液壓帶壓鉆孔機的設(shè)計

王占武

摘 要：世界上絕大多數(shù)國家和我國的石油行業(yè)扳孔均采用原有技術(shù)開井方法：手工鉆孔或火電焊切割。這兩種操作方法危險性大，由于井內(nèi)狀況不熟悉，鉆孔時易產(chǎn)生火花，容易造成爆炸及井噴等。本液壓帶壓鉆孔機進行集中控制，或?qū)崿F(xiàn)工進、快進、快退、速度可調(diào)、保壓等多種功能。全部采用無極液壓調(diào)速，可調(diào)整出相應(yīng)的切削速度、切削進給量以及鉆桿的轉(zhuǎn)速。

關(guān)鍵詞：帶壓鉆孔機；液壓系統(tǒng)；離合器；油缸

1 主機工作原理及液壓執(zhí)行機構(gòu)

本機構(gòu)由液壓系統(tǒng)、液壓馬達、減速箱、齒輪箱、旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)、液壓缸、扭力安全離合器等元件組成。

其傳動原理是用液壓馬達作為原動力，經(jīng)三級減速后，由馬達帶動旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)動力傳遞到鉆具上，由鉆桿推進液壓缸控制推力及其進給量，完成鉆孔、排壓工作。外設(shè)游動標(biāo)尺直接可視，安全離合器隨時可調(diào)，可根據(jù)鉆孔大小、封堵厚薄調(diào)整鉆桿進給量及扭矩力大小，以保證平穩(wěn)、安全、順利地完成鉆孔工作。

該部分的工作順序為：

1.1 快進

電機17得電，使泵16旋轉(zhuǎn)，16通過濾油器18從油箱吸油，經(jīng)過單向閥14，調(diào)節(jié)溢流閥15壓力至25MPa，多余油液流回油箱。

扳動手柄13至通狀態(tài)，油液進入缸9左腔，活塞桿伸出，通過軸承推動輸出軸進給。右腔油液經(jīng)換向閥13，3流回油箱，實現(xiàn)鉆頭快速進給。

1.2 工進

前面同上，閥13手柄扳至右位，閥3手柄到斷位，油液進入液壓缸左腔，右腔油液經(jīng)閥13右位，閥6、閥4流回油箱，實現(xiàn)工進。

調(diào)整調(diào)速閥6開口大小即可得到不同進給速度，調(diào)整背壓閥4的壓力以防止鉆頭在突然鉆透狀態(tài)下，造成突進，鉆頭進給速度均勻，不受壓力與流量影響。

1.3 快退

將閥13手柄換至右位，3手柄至通位，壓力油進入油缸有桿腔，右腔油液經(jīng)換向閥13、3流回油箱，實現(xiàn)快退。

2 板孔機鉆頭旋轉(zhuǎn)方式

液壓馬達支路主要起板孔機輸出軸旋轉(zhuǎn)作用，提供單獨液壓動力源。并設(shè)有安全離合器裝置，可根據(jù)實際鉆孔的要求來調(diào)整切削扭矩力，確保鉆頭不折斷。

該部分工作順序如下：

（1）電機23得電，通過聯(lián)軸器帶動泵25旋轉(zhuǎn)，油經(jīng)吸油濾油器24吸油，出油經(jīng)單向閥26通換向閥與溢流閥，調(diào)整溢流閥工作壓力到12MPa，出油經(jīng)調(diào)速閥22流回油箱，調(diào)節(jié)調(diào)速閥22，即可得到馬達所需的不同速度。

（2）將馬達油路手柄20扳至左位，油液帶動馬達19，馬達前軸與減速箱連接，減速箱輸出軸帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，此齒輪與減速箱輸出軸連接，進而通過安全離合器，帶動鉆桿軸旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)鉆頭旋轉(zhuǎn)。馬達右腔油液流回油箱。通過調(diào)整調(diào)速閥手柄，可得到不同轉(zhuǎn)速。

3 油缸的設(shè)計計算

初定油缸直徑140mm、活塞桿直徑70mm、油缸行程600mm、 初定液壓系統(tǒng)壓力25MPa。

油缸推力F=PA=P*πd2/4=250*3.14x142/4=384650N

4 液壓系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)的設(shè)計與選擇

電壓：380V；進給行程：600mm；額定工作壓力：25MPa；液壓馬達排量：46.4L/min；旋轉(zhuǎn)電機功率：11kW；進給油泵排量：14.5L/min；進給電機功率：7.5kW；鉆孔直徑：φ20～φ50 mm；切削進給量：0～10mm/min（無極調(diào)速）；鉆桿轉(zhuǎn)速：10～150r/min（無極調(diào)速）；安全離合器扭矩力：2000 N·m（可調(diào)）；電磁鐵電壓：24V。

5 液壓帶壓鉆孔機機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計

5.1 油缸活塞桿頭部與減速機輸出軸連接部分的設(shè)計

當(dāng)油缸活塞桿伸出時，推動單向推力軸承與單列向心推力球軸承通過左連接套、右連接套，將推力傳遞給減速機輸出軸，最終完成推動鉆頭的進給運動。

減速機連輸出軸與右連接套通過螺紋圓柱銷緊定，防止兩者松脫。

5.2 安全離合器部分設(shè)計

安全離合器是當(dāng)外力接近離合器所承受的最大扭矩力時，由于徑向力作用使外扭矩變大，中間套與左法蘭盤產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動的力，進而將鋼球回退，擠入中間套內(nèi)，使離合器左右固定連接力消失，而連接鉆頭的鉆桿15端不動，離合器的作用是起當(dāng)外扭矩過大時，防止鉆頭折斷。

6 液壓帶壓鉆孔機的試驗及驗收結(jié)論

分別做厚30、60、80mm板各兩件。模擬現(xiàn)場工作狀態(tài)，進行鉆孔試驗，實現(xiàn)工進、快進、快退、速度可調(diào)、保壓等功能。在鉆削過程中，無卡鉆、折鉆，及鉆透過程中，速度不突進，即達到設(shè)計工作要求。

參考文獻

[1]賈培起.液壓缸[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1987.

[2]孫友宏.液壓鉆機設(shè)計[M].地質(zhì)出版社，2011.

（作者單位：遼寧北辰液壓氣動有限公司）