潛孔鉆機卸桿機構(gòu)方案的設(shè)計與研究

PAGE2PAGE3潛孔鉆機卸桿機構(gòu)方案的設(shè)計與研究趙宏強1，2謝武裝1蔣海華1何清華1，2(1.中南大學(xué)機電工程學(xué)院，湖南長沙4100832.湖南山河智能機械股份有限公司，湖南長沙星沙開發(fā)區(qū)410100)【摘要】本文全面分析了目前國內(nèi)外各種鉆桿接卸裝置的發(fā)展趨勢及其工作性能的優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上提出了基于全液壓接卸鉆桿裝置的改進方案。并根據(jù)潛孔鉆機的鉆孔過程的功能要求及其工作性能對鑿巖品質(zhì)的影響，研究確定了潛孔鉆機的接卸鉆桿裝置的液壓控制系統(tǒng)。實踐表明，該卸桿機構(gòu)在目前潛孔鑿巖礦山中作業(yè)方便，卸桿效率高，安全性好，同時也有效地提高了鉆桿的使用壽命。【關(guān)鍵詞】潛孔鉆機卸桿裝置卡桿油缸液壓控制1概述接卸鉆桿作為潛孔鉆機鉆孔的主要工序之一，經(jīng)歷了靠人工或半機械化接卸鉆桿發(fā)展到機械化、機械——液壓綜合方式以及全液壓化接卸鉆桿。潛孔鉆機接卸鉆桿裝置的性能不僅關(guān)系到工人的勞動強度和生產(chǎn)的安全性，而且直接影響鉆桿的使用壽命和鉆機的效率。1.1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前國內(nèi)外接卸鉆桿裝置主要有如下五種類型：人工墊叉—卸桿油缸式的鉆桿接卸裝置瑞典AtlasCopco公司早期生產(chǎn)的Roc306潛孔鉆機和國產(chǎn)DQ150J潛孔鉆機接卸鉆桿裝置就是采用的人工墊叉—卸桿油缸式的鉆桿接卸裝置。該類型的鉆桿接卸裝置在國內(nèi)露天潛孔鉆機中應(yīng)用廣泛，它的不足之處就在于需要人工操作來參與卸桿，危險系數(shù)大，工作效率也較低。液壓墊叉—卸桿活塞式鉆桿接卸裝置美國TWR米申公司600—U型潛孔鉆機就是采用液壓墊叉—卸桿活塞式鉆桿接卸裝置來接卸鉆桿的。該鉆桿接卸裝置與人工墊叉式—卸桿油缸式的鉆桿接卸裝置相比就是采用了液壓墊叉，免去了人工的勞動降低了危險性，卸桿效率有所提高。液壓墊叉—卡桿油缸——活塞卡套式接卸鉆桿裝置這種接卸鉆桿裝置的回轉(zhuǎn)頭上配有氣動卡桿裝置。在液壓墊叉—卸桿活塞式鉆桿接卸裝置的基礎(chǔ)上做了進一步的改進同時采取的卸桿方式也有所不同。連桿—油缸型接卸鉆桿裝置宣化風(fēng)動機械研究所研制的連桿—油缸型接卸鉆桿裝置，主要由上下卡桿器和一個卸桿油缸組成，每個卡桿器由一卡桿油缸、卡爪、連桿機構(gòu)等組成。驅(qū)動卡桿油缸通過連桿機構(gòu)可實現(xiàn)對鉆桿的夾緊和松夾。每個卡桿器可單獨或同時控制，實現(xiàn)對鉆桿的夾緊和松夾。當(dāng)兩對卡桿器分別卡住相鄰兩根鉆桿時，驅(qū)動卸桿油缸使上下卡桿器相對轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)對鉆桿間螺紋的擰松。全液壓型鉆桿接卸裝置瑞典AtlasCopo公司生產(chǎn)的M177、Simba261潛孔鉆機采用的就是全液壓型鉆桿接卸裝置。這種裝置不僅可以接卸鉆桿，而且對鉆桿起開孔導(dǎo)向的作用。1.2前各種鉆桿接卸裝置工作性能的分析人工墊叉—卸桿油缸式的接卸鉆桿裝置需要人工墊叉、人工移動和拆裝卡桿叉，工人的勞動強度較大，卸桿時間長。液壓墊叉的卸桿裝置比人工墊叉方式的卸桿裝置卸桿方便，節(jié)省卸桿時間，但這兩種裝置在卸桿時采用回轉(zhuǎn)頭內(nèi)的卸桿活塞或卸桿卡套配合卸桿，使回轉(zhuǎn)頭結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，增加了壓力密封點；而且在卸桿時必須提供壓氣。對于鉆桿還必須加工出花鍵或止動平鍵，使鉆桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜，提高了鉆桿成本。對于液壓墊叉—活塞卡套式卸桿裝置，最后松開回轉(zhuǎn)頭與鉆桿連接還需要人工完成，降低了卸桿效率。而且該裝置還存在一個隱患，即首先回轉(zhuǎn)頭與鉆桿連接螺紋擰松后上提鉆桿，此時如果連接螺紋有一定磨損，就容易出現(xiàn)脫扣落桿的危險。從這一點來說，其鉆桿的使用壽命較低。上述分析的三種利用墊叉結(jié)構(gòu)的卸桿裝置，在鉆桿的上部、下部需加工出部分方頭結(jié)構(gòu)，削弱了鉆桿強度，降低了鉆桿的使用壽命。而且在卸桿時，必須將鉆桿的方頭位置與墊叉的方口位置相對應(yīng)，使操作復(fù)雜化也影響卸桿效率。另外，該三種鉆桿接卸裝置，由于利用墊叉卸桿，所以不能利用該裝置直接卸鉆頭。卸鉆頭時，還須另配備、安裝專用的設(shè)施，對于鉆鑿磨蝕性很大的巖石，如銅炕錫礦鉆頭使用不到100米的情況，會增加很多附助作業(yè)時間，對鉆機的生產(chǎn)效率影響很大。從有關(guān)的潛孔鉆機接卸鉆桿工作原理可知，鉆桿的接卸過程中，回轉(zhuǎn)頭主軸螺紋與鉆桿聯(lián)結(jié)或脫開比較頻繁，所以最易磨損。為了保護回轉(zhuǎn)頭主軸螺紋，現(xiàn)一般在主軸前加一短接。對于采用卸桿活塞和卡套式結(jié)構(gòu)的，由于結(jié)構(gòu)所限制，不能加短接，所以主軸或鉆桿接頭的螺紋易磨損。對于連桿—油缸型卸桿裝置相對全液壓控制的卸桿裝置而言，成本較低，但加工的零件較多，且該裝置的卡爪、鉸接軸的單邊磨損會造成上下卡桿器不同心，使鉆桿受到彎曲應(yīng)力，引起卸桿困難。所以，目前各種鉆桿接卸裝置以全液壓控制的鉆桿裝置性能較佳，它具備鉆機鉆孔作業(yè)的功能要求。但現(xiàn)有全液壓控制型的鉆桿接卸裝置在工作中也存在一些需要研究解決的問題，它主要存在如下缺點：卡桿器的夾緊力過大且存在困油現(xiàn)象、卡桿缸內(nèi)層密封件易損，使導(dǎo)向性能降低、卡爪連接螺釘易斷等。基于上述原因，所以本文提出了一種基于全液壓控制的新型潛孔鉆機卸桿裝置。2.全液壓卸桿裝置工作原理圖1為全液壓卸桿裝置的結(jié)構(gòu)簡圖，主要由A、B兩個卡桿器和一個卸油缸3組成。每對卡桿器有一個卡桿架1、卡桿架中對稱安裝一對卡桿油缸4、卡桿油缸端部安裝卡爪2。每對卡桿器在卡桿油缸的作用下均可實現(xiàn)鉆桿的夾緊或松夾。當(dāng)A、B卡桿器分別夾住相領(lǐng)兩根鉆桿時，驅(qū)動卸桿油缸，A、B卡桿器可相對轉(zhuǎn)動一定的角度，實現(xiàn)對兩根鉆桿間螺紋綜上所述，卡桿器夾持鉆桿的作用力應(yīng)滿足在卸松桿間或鉆桿與回轉(zhuǎn)頭間螺紋連接時夾持鉆桿不滑動，以及夾持最大重量鉆具時不會落下，從這方面來說卡桿器夾持鉆桿的作用力應(yīng)盡量大些，但該作用力太大對鉆桿使用壽命有很大的影響?，F(xiàn)有資料及潛孔鑿巖實踐表明，怎樣確定卡緊力的合理值尚無理論依據(jù)，也無實踐總結(jié)。所以還有待于對卡桿器夾緊力進行進一步理論研究與分析。4結(jié)語實踐表明，該卸桿機構(gòu)的設(shè)計方案成功地解決了如何實現(xiàn)接卸和導(dǎo)向控制功能，消除了接卸鉆桿裝置中存在的困油現(xiàn)象，提高了密封件的使用壽命，它具有作業(yè)方便，卸桿效率高，安全性好等優(yōu)點。但是由于篇幅有限，本文沒有對如何以提高鉆桿使用壽命為設(shè)計準則來確定最優(yōu)卡緊力進行進一步的專題分析研究，該研究還有待于進一步的深入分析。參考文獻陳玉凡，朱祥.鉆孔機械設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987吳萬榮，黃志雄，何清華，朱建新.潛孔鉆機全液壓接卸鉆桿裝置的研制[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2002，33（4）：405～407〔蘇聯(lián)〕B.