YS系列繩索絞車(chē)的研制

臧臣坤，高明帥，魏亮亮，宋秋鋒

(1.中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司，北京　100102；2.河北建勘鉆探設(shè)備有限公司，石家莊　051134)

YS系列繩索絞車(chē)的研制

臧臣坤1，高明帥1，魏亮亮1，宋秋鋒2

(1.中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司，北京100102；2.河北建勘鉆探設(shè)備有限公司，石家莊051134)

摘要：：繩索取心鉆進(jìn)工藝由于其不提鉆取心的高效性使其在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用，繩索絞車(chē)作為關(guān)鍵部件其性能好壞對(duì)取心工藝具有重要影響。本文主要介紹了YS系列液壓絞車(chē)的主要優(yōu)點(diǎn)、主要部件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及技術(shù)參數(shù)，并簡(jiǎn)要介紹了廠內(nèi)實(shí)驗(yàn)情況。

關(guān)鍵詞：絞車(chē)；繩索；取心；鉆探；研制

中圖分類號(hào)：P634.35

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-282X(2015)06-0018-03

收稿日期：2015-10-28

作者簡(jiǎn)介：臧臣坤(1984-)，男，工程師，2009年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司技術(shù)中心產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部，主要從事地質(zhì)裝備的研發(fā)工作，北京市朝陽(yáng)區(qū)望京西園221號(hào)博泰大廈8層，Tel：010-64843952，E-mail：zangchenkun@cgeg.com.cn。

0引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)地質(zhì)勘探事業(yè)的快速發(fā)展，地質(zhì)鉆探任務(wù)大幅增長(zhǎng)，深孔及中深孔數(shù)量逐年增多。而繩索取心工藝由于其可減少提鉆次數(shù)，從而大幅提高鉆進(jìn)效率，在國(guó)內(nèi)得到了普遍的應(yīng)用。繩索絞車(chē)作為作為繩索取心鉆進(jìn)工藝中主要設(shè)備，該設(shè)備的安全、可靠、便捷，是決定巖心打撈成功與否關(guān)鍵因素之一，在很大程度上影響著鉆進(jìn)效率的高低。

目前，國(guó)內(nèi)常用的立軸式鉆機(jī)配備的繩索絞車(chē)還是以機(jī)械式為主，深度較淺，手動(dòng)操作剎把，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)絞車(chē)轉(zhuǎn)速較高且不能無(wú)級(jí)調(diào)速，發(fā)生卡阻時(shí)容易將鋼絲繩拉斷。全液壓鉆機(jī)一般都配有液壓驅(qū)動(dòng)的繩索絞車(chē)，但由于其沒(méi)有排繩機(jī)構(gòu)，所以絞車(chē)外形尺寸較大，造成全液壓鉆機(jī)底盤(pán)尺寸較大，不利于鉆機(jī)的穩(wěn)定性和通過(guò)性。本公司研制的電驅(qū)動(dòng)繩索絞車(chē)，由于其價(jià)格較高，一般適用于孔深在2500m以上的深孔巖心鉆探施工中，所以目前絞車(chē)均不能較好的滿足2500m以內(nèi)繩索取心工藝的需求。為使液壓繩索絞車(chē)更好的適應(yīng)新形勢(shì)下的巖心勘探工作，擴(kuò)展液壓繩索絞車(chē)的使用空間，中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司在原有電驅(qū)動(dòng)繩索絞車(chē)的基礎(chǔ)上，研制了更加可靠、方便使用的滿足各種深度要求的YS系列液壓繩索絞車(chē)(圖1)，提升了繩索取心鉆探工藝的工作效率。

圖1　YS1200繩索絞車(chē)

1YS系列液壓繩索絞車(chē)概述及其優(yōu)點(diǎn)

繩索絞車(chē)的功能是將打撈矛下放入孔內(nèi)，打撈到巖心管后快速提升至孔口，是取心工藝主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

與傳統(tǒng)繩索絞車(chē)相比，中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司研制的YS系列液壓繩索絞車(chē)，運(yùn)行安全可靠，操作簡(jiǎn)單方便，適用范圍更廣，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)具有獨(dú)立液壓動(dòng)力站及操作閥，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立操作或接入鉆機(jī)系統(tǒng)工作，滿足不同施工設(shè)備的要求；

(2)能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)試，滿足取心過(guò)程中各種狀況對(duì)絞車(chē)速度的要求。

(3)具備排繩功能，減少鋼絲繩亂繩、咬繩等現(xiàn)象，延長(zhǎng)鋼絲繩壽命，并減小絞車(chē)外形尺寸；

(4)具備張力及繩長(zhǎng)檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)打撈矛位置及鋼絲繩受力情況，防止孔內(nèi)事故的發(fā)生。

但是該繩索絞車(chē)也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自由下放或可控自由落鉤功能，不利于降低能耗，需要在下一步的工作中予以解決。

2主要部件結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

2.1　液壓及操控系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要由液壓站、液壓馬達(dá)(含減速機(jī)、剎車(chē))、換向閥等元件組成，圖2是其液壓原理圖。

圖2　液壓原理圖

絞車(chē)采用WGB系列馬達(dá)減速機(jī)，帶有液壓剎車(chē)系統(tǒng)，該剎車(chē)位彈簧夾緊、液壓松開(kāi)模式。當(dāng)打撈矛上行時(shí)，壓力油一路通過(guò)單向閥進(jìn)入馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正轉(zhuǎn)，另一路通過(guò)梭閥進(jìn)入剎車(chē)，打開(kāi)剎車(chē)；打撈矛下行時(shí)，液壓油一路進(jìn)入馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)反轉(zhuǎn)，另一路經(jīng)過(guò)梭閥，打開(kāi)剎車(chē)，回路上設(shè)有溢流閥，回路液壓油一部分進(jìn)入到溢流閥，通過(guò)設(shè)定溢流閥的壓力來(lái)確定絞車(chē)回路背壓，保證絞車(chē)下放平穩(wěn)。

井場(chǎng)內(nèi)如有合適的液壓源時(shí)，可直接將絞車(chē)馬達(dá)進(jìn)出油管與液壓源連接。如沒(méi)有液壓源或者單獨(dú)使用時(shí)，也可選擇配備液壓動(dòng)力站，使其應(yīng)用范圍更廣。

2.2　排繩機(jī)構(gòu)

YS系列液壓絞車(chē)排繩機(jī)構(gòu)(圖3)延續(xù)采用雙向絲杠模式。動(dòng)力由絞車(chē)尾部鏈輪通過(guò)鏈條傳送到排繩機(jī)構(gòu)鏈輪上，無(wú)需單獨(dú)動(dòng)力。排繩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，在初始纏繩或亂繩后，可手動(dòng)調(diào)節(jié)排繩輪至合適位置，調(diào)整到位后強(qiáng)制排繩。可通過(guò)更換不同減速比的鏈輪實(shí)現(xiàn)排繩機(jī)構(gòu)適用不同規(guī)格的鋼絲繩。此類排繩機(jī)構(gòu)在本公司研制的電驅(qū)動(dòng)繩索絞車(chē)上已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，排繩效果好。此次將排繩輪更換為帶軸承并具有一定寬度的滑輪，可減少鋼絲繩對(duì)排繩輪的磨損，導(dǎo)輪采用球軸承，在矩形導(dǎo)軌上移動(dòng)，約束少，摩擦力小，可保證絲杠沿導(dǎo)軌自由移動(dòng)。排繩效果進(jìn)一步增強(qiáng)，并延長(zhǎng)絲杠使用壽命。

圖3　排繩機(jī)構(gòu)

2.3　張力及繩速監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)

YS系列液壓絞車(chē)配備有張力及繩速監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)(圖4)，通過(guò)張力傳感器記錄鋼絲繩的變形計(jì)算出鋼絲繩的張力，同時(shí)霍爾傳感器會(huì)記錄導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)而得出鋼絲繩運(yùn)行速度和下放長(zhǎng)度。最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示打撈矛的位置及鋼絲繩的受力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)打撈作業(yè)的數(shù)字化顯示，提高打撈成功率。將該裝置背板焊接在鉆塔或者桅桿上，通過(guò)鉸接使監(jiān)測(cè)裝置可隨鋼絲繩擺動(dòng)，降低由鋼絲繩的晃動(dòng)帶來(lái)的數(shù)據(jù)誤差，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

圖4　監(jiān)測(cè)裝置

2.4　絞車(chē)主體

為了增加滾筒的強(qiáng)度，YS系列液壓絞車(chē)卷筒采用整體焊接式；絞車(chē)框架(圖5)采用分體式設(shè)計(jì)，側(cè)板、橫撐、底板均采用螺栓連接；馬達(dá)及減速機(jī)通過(guò)螺栓把合在卷筒及側(cè)板上，尾軸也是通過(guò)螺栓固定在卷筒另一側(cè)上，通過(guò)尾軸將動(dòng)力經(jīng)鏈輪傳遞給排繩機(jī)構(gòu)。采用此方案設(shè)計(jì)可以降低絞車(chē)的安裝難度，易于檢修及維護(hù)(圖6)。

圖5　絞車(chē)框架

圖6　絞車(chē)主體

2.5　操控臺(tái)

YS系列液壓絞車(chē)設(shè)計(jì)有獨(dú)立操控臺(tái)，可單獨(dú)操作。通過(guò)操作手柄的上下行及推動(dòng)幅度實(shí)現(xiàn)絞車(chē)正反轉(zhuǎn)及其轉(zhuǎn)速的控制。同時(shí)操作臺(tái)內(nèi)裝有可編程的顯示屏，可將張力及繩速傳感器傳回的信號(hào)處理后輸出，實(shí)時(shí)顯示鋼絲繩及打撈矛的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化施工。

3主要技術(shù)參數(shù)

針對(duì)液壓繩索絞車(chē)適用的范圍，中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司研制了YS800、YS1200、YS2000、YS3000四款全液壓繩索絞車(chē)，其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

4繩索絞車(chē)應(yīng)用情況

YS800及YS1200兩款繩索絞車(chē)目前均配置在全液壓鉆機(jī)上，沒(méi)有單獨(dú)動(dòng)力源。YS1200液壓絞車(chē)在場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行了試驗(yàn)，孔徑75mm，試驗(yàn)深度63m，巖心打撈成功率高，巖心完整，采取率高(圖7)。在整個(gè)試驗(yàn)中，絞車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。

表1　YS系列液壓繩索絞車(chē)參數(shù)表

圖7　現(xiàn)場(chǎng)巖心

5結(jié)語(yǔ)

YS系列液壓繩索絞車(chē)由液壓驅(qū)動(dòng)，速度控制穩(wěn)定、調(diào)速平滑。絞車(chē)安裝了測(cè)試裝置、排繩機(jī)構(gòu)等，在現(xiàn)場(chǎng)施工中表現(xiàn)優(yōu)異。具有鋼絲繩排列整齊、延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命、施工安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，減少提鉆次數(shù)，提高取心成功率，提高工作效

率，減少孔內(nèi)事故發(fā)生機(jī)率。通過(guò)配置液壓動(dòng)力站，可作為獨(dú)立操作系統(tǒng)適用于任何施工場(chǎng)地，適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)性好。在未來(lái)繩索取心施工中具有非常現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益和很大的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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