對立軸式巖心鉆機(jī)常閉式液壓卡盤漏油問題的探討

楊蘇昌

（陜西核昌機(jī)電裝備有限公司，陜西咸陽712000）

對立軸式巖心鉆機(jī)常閉式液壓卡盤漏油問題的探討

楊蘇昌

（陜西核昌機(jī)電裝備有限公司，陜西咸陽712000）

目前使用的立軸式巖心鉆機(jī)，大多是斜面增力機(jī)構(gòu)卡瓦夾緊式卡盤，采用液壓壓緊碟簧松開卡瓦。但是這種卡盤往往在使用一段時間后卡盤容易漏油，且維修不便。針對液壓卡盤漏油情況，作者對其進(jìn)行了分析并提出改進(jìn)措施。

液壓卡盤；碟簧；漏油；密封

從20世紀(jì)70年代中期起推廣普及的機(jī)械傳動液壓給進(jìn)立軸式巖心鉆機(jī)，因其性能接近國際水平而成為我國地質(zhì)巖心鉆探的主要設(shè)備。直到現(xiàn)在，盡管出現(xiàn)了全液壓動力頭式巖心鉆機(jī)，但是立軸式巖心鉆機(jī)以其價格低廉、維修方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，仍然擁有我國乃至東南亞地質(zhì)鉆探市場的主要份額。但是該類鉆機(jī)在使用過程中常出現(xiàn)液壓卡盤漏油現(xiàn)象，導(dǎo)致卡盤不能及時打開，鉆進(jìn)過程中液壓油飛濺，影響施工等現(xiàn)象。本文從卡盤的工作原理、結(jié)構(gòu)和受力情況等方面進(jìn)行了分析，對液壓卡盤漏油問題提出了一些建議。

1 常閉式液壓卡盤的工作原理

目前大多數(shù)立軸式巖心鉆機(jī)卡盤采用的是碟簧夾緊、液壓松開、斜面增力的常閉式結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)加壓、減壓鉆進(jìn)和強(qiáng)力起拔的功能，采用補(bǔ)心方式來實現(xiàn)回轉(zhuǎn)的功能。這種卡盤通過彈簧力的作用來夾緊鉆桿而油壓力僅用來克服彈簧力松開卡瓦，所以對鉆具的夾緊力不會受液壓系統(tǒng)影響，一旦液壓系統(tǒng)發(fā)生故障，停止供油，不會發(fā)生“跑鉆”等事故，工作比較安全可靠。

卡盤一般有三個組成部分：夾緊元件，中間傳力機(jī)構(gòu)和夾緊動力裝置

夾緊元件指直接與鉆桿接觸，向鉆桿施加力的元件。常用夾緊元件有兩種形式：卡瓦式和柱銷式（或卡球式）。

中間傳力機(jī)構(gòu)的作用是將力從動力裝置傳給夾緊元件。多數(shù)中間傳力機(jī)構(gòu)還具有增力和自鎖作用。中間傳力機(jī)構(gòu)有三種形式：斜面機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)。

夾緊動力裝置是給夾緊元件提供動力的裝置。卡盤動力裝置一般為液壓缸推力、彈簧力或手動力（人力）。

碟簧夾緊、油壓松開式卡盤主要由夾緊元件、中間傳力機(jī)構(gòu)、碟簧、油缸等部分組成。其工作原理如圖1所示，當(dāng)卡盤油缸回油時，油缸力F為零，卡圈在彈簧張力T的作用下向上移動，在斜面增力中間機(jī)構(gòu)的作用下卡瓦徑向內(nèi)移，實現(xiàn)夾緊鉆桿；當(dāng)油缸進(jìn)油且油壓力F大于彈簧張力T時，油壓力克服彈簧力并壓縮彈簧，使卡圈下移，卡瓦徑向外移，實現(xiàn)松開鉆桿。

圖1 閉式液壓卡盤工作原理

2 常閉式液壓卡盤漏油的影響

卡盤是巖心鉆機(jī)中獨立而不可或缺的部件，其作用是夾持機(jī)上鉆桿，向鉆桿傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力，驅(qū)動鉆具實現(xiàn)回轉(zhuǎn)和給進(jìn)完成加減壓鉆進(jìn)，懸吊和提動鉆具，以及處理事故時的輔助動作，在必要時能實現(xiàn)強(qiáng)力提拔，以免鉆具被卡埋。液壓卡盤作為鉆機(jī)的一個部件至關(guān)重要，液壓卡盤的性能直接影響到鉆進(jìn)的效率和質(zhì)量。

卡盤漏油會有以下幾點影響：

（1）卡盤不能及時打開并拉傷鉆桿

卡盤松開鉆桿，給進(jìn)油缸活塞桿伸出，帶動卡盤移動，卡盤夾緊鉆桿，進(jìn)行二次鉆進(jìn)，這一過程在施工中不停的重復(fù)，松開夾緊動作非常之頻繁。若卡盤漏油，不能提供足夠的油壓使卡盤完全打開，那么就不能實現(xiàn)二次鉆進(jìn)，影響鉆進(jìn)效率；若是在卡盤沒有完全打開的情況下，卡瓦的徑向外移不夠，此時給進(jìn)油缸加壓，強(qiáng)行使卡盤移動，卡瓦和鉆桿將出現(xiàn)摩擦，容易拉傷鉆桿，鉆桿拉傷會出現(xiàn)夾持不牢，鉆桿“打滑”等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響施工。

（2）油液飛濺影響施工

由于卡盤漏油，鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中回轉(zhuǎn)器卡盤擺動，鉆具旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，漏油嚴(yán)重時，油液飛濺，使操作者難以接近鉆機(jī)進(jìn)行施工。

（3）影響鉆機(jī)液壓系統(tǒng)正常工作、浪費液壓油增加成本

液壓油由于卡盤漏油而外泄，造成液壓油的缺失，影響鉆機(jī)整個液壓系統(tǒng)的正常工作，必須及時補(bǔ)加液壓油，從而增加了成本。

（4）維修不便并影響卡盤使用壽命

一般情況下，在工地上解決卡盤漏油問題的途徑就是更換密封件，但是工地上條件惡劣，風(fēng)沙大，工具不全，工人水平不一，在更換密封件的時候很容易劃傷活塞與殼體的接觸面，并損壞密封件溝槽，即使新裝密封件也用不久就會漏油。這樣拆裝數(shù)次，活塞與殼體接觸面以及密封件溝槽嚴(yán)重?fù)p壞，卡盤將很容易失效。

如圖2為HXY－6B鉆機(jī)施工圖。

3 常閉式液壓卡盤漏油原因

勘探工作的環(huán)境非常復(fù)雜，有在溫差比較大的荒漠地區(qū)，有在長年潮濕樹木林立的山區(qū)，且施工工藝也不相同，常閉式液壓卡盤漏油主要由以下幾點原因

圖2 連云港黃海機(jī)械公司HXY－6B鉆機(jī)施工圖

3．1 油封早期磨損

活塞受力不好，有徑向力使活塞和殼體之間有偏載荷，使油封早期磨損，造成漏油。如圖3所示為核昌HXY－2000C鉆機(jī)施工圖，施工過程中，油缸給進(jìn)時卡盤偏擺，油缸給進(jìn)行程越長偏擺越嚴(yán)重，在打深孔和硬巖層時這種情況尤其明顯。

圖3 陜西核昌機(jī)電公司HXY－2000C鉆機(jī)施工圖

3．2 油封所處溫度較高，油封老化快

鉆機(jī)在施工過程中，油封長期處于高溫高壓環(huán)境下，油封出現(xiàn)變型，Y型油封（如圖1中）變型后出現(xiàn)密封唇口無張力，導(dǎo)致漏油。如果施工地溫差較大，就算是密封件不用，溫度太高或者溫度過低密封件都會有老化現(xiàn)象。

3．3 施工環(huán)境惡劣，空氣中灰塵、砂粒大

工作時會有大量的灰塵雜質(zhì)附著在活塞上，防塵油封可以防止灰塵雜質(zhì)進(jìn)入缸體，防止對油缸和油封的損傷。在防塵油封破損的情況下，雜質(zhì)灰塵直接進(jìn)入缸體，直接傷害油封和油缸，在灰塵量大的情況下不用幾十小時油封就會磨損，出現(xiàn)內(nèi)唇明顯磨損。

3．4 液壓油清潔度不夠

活塞和殼體拉毛了，觀察活塞表面狀況，表層若有破損，這類損傷一般是由于液壓油的清潔度不夠，里面有雜質(zhì)引起的。

3．5 安裝時，損壞油封

選用正確的密封型式和密封件材料，在安裝時特別注意O型圈不能“打滾”，特別是一些O型圈是合模壓制的一條合模線。

3．6 不合理的設(shè)計和加工精度不能保證

由于不合理的設(shè)計和加工精度不能保證，活塞與殼體同心度差，配合公差不正確，使得密封效果不理想，而且活塞直徑越大密封難度越大。

4 改進(jìn)常閉式液壓卡盤漏油措施

（1）根據(jù)液壓卡盤結(jié)構(gòu)、受力及施工條件等，正確設(shè)計合理的密封型式，選擇合適的密封材料；加工過程中嚴(yán)格控制加工質(zhì)量。

（2）裝配時設(shè)計安裝密封件的工裝。這樣在裝配時可保證密封件安裝無誤，在施工地利用工裝更換密封件，不僅可以提高安裝質(zhì)量，還可以節(jié)省時間。

（3）合理設(shè)計鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)，使得鉆機(jī)在施工中運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，消除或減小鉆進(jìn)過程中鉆機(jī)整體震動，回轉(zhuǎn)器加支撐，使卡盤旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

（4）在鉆進(jìn)時嚴(yán)格按照鉆機(jī)使用說明，正確使用鉆機(jī)，嚴(yán)禁野蠻操作，鉆進(jìn)時合適選用轉(zhuǎn)速及給進(jìn)量；保持液壓油清潔。

（5）選用其他型式的卡盤，如：齒輪齒條螺旋增力式（張?zhí)交径际沁@種卡盤）或者柱銷式（卡球式）。

5 結(jié)語

通過對核昌公司HXY－2000C巖心鉆機(jī)液壓卡盤的改進(jìn)，有效地解決液壓卡盤漏油問題，使用安裝密封件工裝有效地提高工作效率，并延長了液壓卡盤使用壽命。

［1］ 馮德強(qiáng)．鉆機(jī)設(shè)計［M］．武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1993．

［2］ 趙大軍．索忠偉．巖土鉆鑿設(shè)備［M］．長春：吉林大學(xué)出版社，2004．

［3］ 李世忠．鉆探工藝學(xué)［M］．北京：地質(zhì)出版社，1989．

P634．49

：A

：1009－282X（2014）02－0017－03

2013－09－11

楊蘇昌（1982－），男（漢族），陜西楊凌人，陜西核昌機(jī)電裝備有限公司（原核工業(yè)西北二一零廠）助理工程師，機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)，從事巖心鉆機(jī)的設(shè)計與開發(fā)工作，陜西省咸陽市人民西路59號，Tel：15929285515，E－mail：fxx320＠163．com。