡桿器分別卡住相鄰兩根鉆桿時(shí)，驅(qū)動(dòng)卸桿油缸使上下卡桿器相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿間螺紋的擰松。全液壓型鉆桿接卸裝置瑞典AtlasCopo公司生產(chǎn)的M177、Simba261潛孔鉆機(jī)采用的就是全液壓型鉆桿接卸裝置。這種裝置不僅可以接卸鉆桿，而且對(duì)鉆桿起開(kāi)孔導(dǎo)向的作用。1.2前各種鉆桿接卸裝置工作性能的分析人工墊叉—卸桿油缸式的接卸鉆桿裝置需要人工墊叉、人工移動(dòng)和拆裝卡桿叉，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，卸桿時(shí)間長(zhǎng)。液壓墊叉的卸桿裝置比人工墊叉方式的卸桿裝置卸桿方便，節(jié)省卸桿時(shí)間，但這兩種裝置在卸桿時(shí)采用回轉(zhuǎn)頭內(nèi)的卸桿活塞或卸桿卡套配合卸桿，使回轉(zhuǎn)頭結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，增加了壓力密封點(diǎn)；而且在卸桿時(shí)必須提供壓氣。對(duì)于鉆桿還必須加工出花鍵或止動(dòng)平鍵，使鉆桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜，提高了鉆桿成本。對(duì)于液壓墊叉—活塞卡套式卸桿裝置，最后松開(kāi)回轉(zhuǎn)頭與鉆桿連接還需要人工完成，降低了卸桿效率。而且該裝置還存在一個(gè)隱患，即首先回轉(zhuǎn)頭與鉆桿連接螺紋擰松后上提鉆桿，此時(shí)如果連接螺紋有一定磨損，就容易出現(xiàn)脫扣落桿的危險(xiǎn)。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其鉆桿的使用壽命較低。上述分析的三種利用墊叉結(jié)構(gòu)的卸桿裝置，在鉆桿的上部、下部需加工出部分方頭結(jié)構(gòu)，削弱了鉆桿強(qiáng)度，降低了鉆桿的使用壽命。而且在卸桿時(shí)，必須將鉆桿的方頭位置與墊叉的方口位置相對(duì)應(yīng)，使操作復(fù)雜化也影響卸桿效率。另外，該三種鉆桿接卸裝置，由于利用墊叉卸桿，所以不能利用該裝置直接卸鉆頭。卸鉆頭時(shí)，還須另配備、安裝專(zhuān)用的設(shè)施，對(duì)于鉆鑿磨蝕性很大的巖石，如銅炕錫礦鉆頭使用不到100米的情況，會(huì)增加很多附助作業(yè)時(shí)間，對(duì)鉆機(jī)的生產(chǎn)效率影響很大。從有關(guān)的潛孔鉆機(jī)接卸鉆桿工作原理可知，鉆桿的接卸過(guò)程中，回轉(zhuǎn)頭主軸螺紋與鉆桿聯(lián)結(jié)或脫開(kāi)比較頻繁，所以最易磨損。為了保護(hù)回轉(zhuǎn)頭主軸螺紋，現(xiàn)一般在主軸前加一短接。對(duì)于采用卸桿活塞和卡套式結(jié)構(gòu)的，由于結(jié)構(gòu)所限制，不能加短接，所以主軸或鉆桿接頭的螺紋易磨損。對(duì)于連桿—油缸型卸桿裝置相對(duì)全液壓控制的卸桿裝置而言，成本較低，但加工的零件較多，且該裝置的卡爪、鉸接軸的單邊磨損會(huì)造成上下卡桿器不同心，使鉆桿受到彎曲應(yīng)力，引起卸桿困難。所以，目前各種鉆桿接卸裝置以全液壓控制的鉆桿裝置性能較佳，它具備鉆機(jī)鉆孔作業(yè)的功能要求。但現(xiàn)有全液壓控制型的鉆桿接卸裝置在工作中也存在一些需要研究解決的問(wèn)題，它主要存在如下缺點(diǎn)：卡桿器的夾緊力過(guò)大且存在困油現(xiàn)象、卡桿缸內(nèi)層密封件易損，使導(dǎo)向性能降低、卡爪連接螺釘易斷等?；谏鲜鲈?，所以本文提出了一種基于全液壓控制的新型潛孔鉆機(jī)卸桿裝置。2.全液壓卸桿裝置工作原理圖1為全液壓卸桿裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，主要由A、B兩個(gè)卡桿器和一個(gè)卸油缸3組成。每對(duì)卡桿器有一個(gè)卡桿架1、卡桿架中對(duì)稱安裝一對(duì)卡桿油缸4、卡桿油缸端部安裝卡爪2。每對(duì)卡桿器在卡桿油缸的作用下均可實(shí)現(xiàn)鉆桿的夾緊或松夾。當(dāng)A、B卡桿器分別夾住相領(lǐng)兩根鉆桿時(shí)，驅(qū)動(dòng)卸桿油缸，A、B卡桿器可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩根鉆桿間螺紋綜上所述，卡桿器夾持鉆桿的作用力應(yīng)滿足在卸松桿間或鉆桿與回轉(zhuǎn)頭間螺紋連接時(shí)夾持鉆桿不滑動(dòng)，以及夾持最大重量鉆具時(shí)不會(huì)落下，從這方面來(lái)說(shuō)卡桿器夾持鉆桿的作用力應(yīng)盡量大些，但該作用力太大對(duì)鉆桿使用壽命有很大的影響?，F(xiàn)有資料及潛孔鑿巖實(shí)踐表明，怎樣確定卡緊力的合理值尚無(wú)理論依據(jù)，也無(wú)實(shí)踐總結(jié)。所以還有待于對(duì)卡桿器夾緊力進(jìn)行進(jìn)一步理論研究與分析。4結(jié)語(yǔ)實(shí)踐表明，該卸桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案成功地解決了如何實(shí)現(xiàn)接卸和導(dǎo)向控制功能，消除了接卸鉆桿裝置中存在的困油現(xiàn)象，提高了密封件的使用壽命，它具有作業(yè)方便，卸桿效率高，安全性好等優(yōu)點(diǎn)。但是由于篇幅有限，本文沒(méi)有對(duì)如何以提高鉆桿使用壽命為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)確定最優(yōu)卡緊力進(jìn)行進(jìn)一步的專(zhuān)題分析研究，該研究還有待于進(jìn)一步的深入分析。參考文獻(xiàn)陳玉凡，朱祥.鉆孔機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987吳萬(wàn)榮，黃志雄，何清華，朱建新.潛孔鉆機(jī)全液壓接卸鉆桿裝置的研制[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2002，33（4）：405～407〔蘇聯(lián)〕B.