AY型鉆塔液壓起落裝置的研制

摘 要：陜西省煤田地質局為了完善企業管理，樹立地勘單位形象，建立標準化井場，保證野外安全生產，對AY型鉆塔提出了液壓起落裝置要求，通過相關技術論證，從AY型鉆塔的結構、液壓油缸的設計論證，試驗起落裝置中油缸的同步性等方面取得了較好的效果。該裝置通過野外安裝施工，達到了預期目標。

關鍵詞：AY鉆塔 液壓油缸 液壓起落裝置

中圖分類號：TE9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0107-02

A型鉆塔傳統的起塔方式是通過絞車羊角架、吊車或拖拉機羊角架起塔，豎立后四周用地錨鋼絲繩固定，落塔采用絞車羊角架或吊車，但在這一升降過程中人為因素、鋼絲繩被拉斷及地錨被拔出，都會造成事故。陜西省煤田地質局2010年經濟工作會議精神指出，按照“方便搬運，堅固耐用的要求，配備必要的生產、生活和文娛設施，逐步改善野外一線職工生產工作的條件，樹立地勘單位新形象”“建設標準化井場”的要求和“關于2010年安全生產工作的意見”。為解決鉆塔安全起落問題，配合陜西省煤田地質局屬各勘探隊進行鉆探裝備的技術改造，設計生產鉆塔液壓起落裝置。

因為是技術改造，能借鑒配套成型產品少，我們通過跟大專院校科研人員和相關企業科研人員的交流、探討，自己鉆研、摸索，自行研制了AY型鉆塔液壓安全起落裝置。

1 AY型鉆塔主要技術參數

AY型鉆塔主要技術參數見表1。

2 液壓起落裝置參數的確定

液壓缸載荷計算：

塔架起升過程中主要受重力轉矩，分析塔架在水平位置起升時所參照樣本，油缸工作壓力定為18 MPa，選缸徑D=140 mm，在額定工作壓力下大于253555牛，符合選用要求，桿徑按最大速比選取。

井架液壓起升三鉸接點A、B、C位置如圖所示。

當井架處于近水平位置時CB=2290；

起升到垂直位置時BC1=3884；

油缸行程為BC1-CB=1594；

2290-1594>518（標準油缸選定系數）符合140缸徑油缸；

選樣本最大行程L=1750。

此油缸伸出安裝距和伸出最大距離均在要求范圍內，符合行程需求，最終確定油缸型號為HSGK01-140/110×1750-E2501。

2.1 受力分析及理論計算

以17.5 m鉆塔為例。

（1）液壓起塔時油缸推力。

受力圖1如下。

在鉆塔起落時，鉆塔圍繞塔底銷孔轉動，設圖示的逆時針旋轉方向為+，則起塔舜時鉆塔合力矩滿足條件是：

鉆塔在均勻運轉時合外力為零：ΣF=0

鉆塔理論重量為：T；通過（1）（2）（3）式解得：

N≥173.08 kN；Nx=23.296 kN；Ny=167.183 kN

在起落鉆塔過程中，隨著鉆塔高度增加，鉆塔重心靠近鉆機方向，重力臂越來越小；所以起塔瞬時N值是起落塔過程中的最大值，當油缸推力大于N時，基本實現液壓起塔，考慮動載荷野外風載荷因素，適當選擇安全系數，即可實現安全液壓起落鉆塔。

（2）確定油缸尺寸（選型）：油缸活塞設立圖見圖2；油缸有效伸長見圖3。

一級油缸尺寸：一級推力Nx=F1S1-F2S2。

則當活塞往返速度相同時，取d=0.71D，設d=75 mm，

則S1=π（D/2）2=8759.43 mm2；S2=π（D2-d2）/4=4343.80 mm2

設油缸額定壓力18 MPa，背壓1 MPa，則Nx=153.33 kN≤N，無法起塔。

設油缸額定壓力20 MPa，背壓1 MPa，則Nx=188.36 kN≥N，安全起塔。

油缸有效伸長尺寸：根據起塔1∶1繪圖說明，油缸體未伸出時有效長度為1100 mm，完全伸長后的有效長度為≥2800 mm，符合起塔尺寸要求。

（3）鉆塔起塔受推力截面的剪應力與彎曲變形：通過橫截面計算，剛體類似懸臂梁，起塔不會彎曲變形。

（4）底架前方加長及配重。

設底座前方超出鉆塔連接鉸耳中心2.0 m，既方便做油缸庫，又能液壓起塔時底座受力平衡減少配重。底座力矩平衡方程：

Tx=-1.97T=-19.7 kN，設計一體化塔臺安裝后，安裝一體化底座足夠起塔時的配重平衡要求，無需增加配重。

3 液壓起塔時液壓系統主要參數表

液壓系統主要參數見表2。

4 AY型鉆塔液壓起落裝置的應用

AY系列定向施工液壓鉆塔結合地質勘探施工實際，力求做到結構緊湊，設計合理。目前已在北京、河北、山東、吉林、新疆、寧夏、湖北、湖南、福建等地的煤田地質勘探、有色金屬礦勘探以及地質結構勘探方面得到廣泛應用，并出口到蒙古國進行煤礦、有色金屬礦的地質勘探，鉆塔強度、承載能力、靈活性、各角度下鉆進都滿足設計要求。

（1）定向施工、斜孔鉆進的應用范圍越來越廣，它可以根據巖脈分布、地形和施工取芯目的來選擇經濟適宜的場地和斜度進行鉆進，AY系列定向施工液壓鉆塔與XY系列鉆機配套使用，使鉆機的適用性、可靠性得到了進一步驗證，使其良好的使用性能得到更充分的發揮，是XY鉆機配套的良好設備。

（2）AY系列定向施工液壓鉆塔與XY系列鉆機配套使用，可以實現垂直于巖脈的定向施工鉆進，可以準確探明礦藏儲量，同時縮小鉆進深度，降低施工成本，滿足探礦工程施工需要。

（3）XY系列鉆機配套使用與AY系列定向施工液壓鉆塔配套使用，能夠節省人力、物力，提高施工效率，取得了良好的社會效益和經濟效益，具有廣闊的應用前景。

5 結語

通過對A型鉆塔液壓起落裝置的設計與安裝，在野外施工應用，證明了起落鉆塔比較安全可靠，結合實際鉆臺配套塔臺一體化，滿足配重要求，經模塊化設計，運輸方便，安裝操作簡易。

參考文獻

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