液壓帶壓鉆孔機的設計

王占武

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

關鍵詞：帶壓鉆孔機；液壓系統；離合器；油缸

1 主機工作原理及液壓執行機構

本機構由液壓系統、液壓馬達、減速箱、齒輪箱、旋轉傳動機構、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，經三級減速后，由馬達帶動旋轉傳動機構將旋轉動力傳遞到鉆具上，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。外設游動標尺直接可視，安全離合器隨時可調，可根據鉆孔大小、封堵厚薄調整鉆桿進給量及扭矩力大小，以保證平穩、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，16通過濾油器18從油箱吸油，經過單向閥14，調節溢流閥15壓力至25MPa，多余油液流回油箱。

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

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，右腔油液經閥13右位，閥6、閥4流回油箱，實現工進。

調整調速閥6開口大小即可得到不同進給速度，調整背壓閥4的壓力以防止鉆頭在突然鉆透狀態下，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，右腔油液經換向閥13、3流回油箱，實現快退。

2 板孔機鉆頭旋轉方式

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

該部分工作順序如下：

（1）電機23得電，通過聯軸器帶動泵25旋轉，油經吸油濾油器24吸油，出油經單向閥26通換向閥與溢流閥，調整溢流閥工作壓力到12MPa，出油經調速閥22流回油箱，調節調速閥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，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，從而實現鉆頭旋轉。馬達右腔油液流回油箱。通過調整調速閥手柄，可得到不同轉速。

3 油缸的設計計算

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

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

4 液壓系統主要技術參數的設計與選擇

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（無極調速）；鉆桿轉速：10～150r/min（無極調速）；安全離合器扭矩力：2000 N·m（可調）；電磁鐵電壓：24V。

5 液壓帶壓鉆孔機機械結構的設計

5.1 油缸活塞桿頭部與減速機輸出軸連接部分的設計

當油缸活塞桿伸出時，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 安全離合器部分設計

安全離合器是當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生相對轉動的力，進而將鋼球回退，擠入中間套內，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論

分別做厚30、60、80mm板各兩件。模擬現場工作狀態，進行鉆孔試驗，實現工進、快進、快退、速度可調、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，即達到設計工作要求。

參考文獻

[1]賈培起.液壓缸[M].北京：科學技術出版社，1987.

[2]孫友宏.液壓鉆機設計[M].地質出版社，2011.

（作者單位：遼寧北辰液壓氣動有限公司）