《全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的設(shè)計(jì)（11頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院 楊虎偉 文獻(xiàn)閱讀報(bào)告 文獻(xiàn)閱讀綜述報(bào)告 全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī) 學(xué) 院：建設(shè)工程學(xué)院 專 業(yè)：地質(zhì)工程 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 導(dǎo) 師： 從2010年9月進(jìn)入了研究生的生活，在認(rèn)真學(xué)習(xí)研究生開(kāi)設(shè)課程的同時(shí)，我還有重點(diǎn)的閱讀了一些專業(yè)方面的書籍和文章，主要針對(duì)全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)及其在鉆井方面的應(yīng)用。在豐富和增強(qiáng)自己專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也為即將開(kāi)始的畢業(yè)論文的完成做下前期必要的知識(shí)儲(chǔ)備。通過(guò)這一段時(shí)

2、間的閱讀和學(xué)習(xí)，將自己歸納的知識(shí)材料整理如下： 全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)研究 摘要 動(dòng)力頭式鉆機(jī)是目前鉆機(jī)三大主要機(jī)型之一，是近些年來(lái)發(fā)展最快、應(yīng)用日益廣泛的鉆機(jī)。它以其移動(dòng)式回轉(zhuǎn)器自帶動(dòng)力——液壓馬達(dá)、風(fēng)動(dòng)馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)而得名。動(dòng)力頭式鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，執(zhí)行機(jī)構(gòu)各自獨(dú)立，主機(jī)重量小，因而布局靈活。在功能上可以打任何角度孔——水平孔、下向孔乃至上向扇面孔，而且給進(jìn)行程長(zhǎng)，鉆壓控制平穩(wěn)、準(zhǔn)確，從而能獲得更高的鉆效、鉆孔質(zhì)量和巖心采取率。在總體結(jié)構(gòu)方面，只有一個(gè)動(dòng)力頭和一個(gè)給進(jìn)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，施工時(shí)不需要另立鉆塔，被稱為“無(wú)塔鉆機(jī)”。目前動(dòng)力頭式鉆機(jī)在煤田地質(zhì)勘探、礦井鉆探，建筑工程及地質(zhì)工程中都有著廣泛

3、的應(yīng)用。隨著煤炭工業(yè)建設(shè)的發(fā)展，動(dòng)力頭式鉆機(jī)在煤礦坑道鉆探上的應(yīng)用將更加廣泛。 關(guān)鍵詞:動(dòng)力頭式鉆機(jī)；頂驅(qū)；傳動(dòng)系統(tǒng)；給進(jìn)機(jī)構(gòu)；液壓系統(tǒng)； 一、國(guó)內(nèi)外鉆機(jī)的研究現(xiàn)狀 1、國(guó)外鉆機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 國(guó)外鉆機(jī)逐漸向大型化及小型化方向分化，既有適合于長(zhǎng)期鉆探作業(yè)、鉆深能力大的鉆機(jī)，又有容易攜帶、自動(dòng)化程度高的小型鉆機(jī)，這也突出了鉆機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展方向。在鉆探技術(shù)方面，經(jīng)典鉆探方法和高效鉆探方法相結(jié)合，如孔底動(dòng)力技術(shù)在國(guó)外鉆探中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，反循環(huán)鉆進(jìn)法對(duì)于復(fù)雜地層的鉆進(jìn)方法也在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，非開(kāi)挖定向鉆進(jìn)技術(shù)更是發(fā)展得如火如荼，這些都相對(duì)于國(guó)內(nèi)的發(fā)展來(lái)說(shuō)快很多。近年來(lái)，微電子技術(shù)也逐

4、步應(yīng)用到鉆機(jī)的設(shè)計(jì)中，并逐步實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的模塊化和自動(dòng)化，出現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)控鉆進(jìn)過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。 （1）、國(guó)外石油鉆機(jī)最新技術(shù) ①挪威AKRE陽(yáng)公司可編程自動(dòng)鉆井系統(tǒng)(CADS) 該公司的第一套可編程管子處理系統(tǒng)己在挪威海上鉆井平臺(tái)上使用。操作該系統(tǒng)時(shí)，司鉆可以預(yù)先依次將起下鉆操作步驟程序化，不需要分別操作絞車、頂驅(qū)、管子處理裝置和卡瓦。鉆臺(tái)上除司鉆操作室內(nèi)的司鉆外，不需要其它操作者。該系統(tǒng)總稱為可配置自動(dòng)鉆井系統(tǒng)(CADS)，根據(jù)承包商和操作者的要求，該公司可將各種操作程序化。系統(tǒng)除有一套可編程管子處理系統(tǒng)外，還包括一套先進(jìn)的防碰系統(tǒng)，用來(lái)防止操作間的相互干擾。在司鉆操作室內(nèi)，觸

5、摸屏代替了按鈕和開(kāi)關(guān)。同時(shí)配備有手動(dòng)操作的備用系統(tǒng)。所有操作都是經(jīng)過(guò)優(yōu)化的，大大減少了起下鉆時(shí)間，每小時(shí)可以起下55柱立根。 ②Varoo公司鉆機(jī)在線監(jiān)視與診斷系統(tǒng) Varco公司的E一Drill是第一套可用于遠(yuǎn)程監(jiān)視和診斷世界各地鉆機(jī)上的Varc。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，鉆機(jī)操作人員可以在h1以內(nèi)和varco的技術(shù)人員取得聯(lián)系，各種參數(shù)可以直接從置于Varco公司監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的智能系統(tǒng)取得，用于最大限度提高頂驅(qū)、排管系統(tǒng)和Varoc集成控制和信息系統(tǒng)(V一cISI)的性能。 ③RIGSERV鉆機(jī)集成控制系統(tǒng) RIGSERv鉆機(jī)集成控制系統(tǒng)是安裝在鉆臺(tái)上司鉆控制室內(nèi)完整和最先進(jìn)的鉆機(jī)集成控制系統(tǒng)其高度

6、自動(dòng)化能夠使司鉆能夠方便地操縱多功能絞車、頂驅(qū)和鐵鉆工、鉆桿操作器、交流動(dòng)力和鉆井儀表系統(tǒng)。 （2）、發(fā)展方向 ①加速推廣成熟的新技術(shù)，不斷進(jìn)行技術(shù)更新 美國(guó)、加拿大和挪威等國(guó)的頂部驅(qū)動(dòng)裝置的產(chǎn)品均己形成系列，己從海洋鉆機(jī)推向陸地鉆機(jī)(包括斜井鉆機(jī))，從電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)推向柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，并不斷地改善其性能與結(jié)構(gòu)。美國(guó)、加拿大、德國(guó)和挪威等國(guó)的盤式剎車也已形成系列，美國(guó)和挪威還開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)控制的氣動(dòng)、多盤的盤式剎車。美國(guó)、德國(guó)和挪威等國(guó)的盤式剎車的鉆機(jī)一般都配備了自動(dòng)送鉆裝置，有的還形成了一體化技術(shù)，在動(dòng)力機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，慢速提起井下鉆具，以防止產(chǎn)生井下事故。 ②適應(yīng)用戶需求，提供多樣化產(chǎn)

7、品 一般都可根據(jù)用戶要求，提供不同驅(qū)動(dòng)形式的鉆機(jī)。美國(guó)OIME公司研制了不用大吊車和絞車，可低位安裝的分體式鉆機(jī)。 ③大力開(kāi)發(fā)高新技術(shù)的鉆機(jī) 為了進(jìn)一步提高鉆機(jī)的工藝性、經(jīng)濟(jì)性，德國(guó)的Wirth公司和挪威的MH公司生產(chǎn)了液壓驅(qū)動(dòng)絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵的全液壓鉆機(jī)，還開(kāi)發(fā)了頂驅(qū)加升降液缸的液壓升降式鉆機(jī);意大利的Drillmec公司也開(kāi)發(fā)了類似的中型系列鉆機(jī)。 ④發(fā)展用于深水鉆井的大功率海洋石油鉆機(jī) ⑤更加重視環(huán)境保護(hù) 如盡量減少噪聲和排放產(chǎn)生的污染，采用低噪聲的柴油機(jī)和送輪傳動(dòng)裝置。英國(guó)已研究出專門用于城市或居民區(qū)鉆井的密閉式低噪聲絞車。美、俄合資的LLc公司生產(chǎn)的鉤載550t、鉆深6

8、55m0型的大型鉆機(jī)，也采用了防污染的鉆屑處理系統(tǒng)。 2、國(guó)內(nèi)鉆機(jī)發(fā)展水平 ⑴我國(guó)石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀 1957年以來(lái)，我國(guó)石油鉆機(jī)技術(shù)大體上經(jīng)歷了仿制和在引進(jìn)消化再創(chuàng)新兩個(gè)階段 ①成套石油鉆機(jī)具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力; ②國(guó)產(chǎn)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)發(fā)展迅速; ③鉆機(jī)在適應(yīng)性、成套性、品種多樣性和系列化、自動(dòng)化、智能化等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家 還有很大差距; ④國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)特別是機(jī)械鉆機(jī)的維修時(shí)間占生產(chǎn)總時(shí)間的5%一1%0，而美國(guó)只占2%一3%; ⑤適應(yīng)沙漠、戈壁、沼澤等條件的鉆機(jī)研制才剛起步; ⑥需要加大發(fā)展小井眼石油鉆機(jī)、連續(xù)管石油鉆機(jī)、自動(dòng)化石油鉆機(jī)等先進(jìn)鉆井設(shè)備的投資，推廣車裝鉆機(jī)，發(fā)展撬裝鉆機(jī)。

9、 （2）國(guó)內(nèi)鉆機(jī)的主要差距 ①技術(shù)更新緩慢，先進(jìn)技術(shù)不夠普及 ②產(chǎn)品的可靠性差 ③缺少競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的名牌產(chǎn)品 二、全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī) 1、鉆機(jī)的分類 鉆機(jī)由于施工目的、要求和工作條件的不同，設(shè)計(jì)與制造水平的不斷發(fā)展，通常從不同角度對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行分類，主要?jiǎng)澐譃橐韵骂愋停? （1）按照傳動(dòng)方式不同，鉆機(jī)可分為： ①機(jī)械傳動(dòng)鉆機(jī)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)可靠，傳動(dòng)效率高，易于加工制造；但整體性強(qiáng)，不便于運(yùn)輸，在傳動(dòng)中有較大的振動(dòng)和沖擊。 ②半液壓傳動(dòng)鉆機(jī)：采用機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)相結(jié)合的鉆機(jī)；一般回轉(zhuǎn)和提升系統(tǒng)采用機(jī)械傳動(dòng)、給進(jìn)系統(tǒng)采用液壓傳動(dòng)。 ③全液壓傳動(dòng)鉆機(jī)：傳動(dòng)平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作和遠(yuǎn)距

10、離控制；增強(qiáng)了鉆機(jī)的功能，提高了操作的自動(dòng)化。 （2）按照鉆探目的和用途的不同，鉆機(jī)可分為： ①石油鉆機(jī)：用于陸地及海洋石油天然氣的普查、勘探和開(kāi)采的鉆孔施工；這類鉆機(jī)由于鉆井的深度大，所以功率大，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大。 ②固體礦產(chǎn)勘探鉆機(jī)：固體礦產(chǎn)勘探往往要提取巖心作為地質(zhì)資料，因此這種鉆機(jī)也稱為巖心鉆機(jī)。 ③水文地質(zhì)調(diào)查和水井鉆機(jī)：用于地下水資源的調(diào)查、勘探和開(kāi)采。 ④工程地質(zhì)勘探鉆機(jī)：用于橋梁、水壩、高層建筑及其它重要大型工程建筑基礎(chǔ)的地基勘察。 ⑤工程施工鉆機(jī)：用于大型工程建筑的基礎(chǔ)樁孔的施工。 ⑥坑道鉆機(jī)：用于地下坑道各種鉆孔的施工。 ⑦砂礦鉆機(jī)：用于砂礦礦床的勘探。

11、（3）按照所采用的鉆進(jìn)方法的不同，鉆機(jī)可分為： ①?zèng)_擊式鉆機(jī)：包括鋼繩沖擊式和鉆桿沖擊式鉆機(jī)，通過(guò)鉆頭周期性的上下運(yùn)動(dòng)沖擊破碎巖石。 ②回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)：包括立軸式、轉(zhuǎn)盤式及動(dòng)力頭（移動(dòng)回轉(zhuǎn)器）式鉆機(jī)，通過(guò)鉆頭在孔底的回轉(zhuǎn)而破碎巖石。 ③振動(dòng)式鉆機(jī)：它是采用振動(dòng)器迫使鉆具產(chǎn)生軸向周期性振動(dòng)，依靠振動(dòng)所產(chǎn)生的力使鉆頭吃入地層，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)，適用于松軟地層的鉆進(jìn)。 ④復(fù)合式鉆機(jī)：將振動(dòng)、沖擊、回轉(zhuǎn)、靜壓等功能以不同方式組合在一起的鉆機(jī)。 2、全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的基本組成 全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)是指回轉(zhuǎn)和給進(jìn)機(jī)構(gòu)都采用液壓傳動(dòng)的動(dòng)力頭式鉆機(jī)。用于不同施工目的的全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)盡管在具體結(jié)構(gòu)上差別較大

12、，但從功能上講，通常包括以下幾個(gè)部分： （1）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：是驅(qū)動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn)，提供回轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)矩的裝置，又稱動(dòng)力頭。 （2）提升與給進(jìn)機(jī)構(gòu)：向鉆具施加軸向力，并能移動(dòng)鉆具的機(jī)構(gòu)，主要用于調(diào)節(jié)鉆頭載荷、控制給進(jìn)速度，升降鉆具，當(dāng)出現(xiàn)孔內(nèi)事故時(shí)，還可用于強(qiáng)力起拔鉆具。 （3）鉆桿擰卸、夾持裝置：有兩種方式，通常是直接用動(dòng)力頭反轉(zhuǎn)來(lái)卸開(kāi)鉆桿；但對(duì)于轉(zhuǎn)矩很大的鉆機(jī)，常要另配一個(gè)卸管裝置。無(wú)論哪種方式，在鉆機(jī)靠孔口的部位都要安裝一個(gè)承受擰卸鉆桿的反轉(zhuǎn)矩和鉆具重力的夾持器。 （4）液壓傳動(dòng)系統(tǒng)：用于產(chǎn)生并控制壓力油以實(shí)現(xiàn)各液壓部件所需的速度、轉(zhuǎn)矩、運(yùn)動(dòng)方向等。 （5）機(jī)架與底座：用于連接和支承鉆機(jī)各部

13、件，使之成為一個(gè)整體并與地基相固定，在必要時(shí)還可使主機(jī)移位。 3、全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的幾個(gè)重要參數(shù) （1）動(dòng)力頭主軸轉(zhuǎn)矩 這是一項(xiàng)表明鉆機(jī)的鉆進(jìn)能力和應(yīng)用范圍的參數(shù)。小轉(zhuǎn)矩（幾百Nm）的動(dòng)力頭式鉆機(jī)只能用于小口徑淺鉆孔；大轉(zhuǎn)矩（幾千Nm）的動(dòng)力頭式鉆機(jī)才能用于大口徑或深鉆孔施工。 （2）動(dòng)力頭主軸轉(zhuǎn)速范圍 這是一項(xiàng)說(shuō)明鉆機(jī)的工藝適應(yīng)性的參數(shù)，基本上可分為低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速兩大類，從而適用于不同的鉆進(jìn)工藝和鉆孔直徑。此項(xiàng)參數(shù)在很大程度上決定了所選用的液壓馬達(dá)和液壓泵的類型。 （3）給進(jìn)行程 這是代表給進(jìn)系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要參數(shù)，其大小對(duì)起下鉆效率有一定影響。 （4）給進(jìn)起拔力 此項(xiàng)參

14、數(shù)大小必須滿足正常鉆進(jìn)和處理孔內(nèi)事故的要求。 （5）給進(jìn)起拔速度 這也是一項(xiàng)影響起下鉆效率的參數(shù)。 （6）夾持器額定轉(zhuǎn)矩 夾持器除了支持孔內(nèi)鉆具重力之外，必須能承受旋緊和松開(kāi)鉆具連接螺紋的正反兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩。 （7）卡盤額定轉(zhuǎn)矩 這一項(xiàng)參數(shù)應(yīng)大于正常鉆進(jìn)和擰卸鉆桿時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩 現(xiàn)在先進(jìn)的全液壓鉆機(jī)的模型如下所示： 圖 2-1 全液壓頂驅(qū)石油鉆機(jī)模型整機(jī)結(jié)構(gòu)圖 3、全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的給進(jìn)系統(tǒng) 全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)給進(jìn)系統(tǒng)由給進(jìn)機(jī)構(gòu)和控制給進(jìn)機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)組成。各種給進(jìn)機(jī)構(gòu)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，而液壓系統(tǒng)的好壞則實(shí)際上反映了此種鉆機(jī)給進(jìn)系統(tǒng)的先進(jìn)性。 給進(jìn)機(jī)構(gòu)按照傳動(dòng)方式可分為

15、兩大類：機(jī)械給進(jìn)機(jī)構(gòu)和液壓給進(jìn)機(jī)構(gòu)。 機(jī)械給進(jìn)機(jī)構(gòu)是依靠動(dòng)力或人力通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置施加力和運(yùn)動(dòng)。常用的結(jié)構(gòu)形式有鋼絲繩加壓給進(jìn)機(jī)構(gòu)、主動(dòng)鉆桿給進(jìn)機(jī)構(gòu)、螺旋差動(dòng)給進(jìn)機(jī)構(gòu)、封閉鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)和手把給進(jìn)機(jī)構(gòu)等。機(jī)械給進(jìn)機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：多數(shù)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，制造、維修、安裝都較方便；采用手動(dòng)操作，可直接感覺(jué)孔內(nèi)情況，但不能準(zhǔn)確控制給進(jìn)參數(shù)；功能較少；勞動(dòng)強(qiáng)度大；工作安全可靠性差等。此類給進(jìn)機(jī)構(gòu)多用于純機(jī)械傳動(dòng)式鉆機(jī)。 液壓給進(jìn)機(jī)構(gòu)是利用油液的壓力能通過(guò)液動(dòng)機(jī)（液壓缸或液壓馬達(dá)）實(shí)現(xiàn)加、減壓和給進(jìn)鉆具。液壓給進(jìn)機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有單液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)、雙液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)、液壓缸－鏈條（或鋼繩）給進(jìn)機(jī)構(gòu)和液壓馬達(dá)

16、－鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)等。液壓給進(jìn)機(jī)構(gòu)與機(jī)械給進(jìn)機(jī)構(gòu)相比，具有能較準(zhǔn)確地控制和調(diào)節(jié)給進(jìn)力和給進(jìn)速度，能夠利用液壓儀表反映和顯示孔內(nèi)情況，工作安全可靠，功能齊全，操作方便省力，便于集中控制和遠(yuǎn)距離操作等優(yōu)點(diǎn)。但也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零、部件加工較困難，野外維修不便等缺點(diǎn)。目前的全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)就是采用這種給進(jìn)機(jī)構(gòu)。 4、液壓給進(jìn)機(jī)構(gòu) （1）單液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu) 單液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)采用液壓缸或活塞桿直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭，顯示出結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。受活塞桿穩(wěn)定性的限制，單液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)的給進(jìn)行程較小，適用于淺孔鉆機(jī)。 （2）雙液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu) 雙液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)與單液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)相比，在系統(tǒng)壓力和液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸相同的

17、情況下，能產(chǎn)生較大的給進(jìn)力和起拔力，機(jī)構(gòu)的剛性也大，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝不便。雙液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)又有短行程和長(zhǎng)行程之分。長(zhǎng)行程雙液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)的給進(jìn)行程較長(zhǎng)，有利于縮短輔助時(shí)間、提高鉆進(jìn)效率，但機(jī)構(gòu)的重量和尺寸較大。 （3）液壓缸－鏈條（或鋼繩）給進(jìn)機(jī)構(gòu) 這種給進(jìn)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)兩倍于液壓缸活塞行程的長(zhǎng)行程給進(jìn)和提升鉆具，升降鉆具和給進(jìn)鉆具的速度也為活塞運(yùn)動(dòng)速度的兩倍，因此，又稱為倍速給進(jìn)機(jī)構(gòu)，但給進(jìn)力和起拔力要相應(yīng)減半。按液壓缸的數(shù)量又分為單液壓缸－鏈條（或鋼繩）給進(jìn)機(jī)構(gòu)和雙液壓缸－鏈條（或鋼繩）給進(jìn)機(jī)構(gòu)。采用雙液壓缸能產(chǎn)生較大的提升力和給進(jìn)力，因此雙液壓缸－鏈條（或鋼繩）給進(jìn)機(jī)構(gòu)多用于較深孔或較

18、大口徑鉆機(jī)。 （4）液壓馬達(dá)－鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu) 液壓馬達(dá)－鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)用液壓馬達(dá)帶動(dòng)鏈輪直接驅(qū)動(dòng)給進(jìn)鏈條，使機(jī)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，有利于減輕整機(jī)的重量。這種機(jī)構(gòu)不受液壓缸活塞行程的限制，最長(zhǎng)行程可達(dá)6-8m，并可獲得較快的運(yùn)動(dòng)速度，除可完成給進(jìn)功能外，一般均可取代升降機(jī)完成起下鉆具作業(yè)。但液壓馬達(dá)維修困難，且壽命也不及液壓缸長(zhǎng)。 三、全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)給進(jìn)系統(tǒng)的合理性分析 1、鉆機(jī)給進(jìn)系統(tǒng)的功用 對(duì)全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)而言，其給進(jìn)機(jī)構(gòu)主要應(yīng)具備以下功用： （1）向孔底鉆具提供合理的鉆壓，并恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)給鉆具，以實(shí)現(xiàn)加壓及減壓鉆進(jìn)。 全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的給進(jìn)系統(tǒng)采用液壓給進(jìn)，主要通過(guò)泵向液壓缸、馬達(dá)

19、等執(zhí)行件提供高壓油，通過(guò)液壓缸、馬達(dá)輸出給進(jìn)力，通過(guò)中間連接裝置（拖板）帶動(dòng)動(dòng)力頭再帶動(dòng)鉆具實(shí)現(xiàn)鉆具的給進(jìn)或起拔。其中通常要采用溢流閥、減壓閥、節(jié)流閥等液壓件實(shí)現(xiàn)加壓或減壓鉆進(jìn)，以調(diào)節(jié)給進(jìn)壓力或速度，適應(yīng)鉆頭在孔底鉆進(jìn)時(shí)所需的壓力和速度。 （2）實(shí)現(xiàn)倒桿，提動(dòng)鉆具和懸掛鉆具。 當(dāng)動(dòng)力頭帶動(dòng)鉆走到鉆機(jī)最前端，需要先將動(dòng)力頭后退到鉆機(jī)后端，再繼續(xù)鉆進(jìn)，這個(gè)過(guò)程稱為倒桿。提鉆時(shí)也要倒桿，只是方向相反。有些全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)有起下鉆聯(lián)動(dòng)功能，倒桿過(guò)程中給進(jìn)液壓缸與卡盤和夾持器開(kāi)合動(dòng)作聯(lián)動(dòng)，大大節(jié)省了輔助時(shí)間。提動(dòng)鉆具是采用給進(jìn)液壓缸或馬達(dá)提供給進(jìn)/起拔力，通過(guò)動(dòng)力頭帶動(dòng)鉆具小范圍往復(fù)移動(dòng)。在垂直或

20、大角度鉆孔中鉆具在提離孔底后短時(shí)處于懸掛狀態(tài)，此時(shí)也要利用給進(jìn)系統(tǒng)，可通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥產(chǎn)生背壓以控制鉆具保持懸掛狀態(tài)。 （3）能夠強(qiáng)力起拔鉆具，具有一定的處理事故的能力。 從給進(jìn)機(jī)構(gòu)輸出的最大起拔力應(yīng)大于鉆具的重力，并有一定的富余量，以保證當(dāng)出現(xiàn)孔內(nèi)異常時(shí)鉆機(jī)能提動(dòng)鉆具而不至于埋鉆。鉆機(jī)鉆進(jìn)垂直孔時(shí)，鉆具的重力全部作用在鉆機(jī)上，而鉆進(jìn)近水平孔或小角度孔時(shí)僅需克服鉆具與孔壁的摩擦力和鉆具在鉆孔方向上的分力。另外，起拔力也不能太大，以免增加液壓缸或給進(jìn)馬達(dá)及鏈條的尺寸，導(dǎo)致給進(jìn)機(jī)構(gòu)的尺寸過(guò)大。 （4）能夠稱量鉆具重量。 當(dāng)鉆進(jìn)向下垂直孔時(shí)，鉆具自重超過(guò)鉆頭所需壓力后必須實(shí)行減壓鉆進(jìn)。為了確定

21、是否需要減壓以及減多少壓力，必須稱重鉆具重量。具體做法是：通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開(kāi)口大小來(lái)調(diào)節(jié)背壓，使鉆具保持懸掛狀態(tài)，此時(shí)起拔端壓力表所示壓力乘以液壓缸起拔端的截面面積就是鉆具的總重量。 2、給進(jìn)系統(tǒng)特性參數(shù)的設(shè)計(jì)原則 （1）給進(jìn)力G和起拔力Q 該兩項(xiàng)參數(shù)是給進(jìn)機(jī)構(gòu)正逆兩個(gè)方向的參數(shù)。給進(jìn)力應(yīng)滿足不同鉆進(jìn)工藝鉆壓的需要。為了提動(dòng)鉆具及有一定的處理事故能力，鉆機(jī)的給進(jìn)機(jī)構(gòu)應(yīng)能提起全部鉆具重量，并有一定的儲(chǔ)備。 （2）給進(jìn)速度與起拔速度 給進(jìn)起拔速度包括正常鉆進(jìn)時(shí)給進(jìn)起拔速度和起下鉆時(shí)的給進(jìn)起拔速度。 對(duì)于單泵系統(tǒng)，正常鉆進(jìn)時(shí)泵輸出的少部分液壓油進(jìn)入給進(jìn)液壓缸或給進(jìn)馬達(dá)，為動(dòng)力頭提供鉆進(jìn)所需

22、的給進(jìn)起拔速度；起下鉆時(shí)，泵輸出的液壓油全部進(jìn)入給進(jìn)液壓缸或給進(jìn)馬達(dá)，為動(dòng)力頭提供所需較高的給進(jìn)起拔速度。 對(duì)于雙泵系統(tǒng)，相應(yīng)的兩種工況是：正常鉆進(jìn)時(shí)副泵輸出的液壓油進(jìn)入液壓缸或給進(jìn)馬達(dá)，為動(dòng)力頭提供所需的給進(jìn)起拔速度；起下鉆時(shí)，主泵和副泵輸出的液壓油合流，共同進(jìn)入給進(jìn)液壓缸或給進(jìn)馬達(dá)為動(dòng)力頭提供所需的給進(jìn)起拔速度。 （3）給進(jìn)行程 給進(jìn)行程指給進(jìn)機(jī)構(gòu)一次連續(xù)送進(jìn)鉆具的最大長(zhǎng)度。給進(jìn)行程的大小影響鉆進(jìn)效率、鉆機(jī)的尺寸、質(zhì)量及鉆進(jìn)時(shí)整機(jī)的穩(wěn)定性。給進(jìn)行程大，可以減少倒桿次數(shù)，縮短鉆進(jìn)中的輔助時(shí)間，有利于防止巖心堵塞及孔內(nèi)事故的發(fā)生；能提高鉆孔的質(zhì)量和鉆進(jìn)效率。但給進(jìn)行程過(guò)大，勢(shì)必會(huì)使鉆機(jī)尺

23、寸、質(zhì)量加大，鉆機(jī)重心增高，增加鉆機(jī)的工作不穩(wěn)定性。給進(jìn)行程與給進(jìn)機(jī)構(gòu)的類型及鉆進(jìn)的孔深有關(guān)。液壓缸直接給進(jìn)時(shí)給進(jìn)行程較小，帶鏈條給進(jìn)時(shí)只要空間允許，給進(jìn)行程可以很長(zhǎng)。在同類給進(jìn)機(jī)構(gòu)中，深孔鉆機(jī)給進(jìn)行程要長(zhǎng)些，淺孔鉆機(jī)給進(jìn)行程短些。 3、全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)給進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求 a.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作參數(shù)能夠隨鉆進(jìn)工藝的變化進(jìn)行一定范圍的調(diào)節(jié) 隨著鉆孔深度和地層的變化，鉆進(jìn)參數(shù)隨時(shí)都須相應(yīng)地改變。其他一些操作工序，如快速倒鉆桿、掃孔、快速提升和下放鉆具等，也都要求鉆機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)能根據(jù)工序的變化而調(diào)節(jié)，且有足夠的調(diào)節(jié)范圍。 b.改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方向時(shí)不需改變動(dòng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向 鉆機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

24、較多，鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以開(kāi)式回路為主。由于起下鉆具、擰卸鉆桿、倒鉆桿、前后移動(dòng)鉆機(jī)、夾緊和松開(kāi)鉆桿等工序的需要，鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)必須保證回轉(zhuǎn)器、給進(jìn)機(jī)構(gòu)、卡夾機(jī)構(gòu)及其他輔助裝置均能在不改變動(dòng)力機(jī)運(yùn)動(dòng)方向的情況下，實(shí)現(xiàn)正、反向運(yùn)動(dòng)，且換向迅速、準(zhǔn)確、方便，無(wú)液壓沖擊。 c.能實(shí)現(xiàn)一個(gè)機(jī)構(gòu)多種功能 全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能往往不止一個(gè)，例如給進(jìn)機(jī)構(gòu)的功能除了向孔內(nèi)送鉆具、孔底加壓、懸掛鉆具和快速倒鉆桿等功能外，由于鉆機(jī)沒(méi)有單獨(dú)的鉆具升降機(jī)構(gòu)，給進(jìn)機(jī)構(gòu)還兼作升降機(jī)構(gòu)用，這就要求給進(jìn)機(jī)構(gòu)應(yīng)具備快速提升和下放鉆具的功能，在發(fā)生卡鉆事故時(shí)還應(yīng)滿足強(qiáng)力起拔鉆具的要求?？▕A機(jī)構(gòu)(卡盤和夾持器)不僅

25、要能使鉆頭在孔內(nèi)回轉(zhuǎn)或停止工作時(shí)，分別卡緊或夾持鉆桿，而且還要相互配合擰卸鉆桿間的聯(lián)接螺紋。 d.各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、液壓系統(tǒng)中無(wú)流量和壓力的干涉 動(dòng)力頭式鉆機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)多，并且各機(jī)構(gòu)之間要配合密切，遵循一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在不同操作工序中的動(dòng)作變化頻繁，且順序動(dòng)作之間的間隔很短，這些都可能導(dǎo)致液壓系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)干涉。不同的工序中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作負(fù)載也會(huì)發(fā)生較大的變化，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作壓力可能出現(xiàn)相互干涉的現(xiàn)象，對(duì)于單泵系統(tǒng)，這種現(xiàn)象尤為明顯。在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的干涉。 e.液壓系統(tǒng)應(yīng)操作簡(jiǎn)單，控制準(zhǔn)確 全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)在工作時(shí)，每道工序都需要

26、多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合動(dòng)作，為提高工作效率、避免誤操作，使動(dòng)作盡可能聯(lián)動(dòng)，常通過(guò)單手把集中操作。各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作要準(zhǔn)確可靠，尤其是立孔鉆進(jìn)時(shí)的懸掛鉆具、夾持鉆桿等工況，相應(yīng)機(jī)構(gòu)的液壓回路必須具備可靠的鎖緊和保壓功能。 f.具有較好的抗污染性能 鉆機(jī)的工作環(huán)境主要是煤礦坑道，工作場(chǎng)所清潔度較差，鉆進(jìn)時(shí)沖洗液和巖粉的污染也會(huì)影響鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的清潔度，從而降低液壓回路的性能和使用壽命，因此鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)必須采用有效的抗污染措施。 g.液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，體積小、重量輕 坑道鉆機(jī)的搬遷、安裝較頻繁。由于工作場(chǎng)所通常都較狹窄，對(duì)于非自行式鉆機(jī)，靠人工搬遷較困難。這就要求鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的構(gòu)成盡可能簡(jiǎn)單

27、，外形尺寸和元件體積盡量小，以減輕質(zhì)量、方便搬遷。 h.液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度要求高 為降低制造成本、方便設(shè)備維修，應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度較高的液壓元件。 四、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 與一般工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備相比，鉆探機(jī)械往往具有工作環(huán)境惡劣、高速重載、能耗大、維護(hù)條件差并受重量和安裝空間限制等工況特點(diǎn)。液壓技術(shù)由于具有功率重量比大、配置柔性大、動(dòng)力傳輸和控制方便等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因而在鉆機(jī)上特別是在中大功率鉆機(jī)上被廣泛采用。鉆機(jī)上應(yīng)用液壓技術(shù)是在四十年代開(kāi)始的，最初主要是用于給進(jìn)機(jī)構(gòu)。全液壓鉆機(jī)性能的優(yōu)劣，主要是取決于液壓系統(tǒng)性能的好壞。對(duì)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，應(yīng)該從液壓系統(tǒng)的功能和特性、效

28、率、振動(dòng)和噪聲等幾個(gè)方面加以分析對(duì)比。其中，液壓系統(tǒng)的功能是指通過(guò)對(duì)液體介質(zhì)的流量和壓力進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成所要求動(dòng)作的功用。液壓系統(tǒng)的功能與具體的設(shè)計(jì)要求有關(guān)，一方面取決于設(shè)計(jì)者所構(gòu)思的回路組成，另一方面受限于組成系統(tǒng)的元件的性能。液壓系統(tǒng)效率的高低則反映了能量利用率的高低。液壓系統(tǒng)中的無(wú)功能耗最終都變?yōu)闊崮?，使系統(tǒng)溫度升高。液壓系統(tǒng)溫度過(guò)高對(duì)性能有著嚴(yán)重的負(fù)面影響。首先工作液體的性質(zhì)與溫度有密切的依賴關(guān)系，高溫會(huì)加速液體介質(zhì)老化，資料表明：礦物油介質(zhì)每升溫15℃，其穩(wěn)定使用壽命約降低90%；其次高溫會(huì)誘發(fā)各種故障、增大泄漏、降低元件使用壽命和系統(tǒng)工作的可靠性。目前，大部分液壓鉆機(jī)的液

29、壓系統(tǒng)都是以手動(dòng)控制閥、泵為基礎(chǔ)組成的液壓系統(tǒng)。受手動(dòng)液壓元件功能所限，不僅系統(tǒng)組成較復(fù)雜，而且操作繁瑣，控制的自動(dòng)化程度不高，更不能適應(yīng)遙控及各種控制策略控制的要求。另一方面，以往全液壓鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先著眼于如何滿足控制和調(diào)節(jié)的性能指標(biāo)，并沒(méi)有把效率和能耗控制明確地作為設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。隨著鉆機(jī)功率的增大，系統(tǒng)的能耗和發(fā)熱問(wèn)題越來(lái)越突出，成為制約和影響鉆機(jī)性能發(fā)揮的重要因素。因此，在全液壓鉆機(jī)設(shè)計(jì)中，迫切需要應(yīng)用液壓技術(shù)和液壓元件發(fā)展的最新成果，對(duì)傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，達(dá)到完善功能、提高效率的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械裝備的整體水平都有所提高，特別是20世紀(jì)下半葉以來(lái)流體傳動(dòng)與

30、控制技術(shù)和電子技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展了機(jī)械電子液壓一體化的器件和系統(tǒng)，電液閥和電液控制系統(tǒng)在各類機(jī)械設(shè)備上獲得了廣泛應(yīng)用，機(jī)械裝備迅速向機(jī)電液一體化方向發(fā)展。電液控制系統(tǒng)不僅具有液壓傳動(dòng)的功率重量比大，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，還兼有電子控制的操作靈活和控制性能好的優(yōu)點(diǎn)，因此在冶金機(jī)械、輕工機(jī)械、工程機(jī)械、機(jī)械制造、大型實(shí)驗(yàn)裝備、航空航天、艦船、雷達(dá)和火炮等部門得到了廣泛應(yīng)用。 1、液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 全液壓頂驅(qū)石油鉆機(jī)的執(zhí)行元件根據(jù)功能可分為普通執(zhí)行元件和特殊執(zhí)行元件：普通執(zhí)行元件的工作參數(shù)一經(jīng)設(shè)定以后基本上不再改變，其最高工作壓力由普通溢流閥限制、速度由普通節(jié)流閥或調(diào)速閥限制，并受壓力繼電器

31、、行程開(kāi)關(guān)控制；特殊執(zhí)行元件在工作過(guò)程中各種參數(shù)隨時(shí)間需要不斷調(diào)整以取得最佳工作效果，如頂驅(qū)油缸和鉆井馬達(dá)，其工作壓力、速度均由壓力傳感器、流量傳感器檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果傳送到PLC，PLC對(duì)其進(jìn)行處理并與相應(yīng)設(shè)定值進(jìn)行比較，然后對(duì)電磁比例調(diào)速閥和電磁比例壓力閥進(jìn)行控制，使頂驅(qū)油缸和鉆井馬達(dá)處于合適的工作狀態(tài)。根據(jù)執(zhí)行元件功能的不同將液壓系統(tǒng)分為開(kāi)關(guān)閥液壓系統(tǒng)和比例閥液壓系統(tǒng)。 （1）開(kāi)關(guān)閥液壓系統(tǒng) 根據(jù)所設(shè)計(jì)全液壓頂驅(qū)石油鉆機(jī)的工作狀況，開(kāi)關(guān)閥液壓系統(tǒng)如圖3-1所示，其執(zhí)行元件主要包括三大部分：頂驅(qū)系統(tǒng)的部分執(zhí)行元件、鐵鉆工和管子操縱系統(tǒng)的所有執(zhí)行元件。在工作過(guò)程中各個(gè)執(zhí)行單元由PLC程序控制

32、，無(wú)兩個(gè)或多個(gè)執(zhí)行單元同時(shí)工作的情況。液壓源為兩組相同規(guī)格的電機(jī)泵組，兩泵組交替工作，這樣即能夠提高泵的壽命，同時(shí)又能夠提高系統(tǒng)的可靠性。由液壓系統(tǒng)圖中可以看出，卸荷閥平時(shí)處于開(kāi)啟狀態(tài)，泵工作在卸荷狀態(tài)，系統(tǒng)壓力接近于零，功率消耗??；當(dāng)系統(tǒng)中有執(zhí)行元件需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，卸荷閥與控制執(zhí)行元件的電磁換向閥同時(shí)得電，卸荷閥關(guān)閉，泵工作在有壓狀態(tài)，其壓力由負(fù)載決定，系統(tǒng)最高壓力由溢流閥決定。當(dāng)執(zhí)行元件工作完成時(shí)，卸荷閥與控制執(zhí)行元件的電磁換向閥同時(shí)失電，泵又回到卸荷工作狀態(tài)。 （2）比例閥液壓系統(tǒng) 比例閥液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件為頂驅(qū)油缸和鉆井馬達(dá)，它們是整臺(tái)鉆機(jī)的核心執(zhí)行單元，需要分別對(duì)它們的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)

33、計(jì)。 ①頂驅(qū)油缸液壓系統(tǒng) 頂驅(qū)油缸是此全液壓頂驅(qū)鉆機(jī)的核心執(zhí)行單元之一，用于起吊重物、接立根、起下鉆和鉆進(jìn)作業(yè)等。下面主要對(duì)起下鉆和鉆進(jìn)作業(yè)的工況進(jìn)行分析。 a起下鉆作業(yè) 鉆井過(guò)程中大致有20～40％的時(shí)間用于起下鉆具。起下鉆時(shí)間隨深度的增加而增加。雖然起下鉆對(duì)所有鉆井作業(yè)都是必需的，但它只起輔助作用，因此，用于起下鉆的時(shí)間應(yīng)減至最少。 在起下鉆過(guò)程中很容易發(fā)生鉆井問(wèn)題，這些問(wèn)題主要表現(xiàn)為三種：地層問(wèn)題如鍵槽、井壁粘卡、臺(tái)肩、架橋及起下鉆時(shí)發(fā)生的井噴等；機(jī)械設(shè)備問(wèn)題如吊卡和卡瓦損壞、鋼絲繩跳槽、游動(dòng)滑車故障和機(jī)組故障等；人為錯(cuò)誤如扣合吊卡有誤，起下鉆過(guò)快或過(guò)慢，用過(guò)大的拉力把鉆桿拉入

34、鍵槽或者拉入相似的障礙，用過(guò)大的重量（向下的力）把鉆頭下進(jìn)架橋部位或者下入小尺寸井段，以及錯(cuò)誤的灌漿步驟等。 上述任何事故都可能引起重大的打撈作業(yè)或者停鉆檢修，甚至是作業(yè)人員的傷害和死亡。 在起下鉆過(guò)程中，浪費(fèi)30min或更多的時(shí)間是很平常的事，為節(jié)省時(shí)間可以在起下鉆之前預(yù)先把工具和設(shè)備找到并且清洗好，并以最快的安全速度起下鉆具。過(guò)高的起下鉆速度會(huì)引起抽吸和壓力激動(dòng)，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的井眼問(wèn)題或失去壓力控制。 最大安全起下鉆速度需要參考起下鉆速度表。起下鉆速度表由泥漿服務(wù)公司提供或者提供繪制該表所必需的資料。 泥漿的特性也是影響起下鉆作業(yè)的一個(gè)很重要的因素。如果泥漿比重明顯地超平衡于地層壓

35、力，最后一次循環(huán)泥漿時(shí)，需要用有限量的水和特殊化學(xué)處理劑來(lái)稀釋。這種比較稀的，輕的泥漿對(duì)于相同的波動(dòng)和抽吸壓力而言，允許以比較快的速度起下鉆。在下鉆后循環(huán)泥漿出井眼的時(shí)候，循環(huán)可以在低壓力下開(kāi)始，同時(shí)泥漿具有良好的流動(dòng)性能。保證采用良好的灌漿程序也是非常重要的，因?yàn)榫畤姷囊粋€(gè)最常見(jiàn)的起因就是在起鉆時(shí)未能保持灌漿。 本設(shè)計(jì)中的全液壓頂驅(qū)石油鉆機(jī)起下鉆速度由頂驅(qū)油缸來(lái)控制。在起下鉆作業(yè)時(shí)，參照速度表，利用比例調(diào)速閥可以精確地控制頂驅(qū)油缸的速度，并且吊環(huán)和吊卡等執(zhí)行元件的動(dòng)作由PLC根據(jù)相應(yīng)輸入信號(hào)嚴(yán)格控制，盡量減少人的參與，以保障作業(yè)安全。從節(jié)能方面考慮，下鉆時(shí)將鉆具的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為液壓能儲(chǔ)存到

36、蓄能器中，待頂驅(qū)裝置空載上行時(shí)釋放，可減少泵的工作時(shí)間。 b鉆進(jìn)作業(yè)工況分析 鉆進(jìn)過(guò)程是油井工程中的重要階段，影響鉆速的因素非常多，鉆壓是影響鉆進(jìn)速度最直觀的、最明顯的因素之一。 c液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)以上對(duì)起下鉆作業(yè)和鉆進(jìn)作業(yè)工況的分析，頂驅(qū)油缸液壓系統(tǒng)如圖3-3所示。液壓泵選用比例流量壓力控制型變量軸向柱塞泵，在頂驅(qū)油缸不工作時(shí)，泵處于零排量卸荷狀態(tài)，功率消耗非常低。 由于頂驅(qū)裝置在各工況下速度相差很大：鉆進(jìn)速度大約為0.045～16m/h，起下鉆速度一般為180～225m/h，空載運(yùn)行時(shí)速度最大為0.9m/s，即3240m/h，為此選用兩個(gè)比例調(diào)速閥來(lái)控制頂驅(qū)油缸：一個(gè)調(diào)速閥專用

37、于鉆進(jìn)作業(yè)，另一個(gè)調(diào)速閥用于起下鉆作業(yè)和空載運(yùn)行等其他工況。 ②鉆井馬達(dá)液壓系統(tǒng) 鉆井馬達(dá)是此全液壓頂驅(qū)石油鉆機(jī)的另一核心執(zhí)行單元，用于鉆進(jìn)作業(yè)、頂驅(qū)上卸扣、劃眼下鉆和倒劃眼起鉆等作業(yè)。除起下鉆時(shí)鉆井馬達(dá)所需功率較小外，其余情況均處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)。下面主要對(duì)鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)鉆井馬達(dá)的工況進(jìn)行分析。 鉆進(jìn)過(guò)程是油井工程中的重要階段，影響鉆速的因素很多，轉(zhuǎn)速是除鉆壓之外的另一重要影響因素。 隨著轉(zhuǎn)速的提高，鉆速是以指數(shù)函數(shù)關(guān)系變化的，但指數(shù)一般都小于1。這反映了巖石破碎時(shí)的時(shí)間效應(yīng)問(wèn)題。轉(zhuǎn)速提高后，鉆頭工作刃與巖石接觸時(shí)間縮短，不利于巖石的破碎，故轉(zhuǎn)速與鉆速成指數(shù)關(guān)系。

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