1000型全液壓動力頭式車載鉆機(jī)的技術(shù)研究

程 林

(石家莊探礦機(jī)械廠 河北石家莊 050081)

1000型全液壓動力頭式車載鉆機(jī)的技術(shù)研究

程 林

(石家莊探礦機(jī)械廠 河北石家莊 050081)

本文介紹了1000型全液壓動力頭式車載鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)以及與機(jī)械轉(zhuǎn)盤式車載鉆機(jī)的性能比較。

全液壓 動力頭 車載 技術(shù)研究

1 引言

全液壓動力頭式車載鉆機(jī)作為一種自動化程度較高的多工藝鉆井施工設(shè)備,具有鉆進(jìn)速度快、適用于多種鉆進(jìn)工藝、工作穩(wěn)定性強(qiáng)、檢修維護(hù)方便、操作簡單、輔助作業(yè)方便省力、拆裝及轉(zhuǎn)運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn),可用于大口徑水井、煤層氣抽采井、油氣井等鉆井施工中。

我們在機(jī)械傳動式車載鉆機(jī)的基礎(chǔ)上,對全液壓動力頭式車載鉆機(jī)進(jìn)行了深入的技術(shù)研究,現(xiàn)介紹如下。

2 鉆機(jī)結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)參數(shù)

2.1 鉆機(jī)結(jié)構(gòu)

該全液壓車載鉆機(jī)基本結(jié)構(gòu)可分為八部分:即汽車底盤、液壓泵站和操縱臺、動力頭、進(jìn)給系統(tǒng)、擰卸系統(tǒng)、主副卷揚(yáng)機(jī)、桅桿和車載設(shè)備。

(1)汽車底盤

作為鉆機(jī)的載體、行走部分和動力提供裝置,汽車底盤應(yīng)有牢固而平整的底架、良好的通過性、強(qiáng)勁的馬力和較大的承載力。經(jīng)過對多家重型汽車廠家生產(chǎn)的工程車底盤進(jìn)行對比,從車輛外形尺寸、承載能力、配備柴油機(jī)功率、性價(jià)比和售后維修服務(wù)等方面進(jìn)行選擇,最終選擇了中國重汽泰安分公司生產(chǎn)的五岳牌TAZ5363汽車起重機(jī)底盤。

(2)液壓泵站和操縱臺

液壓泵站采用汽車柴油機(jī)為動力,通過汽車分動箱與液壓泵相連。根據(jù)鉆機(jī)低速高扭的特點(diǎn),選用兩臺高壓大流量齒輪泵與分動箱并聯(lián),以保證充足的動力。根據(jù)回油管路多的特點(diǎn),采用一盤多口的方式,在油箱上用一個法蘭盤布置多個回油口,解決回油管路的合理布局問題。為了讓操縱者能更直觀的了解鉆進(jìn)情況,把操縱臺布置在了桅桿旁邊。操縱臺面上儀表、閥柄和按鈕較多,在布局上突出了合理、明了、易操作的特點(diǎn)。液壓管路排列則是整齊、有序、不防礙鉆機(jī)工作,且各路油管長度都是經(jīng)過計(jì)算后選擇的最適當(dāng)尺寸。

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(3)動力頭

動力頭的主要部件為液壓馬達(dá)。根據(jù)鉆進(jìn)施工的特點(diǎn)應(yīng)選用調(diào)速范圍寬、扭矩大、低速性能好、中心通徑大、并能長時(shí)間連續(xù)工作的低速大扭矩液壓馬達(dá)。動力頭在桅桿導(dǎo)軌上安置做到了既連接牢固又上下活動自如。

(4)進(jìn)給系統(tǒng)

鉆機(jī)的進(jìn)給是通過兩個立柱油缸和兩條傳動鏈來實(shí)現(xiàn)的。油缸和傳動鏈經(jīng)計(jì)算選擇了最合理的安裝位置使其行程達(dá)到最長,提升、進(jìn)給能力根據(jù)提鉆和加減壓的需要設(shè)計(jì),且調(diào)速范圍寬。

(5)擰卸系統(tǒng)

擰卸系統(tǒng)根據(jù)其要求剛性大、易操作的特點(diǎn),安裝在了桅桿的下部,以保證大扭矩?cái)Q卸扣的需要。擰卸系統(tǒng)由液壓卡盤和液壓扳子兩部分組成,通過液壓卡盤的鎖死和液壓扳子的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)擰卸鉆桿。擰卸系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大通孔直徑600mm,配備了適合多種直徑鉆具的卡爪。

(6)主、副卷揚(yáng)機(jī)

主、副卷揚(yáng)機(jī)都是以液壓馬達(dá)作為動力,利用液壓控制其轉(zhuǎn)動和自鎖。主卷揚(yáng)機(jī)單繩提升能力為4t,副卷揚(yáng)機(jī)單繩提升能力為2t。

(7)桅桿

桅桿高度14m,采用雙液壓油缸起降,由型鋼加輔板焊接而成。桅桿結(jié)構(gòu)為矩型框架,四根立柱布于四角,用橫梁相互連接,并以斜筋加固。此種結(jié)構(gòu)桅桿具有強(qiáng)度高、承載力大、受力合理、便于安裝加減壓機(jī)構(gòu)、不易變形等特點(diǎn)。桅桿頂端設(shè)有可伸縮的懸臂,用以吊裝鉆具。

(8)車載設(shè)備

車載設(shè)備有空壓機(jī)和泡沫泵?？諌簷C(jī)為箱式結(jié)構(gòu),泡沫泵為液壓馬達(dá)驅(qū)動?？諌簷C(jī)和泡沫泵管路及閥依據(jù)布局合理,易于操作的原則設(shè)計(jì)。固定管路采用不易損壞的鋼管,接頭置于易擰卸的位置。根據(jù)汽車底盤的尺寸和各部分的占地面積及操作的合理性對各部分進(jìn)行合理布局。采用就近連續(xù)原則,從車頭到車尾依次布置液壓泵、油箱、泡沫泵、空壓機(jī)、主卷揚(yáng)、桅桿、操作臺。具體位置見示意圖1。

圖1 鉆機(jī)布置示意圖

圖2 五岳汽車底盤

2.2 鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

型號 TAZ5363汽車起重機(jī)底盤五岳汽車底盤最高時(shí)速(km/h) 70發(fā)動機(jī)排量功率(mL/kW) 9726/247最大提升/給進(jìn)能力(kN) 432/208快速提升/下放速度(m/min) 30/52慢速進(jìn)給速度(m/min) 4最大輸出扭矩(N·m) 1300輸出轉(zhuǎn)速(r/min) 0～130動力頭主軸通徑(mm) φ76行程(m) 11.8鉆井深度(φ114)潛孔錘鉆進(jìn)(m) 800旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)(m) 1000壓縮空氣/泥漿管路通徑(mm) φ76.2額定工作壓力(MPa) 10輔助絞車 吊臂伸縮量(mm) 1000縮回/伸出狀態(tài)起重量(kN) 35/20動力頭旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(MPa) 25液壓系統(tǒng)壓力正常鉆進(jìn)系統(tǒng)(MPa) 24快速升降系統(tǒng)(MPa) 32美國壽力空氣壓縮機(jī)型號 1150XHH/1350XH(A)排氣量(m3/min) 32/38排氣壓力(MPa) 3.45/2.4型號 80/10泡沫泵排量(L/min) 0～80額定壓力(MPa) 5總重量(kg) 32800外形尺寸(mm) 13500×2790×3840

3 性能比較

全液壓動力頭式車載鉆機(jī)與機(jī)械傳動轉(zhuǎn)盤式車載鉆機(jī)性能比較如下:

(1)全液壓動力頭是回轉(zhuǎn)器又是水龍頭也是提引器,而轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)必須有水龍頭、方鉆桿、提引器。

(2)給進(jìn)機(jī)構(gòu)在升降鉆具時(shí)起到絞車功能,在鉆進(jìn)時(shí)起到加壓與減壓功能,轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)不可以。

(3)能實(shí)現(xiàn)各種鉆進(jìn)方法:如各種回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法,螺旋鉆進(jìn)法,跟管鉆進(jìn)法。轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)有些方法不可以。

(4)加接單根鉆桿時(shí)間不到1min,而轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)起碼3～5min,明顯浪費(fèi)時(shí)間。

(5)鉆具升降及擰卸可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,塔上無人操作,下套管困難時(shí)動力頭可幫助壓入,但轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)不能。

(6)操作臺可集中控制,鉆機(jī)參數(shù)便于用儀表顯示,提高鉆進(jìn)質(zhì)量減少孔內(nèi)事故,而轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)不好實(shí)現(xiàn)。

(7)機(jī)臺每班工作人員2人就可完成,轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)一般4～5人。

(8)平均鉆進(jìn)速度快,綜合鉆進(jìn)效率高,整個鉆進(jìn)成本低。施工完后搬遷迅速,工作環(huán)境好,工作勞動強(qiáng)度低,而轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)則相反。

4 結(jié)束語

全液壓車載鉆機(jī)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是:液壓部件的選型。液壓部件選型需考慮的問題眾多,首先必須要滿足鉆進(jìn)工作動力的需要,同時(shí)還應(yīng)注意產(chǎn)品的節(jié)能設(shè)計(jì),要做到既夠用又不浪費(fèi)。這就需要嚴(yán)格計(jì)算各液壓部件所需的最大功率,那些部件在鉆進(jìn)過程中有時(shí)是需要聯(lián)動的,聯(lián)動時(shí)所需的總功率多大,管路的功率損失系數(shù)是多少等。再者是根據(jù)所需功率和管路設(shè)計(jì)確定油壓,然后根據(jù)各部件的功率和油壓來確定液壓泵和各部件的型號以及油閥、油管的型號。此外還應(yīng)注意所選零件的系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化,以便于產(chǎn)品的維護(hù)維修。

1 周全興.鉆采工具手冊.北京:科學(xué)出版社,2002

2 胡晨光.鉆探工程技術(shù).安徽:文化音像出版社,2004

3 孫松堯.鉆井機(jī)械.北京:石油工業(yè)出版社,2006

2010年8月13日)