旋钻机液压系统

旋挖钻机简介姓名：黄子强学生证：100203106教员：工业中心旋挖钻机简介旋转钻机是一种使用切割钻头破碎岩石的钻机，也称为旋转切割钻机。旋转钻机已经在采矿工程中使用了很多年，但是它们中的大多数都用于直径非常小的地下煤矿，例如煤矿中的电钻。随着国内外煤炭工业的发展，旋挖钻机的应用范围正在逐步发展和扩大。自20世纪60年代以来，钢丝绳冲击钻机和少量旧的旋转钻机已在中国的煤矿、化工厂和其他露天矿山使用。20世纪60年代初，中国成功研制出适用于煤矿的ZX-150旋挖钻机。自20世纪70年代以来，越来越多的煤炭系统装置和采矿机械制造商开发了旋转钻机，并试制了各种型号。经过验证，ZX-150A、YQ-160、KX-150等旋转钻机已经定型。旋挖钻机适用于在硬度中等、磨损较小的岩石中钻孔。实践证明，在岩石坚固系数f6的岩石中钻进时，与牙轮钻进相比，旋挖钻机效率高、能耗低、轴向压力低、成孔质量好、切削钻头制造和维修方便。1旋转钻机相关知识1.1钻机的分类1)旋挖钻机可分为三种类型：立轴旋挖钻机：手动进给钻机、螺旋差动钻机和液压进给钻机；(2)旋转钻机：钢丝绳加减压钻机、液压缸加减压钻机；(3)移动式回转钻机：全液压动力头钻机和机械动力头钻机。旋转钻机主要依靠钻具的旋转运动来破碎地层和形成孔洞。作业时，动力机通过传动装置带动转盘，驱动钻杆带动钻头旋转，破碎岩层。旋挖钻机能适应各种地质条件，特别是卵石层的钻进。成孔后，孔壁周围形成一层封闭的土层，对稳定孔壁和提高桩基承载力有一定的作用。本主题涉及的旋转钻机是旋转钻机。2)冲击钻机可分为两种类型：钢丝绳冲击钻机；(2)钻杆冲击钻。冲击钻机主要利用钻具的垂直往复运动，使钻头冲击井底，破碎岩层。冲击钻机效率低，钻孔深度小于250米，有时可达500-600米。该机利用钻机的曲柄连杆机构将动力的旋转运动转变为往复运动，并通过钢丝绳驱动锤上下运动。冲击钻机将岩石破碎成粉末和颗粒状钻渣。由于其高功耗和低效率，除了在硬卵石层中钻孔之外，通常使用其他类型的钻孔机。3)复合钻机：该机主要是由振动、冲击、旋转、静压等功能不同组合而成的钻机。柴油锤打桩机就是其中之一。1.2旋挖钻机的工作模式旋转钻机由动力装置驱动旋转钻机的旋转装置，从而带动带有钻头的钻杆旋转，并通过钻头切割土壤。旋挖钻机用于带挡泥墙的钻孔灌注桩，成孔方法为旋挖成孔。根据泥浆循环方式的不同，可分为正循环旋挖钻机和反循环旋挖钻机。1)正循环旋转钻井是利用钻机的旋转装置带动钻具旋转，切割岩土，同时用泥浆泵将泥浆(或清水)输送到钻杆，冲洗孔底，携带岩屑的冲洗液沿钻杆与孔壁之间的环形空间上升，从孔口流向沉淀池，净化后循环使用，反复运行，形成正循环排渣系统；随着钻渣的连续排出，钻孔继续向下延伸，直到达到预定的孔深度。从这以后2)反循环旋挖钻机成孔是通过钻机的旋转装置带动钻杆和钻头旋转切割破碎的岩土，通过泵送、气举、喷雾等措施吸入循环护壁泥浆，将钻渣从钻杆内腔吸出孔外的成孔方法。根据不同的泵送原理，可分为三种施工工艺：泵送反循环、气举反循环和射流(射流)反循环。泵送反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用，使钻杆内的水流上升，形成反循环；射流反循环是利用喷射泵喷出的高速水流产生负压，使钻杆内的水流上升，形成反循环；气举反循环使用压缩空气循环水。钻杆内水流上升速度与钻杆内外液体重力差有关，且效率随井深的增加而增加。当井深小于50m时，应选择泵送或射流反循环。当井深大于50m时，应采用气举反循环。1.3旋挖钻机的工作原理旋挖钻机的种类很多，它们的外观和形状并不完全相同，但根据钻探工作的需要，它们的整体结构基本相同，通常由钻探系统和底盘桩架组成。底盘桩架主要由立柱、车架升降装置、底盘、行走机构、液压系统和电气系统组成。钻井系统主要由动力头、钻杆、钻头、滑动支架、压力提升机构等组成。钻具的驱动力可以是电动机、内燃机或液压马达，底盘桩架有汽车式、履带式和行走式。底盘桩架主要起固定钻孔执行装置、钻孔导向、行走等作用。钻井系统主要起切割、输送和钻井的作用。钻进时，动力头原动机通过减速器带动输出轴转动，带动钻具转动切割岩石，加压机构通过活动滑轮组提供向下的轴压，钻头在两者的共同作用下最终完成钻进作业。钻机钻孔时，旋转机构和加压机构通过钻杆向多刃切割钻头施加作用力，钻头在轴向压力的作用下侵入岩石，在旋转扭矩的作用下切割破碎的岩石。气压可以用来清除压舱物，螺旋钻杆可以用来清除压舱物。清除道碴和灰尘的气压装置与牙轮钻机相同。使用螺旋钻杆卸碴时，钻杆在孔内旋转，与孔壁形成螺旋输送机，孔底的岩石碴在离心力和摩擦力等各种阻力的作用下，沿钻杆上的螺旋叶片逐渐向上输送，使钻杆不断向下运动，完成钻孔过程。旋转切割钻孔的原理如图1.1所示。图1:旋转切割钻孔的原理3旋挖钻机的发展现状及研究概况3.1国内外生产研究现状利勃海尔LB系列的研发源于利勃海尔机器在特殊土木工程中几十年的应用经验，考虑到旋转钻机的困难操作。LB系列钻机设计有连续螺旋钻和双旋转头。新型LB28旋转钻机的设计可钻至直径2.5米，深度70米，扭矩28吨米。其绳索着陆系统具有40吨的提升力，可在恶劣的地面条件和工作条件下提供最大的功率和可靠性。为了提高对坚硬岩石的钻进能力，罗宾斯公司开发了一种小型钻具SBU(小型钻孔装置)。SBU可以钻直径范围在24-27英寸的坚硬岩石。SBU由硬质岩石切割刀头和安装在刀头上的高效止推轴承上的微型圆盘形切割工具组成。切割刀头由全断面螺钉旋转，并由顶起装置向前推动。SBU通过一个标准的六角柱与螺纹接头连接，适用于铝煤炭科学研究院重庆分院开展了松软突出煤层顺层螺旋钻进设备及支护技术的研发。2006年，ZY-1250全液压钻机研制成功。钻机用于钻进最大钻孔深度为150米的松软突出煤层。在巧妙的150米钻机的基础上，进一步优化了钻机的结构和关键参数，完成了200米钻机的设计。煤炭科学研究总院Xi安分院研制了一种高强度420毫米插入式密封螺旋钻杆(如图1.2所示)。干法和湿法清渣方法可用于在煤层中钻水平大直径孔，特别是在煤矿发生瓦斯爆炸和冒顶等事故时，以建立与受影响人员的沟通渠道。2003年，阳泉新井矿用ZDY400OS全液压钻机配合螺旋钻杆成功进行了50.6米深的大直径钻探试验。图1.2 420mm插入式密封螺旋钻杆3.2旋挖钻机的技术发展趋势旋挖钻机的技术发展趋势主要体现在以下几个方面：钻机动力头有三种主要方式：柴油机、电动机和液压马达。使用柴油发动机作为动力可以扩大钻机的使用范围，特别是在偏远和缺电地区。例如，美国德里特公司的D40K、伊戈尔-兰德公司的T4和德国萨兹基特公司的LB6l0都是由柴油发动机驱动的。电动动力头调速不方便，启动扭矩小。与电机驱动相比，液压装置在同等体积下可以产生更多的动力。该液压装置体积小、重量轻、结构紧凑。液压装置工作稳定，易于实现快速启动和制动，可在较大范围内实现无级调速。由于液压传动的突出优点，它已广泛应用于旋挖钻机。2)大型钻机采用履带式行走机构，小型钻机采用轮胎式，矿用钻机采用履带式。轮胎式钻机在开采分散的小矿体时更有效。履带式钻机多用于作业时间长、工作面相对固定的地方。3)采用全液压系统：国外几乎所有中小型旋挖钻机的工作机构都采用液压马达作为旋转动力。加压和提升系统一般采用液压缸或马达，通过链条或钢丝绳传动连续调节轴压和进给速度。4)可钻斜孔，平台可旋转360度：钻机有调节钻架倾角的专用装置；独特的上下车水平调节系统的应用，可以调节上下车的倾斜度，保证公交车上的驾驶室水平。该功能不仅保证了钻孔过程中的垂直度，而且使操作者能够在舒适的位置长时间工作而不感到疲劳。5)控制技术的智能化；自动垂直调平、发动机监控、钻孔深度测量和显示、车身工作状态动画显示和虚拟仪器显示、故障检测、报警和信息显示等方面逐步实现智能控制；6)一机多用；有些钻机可以根据不同的岩石硬度选择不同的钻孔方法和不同的钻头。例如，切削钻头用于钻软岩石，牙轮钻头或冲击器用于钻硬岩石。7)电子和电液技术的应用越来越多，采用轴压和转速自动调节系统，使钻机在最佳条件下工作。旋挖钻机在我国露天矿的应用据初步统计，我国自20世纪60年代以来开发的小型旋挖钻机包括KX-150、KX-150A旋挖钻机、KY-150、KY-200、YZ-12牙轮钻机和仿YKH-120炮孔钻机、KQX120钻机等。主要技术参数见附表。这些钻机是冶金、煤炭、化工、建材等中小型露天矿的理想射孔设备。它们也是大型露天矿底部清理和边坡钻探的必要辅助设备。我们走吧KX-150旋挖钻机是根据我国露天矿的具体情况自行开发的新产品。其主要性能参数合理，效率高，成孔质量好，结构紧凑，体积小，重量轻，行走灵活方便，工作行走稳定性好，操作方便，劳动强度低，自带除渣空压机，不需要水，方便矿井管理，除尘效果好。它是一种适用于我国露天煤矿和其他露天矿的新型冲孔设备。4.1 KX-150旋挖钻机在中国楼姚煤矿的应用及效果KX-150旋挖钻机从1981年3月至同年7月底工业试验的总进尺为15574米(岩石硬度F在3-11之间)，平均移位效率为109米，最大移位效率为194米，平均每小时钻井效率为29-39米，钻井成本为每米1.02元，工业试验期间的外生作业率为62.68%-80.7%。在1981年9月至1982年12月的生产和使用期间，1*钻机有57，218米的钻进进尺和551名工作人员，平均工作效率为103.84米。2*钻机钻井进尺5802米，共派出576名船员，平均船员效率100.69米。1983年，1*钻机钻进进尺61240米，2*钻机钻进进尺59276米。在此期间，1983年9月，一台钻机参加了国家煤炭系统钻机的钻井比赛。那个月，它的镜头达到了16775米，在那个月里它工作了90次。洞深从6米到20米不等，最大的有12米、8米和16米，岩石硬度F在3到11之间。平均团队效率为186.38米，最高团队效率为345米。当月每米射孔成本为0.41元。从1983年3月工业试验开始(包括1981年8月)到1983年底，总进尺为251，310米，机组效率是冲击穿孔机的4.5倍。每1m 3爆破钻岩成本比冲击钻机低约10%，节电约19.4%。该矿KX-150旋挖钻机已基本被20-2钢丝绳冲击穿孔机取代。与从中国进口的几种旋挖钻机相比，这台机器的价格只有三分之一到六分之一。此外，该钻机钻进效率高，故障小，易于维护，射孔成本低。因此，KX-150旋挖钻机的应用和推广必将促进我国露天煤矿使用数十年的冲击式穿孔机的最终淘汰。有了新的钻机，中国露天矿山(尤其是露天矿山)的技术落后状况将会有很大改变，其经济效益将会显著提高。5研究来源在露天煤矿生产、建筑、水利、电力、铁路工程的土方施工中，露天开挖场地应在开挖前进行打孔爆破，以松动岩层，提高工作效率，降低生产成本。目前，机械破岩钻井方法主要有三种，即：冲击-旋转破岩钻井是利用冲击载荷和旋转钻具以一定的角度，施加合理的推力来破岩。它适合在中硬和硬岩石中钻孔。钻井设备包括潜孔钻机和岩石钻机。旋转凿岩是使用旋转多刃钻具切割岩石，同时施加更大的推力破碎岩石。适合在低磨损和中等硬度的岩石中钻孔。这种钻井设备包括电钻和旋转钻机。旋转冲击粉碎钻井是施加一个大的轴向压力，使钻头旋转和滚动，以传递冲击和压力。滚齿对岩石的挤压作用大于冲击作用。岩石通过旋转冲击破碎，典型的设备是牙轮钻机。根据露天开采的矿石和岩石量，采用各种方法钻孔的数据分析表明，大多数矿石和岩石的坚固系数f在16以下(f6的23% 30%，f=6 16的65%70%)，即大多数矿石和岩石在冲击回转