1000型全液壓動力頭式車載鉆機的技術研究

程 林

(石家莊探礦機械廠 河北石家莊 050081)

1000型全液壓動力頭式車載鉆機的技術研究

程 林

(石家莊探礦機械廠 河北石家莊 050081)

本文介紹了1000型全液壓動力頭式車載鉆機的結構特點、技術參數以及與機械轉盤式車載鉆機的性能比較。

全液壓 動力頭 車載 技術研究

1 引言

全液壓動力頭式車載鉆機作為一種自動化程度較高的多工藝鉆井施工設備,具有鉆進速度快、適用于多種鉆進工藝、工作穩定性強、檢修維護方便、操作簡單、輔助作業方便省力、拆裝及轉運方便等優點,可用于大口徑水井、煤層氣抽采井、油氣井等鉆井施工中。

我們在機械傳動式車載鉆機的基礎上,對全液壓動力頭式車載鉆機進行了深入的技術研究,現介紹如下。

2 鉆機結構和主要技術參數

2.1 鉆機結構

該全液壓車載鉆機基本結構可分為八部分:即汽車底盤、液壓泵站和操縱臺、動力頭、進給系統、擰卸系統、主副卷揚機、桅桿和車載設備。

(1)汽車底盤

作為鉆機的載體、行走部分和動力提供裝置,汽車底盤應有牢固而平整的底架、良好的通過性、強勁的馬力和較大的承載力。經過對多家重型汽車廠家生產的工程車底盤進行對比,從車輛外形尺寸、承載能力、配備柴油機功率、性價比和售后維修服務等方面進行選擇,最終選擇了中國重汽泰安分公司生產的五岳牌TAZ5363汽車起重機底盤。

(2)液壓泵站和操縱臺

液壓泵站采用汽車柴油機為動力,通過汽車分動箱與液壓泵相連。根據鉆機低速高扭的特點,選用兩臺高壓大流量齒輪泵與分動箱并聯,以保證充足的動力。根據回油管路多的特點,采用一盤多口的方式,在油箱上用一個法蘭盤布置多個回油口,解決回油管路的合理布局問題。為了讓操縱者能更直觀的了解鉆進情況,把操縱臺布置在了桅桿旁邊。操縱臺面上儀表、閥柄和按鈕較多,在布局上突出了合理、明了、易操作的特點。液壓管路排列則是整齊、有序、不防礙鉆機工作,且各路油管長度都是經過計算后選擇的最適當尺寸。

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(3)動力頭

動力頭的主要部件為液壓馬達。根據鉆進施工的特點應選用調速范圍寬、扭矩大、低速性能好、中心通徑大、并能長時間連續工作的低速大扭矩液壓馬達。動力頭在桅桿導軌上安置做到了既連接牢固又上下活動自如。

(4)進給系統

鉆機的進給是通過兩個立柱油缸和兩條傳動鏈來實現的。油缸和傳動鏈經計算選擇了最合理的安裝位置使其行程達到最長,提升、進給能力根據提鉆和加減壓的需要設計,且調速范圍寬。

(5)擰卸系統

擰卸系統根據其要求剛性大、易操作的特點,安裝在了桅桿的下部,以保證大扭矩擰卸扣的需要。擰卸系統由液壓卡盤和液壓扳子兩部分組成,通過液壓卡盤的鎖死和液壓扳子的轉動實現擰卸鉆桿。擰卸系統設計最大通孔直徑600mm,配備了適合多種直徑鉆具的卡爪。

(6)主、副卷揚機

主、副卷揚機都是以液壓馬達作為動力,利用液壓控制其轉動和自鎖。主卷揚機單繩提升能力為4t,副卷揚機單繩提升能力為2t。

(7)桅桿

桅桿高度14m,采用雙液壓油缸起降,由型鋼加輔板焊接而成。桅桿結構為矩型框架,四根立柱布于四角,用橫梁相互連接,并以斜筋加固。此種結構桅桿具有強度高、承載力大、受力合理、便于安裝加減壓機構、不易變形等特點。桅桿頂端設有可伸縮的懸臂,用以吊裝鉆具。

(8)車載設備

車載設備有空壓機和泡沫泵。空壓機為箱式結構,泡沫泵為液壓馬達驅動。空壓機和泡沫泵管路及閥依據布局合理,易于操作的原則設計。固定管路采用不易損壞的鋼管,接頭置于易擰卸的位置。根據汽車底盤的尺寸和各部分的占地面積及操作的合理性對各部分進行合理布局。采用就近連續原則,從車頭到車尾依次布置液壓泵、油箱、泡沫泵、空壓機、主卷揚、桅桿、操作臺。具體位置見示意圖1。

圖1 鉆機布置示意圖

圖2 五岳汽車底盤

2.2 鉆機主要技術參數

型號 TAZ5363汽車起重機底盤五岳汽車底盤最高時速(km/h) 70發動機排量功率(mL/kW) 9726/247最大提升/給進能力(kN) 432/208快速提升/下放速度(m/min) 30/52慢速進給速度(m/min) 4最大輸出扭矩(N·m) 1300輸出轉速(r/min) 0～130動力頭主軸通徑(mm) φ76行程(m) 11.8鉆井深度(φ114)潛孔錘鉆進(m) 800旋轉鉆進(m) 1000壓縮空氣/泥漿管路通徑(mm) φ76.2額定工作壓力(MPa) 10輔助絞車 吊臂伸縮量(mm) 1000縮回/伸出狀態起重量(kN) 35/20動力頭旋轉系統(MPa) 25液壓系統壓力正常鉆進系統(MPa) 24快速升降系統(MPa) 32美國壽力空氣壓縮機型號 1150XHH/1350XH(A)排氣量(m3/min) 32/38排氣壓力(MPa) 3.45/2.4型號 80/10泡沫泵排量(L/min) 0～80額定壓力(MPa) 5總重量(kg) 32800外形尺寸(mm) 13500×2790×3840

3 性能比較

全液壓動力頭式車載鉆機與機械傳動轉盤式車載鉆機性能比較如下:

(1)全液壓動力頭是回轉器又是水龍頭也是提引器,而轉盤鉆機必須有水龍頭、方鉆桿、提引器。

(2)給進機構在升降鉆具時起到絞車功能,在鉆進時起到加壓與減壓功能,轉盤鉆進不可以。

(3)能實現各種鉆進方法:如各種回轉鉆進法,螺旋鉆進法,跟管鉆進法。轉盤鉆機有些方法不可以。

(4)加接單根鉆桿時間不到1min,而轉盤鉆機起碼3～5min,明顯浪費時間。

(5)鉆具升降及擰卸可實現機械化,塔上無人操作,下套管困難時動力頭可幫助壓入,但轉盤鉆機不能。

(6)操作臺可集中控制,鉆機參數便于用儀表顯示,提高鉆進質量減少孔內事故,而轉盤鉆機不好實現。

(7)機臺每班工作人員2人就可完成,轉盤鉆機一般4～5人。

(8)平均鉆進速度快,綜合鉆進效率高,整個鉆進成本低。施工完后搬遷迅速,工作環境好,工作勞動強度低,而轉盤鉆機則相反。

4 結束語

全液壓車載鉆機需要解決的關鍵技術問題是:液壓部件的選型。液壓部件選型需考慮的問題眾多,首先必須要滿足鉆進工作動力的需要,同時還應注意產品的節能設計,要做到既夠用又不浪費。這就需要嚴格計算各液壓部件所需的最大功率,那些部件在鉆進過程中有時是需要聯動的,聯動時所需的總功率多大,管路的功率損失系數是多少等。再者是根據所需功率和管路設計確定油壓,然后根據各部件的功率和油壓來確定液壓泵和各部件的型號以及油閥、油管的型號。此外還應注意所選零件的系統化、標準化、通用化,以便于產品的維護維修。

1 周全興.鉆采工具手冊.北京:科學出版社,2002

2 胡晨光.鉆探工程技術.安徽:文化音像出版社,2004

3 孫松堯.鉆井機械.北京:石油工業出版社,2006

2010年8月13日)