關(guān)于鉆井機械性能失效問題的研究

俞非

（江西省煤田地質(zhì)局227地質(zhì)隊，江西 吉安 343009）

前言

鉆井機械由于受工作壞境、地質(zhì)、使用方法等諸多問題影響，會造成鉆井設(shè)備造成損壞或性能的失效。據(jù)統(tǒng)計有75%左右的零件都是因摩擦副的磨損而引起的。這些失效的零、部件，有相當部分是可以修復(fù)重新使用的。如何對機械設(shè)備進行科學(xué)合理的維修與保養(yǎng)，保證機械設(shè)備保持良好的技術(shù)狀態(tài)，是保障設(shè)備正常進行的基本手段。

1 鉆井機械性能失效問題的分析

1.1 零件因超載而發(fā)生局部變形

在用貓頭卸扣時，有時因卸扣力矩過大、絞車貓頭軸較長，而使貓頭軸發(fā)生彎曲變形。

1.2 疲勞失效

此類失效零件屬于不可修復(fù)件。例如軸類零件因疲勞產(chǎn)生裂紋或斷裂。

1.3 塑性變形

由于鉆井機械負荷重，沖擊大，在某些零件上發(fā)生擠壓塑性變形。例如鉆井泵的傳動齒輪，如果齒面硬度達不到設(shè)計要求，在長期重載作用下，則會發(fā)生擠壓塑性變形，久之，塑性變形超過標準，齒輪就失效。同樣，齒面硬度高，齒面會發(fā)生點蝕失效。

1.4 局部斷裂

由于鉆井機械經(jīng)常要承受沖擊載荷，有時此載荷的峰值又很高，加之傳動中有的是硬連接。所以減速箱的齒輪副、鉆井泵中的齒輪傳動副、鏈傳動中的鏈輪和鏈條等，均會發(fā)生斷齒或斷軸的失效形式。

1.5 摩擦磨損引起的失效

由于摩擦磨損而失效的零件很多，下面舉幾個例子來說明：

（1）易損件類。氣胎式離合器、氣動端面離合器的摩擦片和摩擦鋼轂，帶剎車的剎車塊，以及氣離合器的氣囊等都屬于易損件。它們在工作過程中，磨損到一定程度則需換新，它是無法修復(fù)的。

（2）摩擦副中因磨損失效的鋼制件。各型鉆井絞車中，帶剎車的剎車塊與剎車轂是一對摩擦副。剎車塊是必須更換的易損件，而剎車轂當磨損量超過規(guī)定的標準時，可以通過埋弧焊等方法來修復(fù)。

（3）有相對運動的零件的摩擦磨損失效。機器運轉(zhuǎn)過程中，有相互作用并作相對運動的零件，不管潤滑條件有多好，總會發(fā)生磨損。例如齒輪傳動中的齒輪副、支承軸承，絞車中空轉(zhuǎn)鏈輪里的銅套與軸，絞車剎車曲軸與銅套，鉆井泵中十字頭與滑板、閥體與閥座等。

（4）在正常工作中，因載荷影響而產(chǎn)生的磨損。滾動軸承與軸，滾動軸承與殼體之間的配合，一般都是過渡配合，不應(yīng)當發(fā)生相對運動。但由于裝配和固定中產(chǎn)生的誤差，特別是在重載荷和沖擊載荷的作用下，致使軸承發(fā)生跑內(nèi)圓或外圓的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致與軸承配合的軸頸和殼體孔發(fā)生研磨而損壞。例如減速箱、正車箱的主、被動軸；鉆井泵主動軸和被動軸的支承軸承部位，絞車三根軸的支承軸承部位，轉(zhuǎn)盤水平軸軸頸、負荷軸承配合部位等；大部分都是由于軸承跑內(nèi)圓而把軸頸部位磨壞。但這些部位也可通過各種不同的修復(fù)方法使其恢復(fù)原來的尺寸形狀和表面性能。這類磨損的機件絕大部分是可以修復(fù)的。

1.6 其它失效形式

吊裝時，由于方法不正確，導(dǎo)致設(shè)備護罩發(fā)生較大變形。機房底座在搬遷過程中，由于拖拽造成的構(gòu)件變形以及其它設(shè)備在搬遷中造成的誤傷等。

2 如何保持鉆井機械處在良好的工作狀態(tài)

2.1 建立健全維修制和責(zé)任制采用先進的維修手段

①建立健全設(shè)備定檢維修制和責(zé)任制。要有專人負責(zé)組織定期檢測，掌握機械設(shè)備的技術(shù)狀況，編制修理計劃，組織修理。機械修理單位要嚴格執(zhí)行檢修規(guī)程，確保修理質(zhì)量，縮短修理工期，降低修理費用。

②采用先進的維修體制和手段。對于現(xiàn)代化設(shè)備來說，不出故障是很難做到的，問題在于早期發(fā)現(xiàn)，防患于未然，事后維修方式很難做到這一點，其對發(fā)生事故難以預(yù)料，往往會造成設(shè)備的嚴重損壞。既不安全又延長了檢修時間，修理費用反而加大。

定期維修是以時間或工作量為基礎(chǔ)的預(yù)防維修，具有周期性的特點。定期維修不可能預(yù)防任何鉆探設(shè)備和系統(tǒng)存在的隨機故障，其檢修期遠遠小于最短故障期，因此可以保證不會出現(xiàn)設(shè)備損壞的嚴重故障，但是往往要使還能運行一段時間的設(shè)備停下來檢修，既減少了進尺又增加了維修費用，造成所謂“過剩維修”。

以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的預(yù)知維修不規(guī)定檢修周期，但是定期或連續(xù)地對設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測查明有無劣化或故障征兆，安排在必要時進行修理。它能在設(shè)備失效前檢測和診斷出所存在的故障，并可較準確地估計連續(xù)運行的可靠時間，因而設(shè)備使用壽命最長，意外停機事故最少，過剩維修受到控制，從而減少了備件消耗和維修工作量，也可減少因檢修而出現(xiàn)的人為故障 從而使維修費用最低。

應(yīng)用診斷技術(shù)，實行以狀態(tài)監(jiān)測為主的維修制度有以下幾個優(yōu)點：1）避免過剩維修，防止因不必要的拆卸使設(shè)備精度降低，延長設(shè)備壽命；2）減少維修時間，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益；3）減少和避免重大事故發(fā)生，不僅能獲得巨大經(jīng)濟效益，而且能獲得很好的社會效益；4）降低維修費用。

合理規(guī)劃大修。機械設(shè)備在大修后其性能恢復(fù)程度一次不如一次，大修周期越來越短，經(jīng)濟上越來越不合算。設(shè)備大修理的次數(shù)是有限的，對大修理的確定要根據(jù)技術(shù)發(fā)展狀況的經(jīng)濟界限進行綜合考慮。

2.2 建立健全保養(yǎng)制度，合理確定保養(yǎng)周期

2.2.1 建立健全保養(yǎng)制度。對機械設(shè)備實行定期保養(yǎng)是延長其使用壽命的關(guān)鍵。但不少施工單位到工期緊、任務(wù)重時忽視保養(yǎng)工作，認為機械設(shè)備在正常運行沒有故障，無須停下來進行保養(yǎng)，直到設(shè)備出現(xiàn)大的故障，甚至發(fā)生事故，這樣既增加維修費用，又耽誤工期。

施工單位應(yīng)該采取定期維護、保養(yǎng)、檢查制，執(zhí)行“養(yǎng)修并重，預(yù)防為主”的方針，嚴格執(zhí)行每班保養(yǎng)、定期保養(yǎng)、巡回保養(yǎng)制度，并按各級保養(yǎng)規(guī)程執(zhí)行，低級保養(yǎng)由操作人員進行，高級保養(yǎng)由維修人員會同機械操作工進行。只有保養(yǎng)做好了，機械出現(xiàn)故障的幾率下降了，延長了大修期，才能降低維修費用提高經(jīng)濟效益。

2.2.2 合理確定維護保養(yǎng)周期。維護保養(yǎng)周期應(yīng)根據(jù)機械設(shè)備使用維修的實際情況，收集使用維修的各種數(shù)據(jù)，分析機械設(shè)備各子系統(tǒng)的使用標準、故障出現(xiàn)的規(guī)律等多種因素綜合確定，其方法有概率統(tǒng)計法、技術(shù)-經(jīng)濟分析法和維護作業(yè)統(tǒng)計法等。由于概率分析法確定的維護周期不能保證其單位總費用最小，應(yīng)采用技術(shù)-經(jīng)濟分析方法來確定機械設(shè)備的維護保養(yǎng)周期。

3 鉆機機械未來發(fā)展趨勢

我國的鉆井機和鉆井機機械單機多、成套少，通用機型多、滿足特殊要求、特殊物料的設(shè)備少。技術(shù)含量低的產(chǎn)品多，高技術(shù)附加值、高生產(chǎn)率的產(chǎn)品少;智能化設(shè)備還處于研制階段。

鉆井機各龍頭企業(yè)已經(jīng)不滿足將產(chǎn)品出口到海外，紛紛把觸角伸向了海外投資。中國本土工程機械企業(yè)初顯大企業(yè)氣質(zhì)；并購事件此起彼伏；國產(chǎn)挖掘機市場占有率達到23%；各大企業(yè)布局，搶灘土石方機械制造資源；打井機鉆井機汽車起重機行業(yè)事端不斷；鉆井機設(shè)備的功能和精度降低，甚至整機喪失使用價值。保持現(xiàn)場機械設(shè)備經(jīng)常處于良好的狀態(tài)，提高利用率，延長使用壽命，是機械設(shè)備管理者追求的目標，也是企業(yè)提高經(jīng)濟效益的需要。其組合并用電腦控制實現(xiàn)鉆進、升降鉆具和排放鉆具，使鉆井機出現(xiàn)無人或少人(1－3人)操作已成為現(xiàn)實并得到進一步的完善與推廣使用。密封形式也有了很大改進，鉆機機械由傳統(tǒng)的膠圈皮碗密封改由氣缸活塞環(huán)加膠圈直接密封，密封性能提高，密封件使用壽命延長，不用頻繁拆卸汽缸更換密封件，汽缸動作控制靈敏，準確，提高了鉆機操作的安全性。

[1]郭公喜.鉆井設(shè)備的大修與管理[M].石油大學(xué)出版社，1996年9月第1版.

[2]申志敏.鉆探機械設(shè)備維修保養(yǎng)經(jīng)濟效益芻議[J].現(xiàn)代企業(yè)，2006-09-30.

[3]國務(wù)院關(guān)于加強地質(zhì)工作的決定國發(fā)〔2006〕4號，2006-01-20.