第六章给进机构

1、1 2 1.向钻头施加轴向压力，并随着钻孔的不断加深，而连续送进钻具，以向钻头施加轴向压力，并随着钻孔的不断加深，而连续送进钻具，以 实现加、减压钻进实现加、减压钻进； 2. 用于强力起拔钻具，处理卡、埋、烧钻事故；用于强力起拔钻具，处理卡、埋、烧钻事故； 3. 利用给进机构可以悬挂钻具、提动钻具及实现快速倒杆；利用给进机构可以悬挂钻具、提动钻具及实现快速倒杆； 4. 液压给进机构还可以称重钻具和间接反映孔内钻具的工作情况；液压给进机构还可以称重钻具和间接反映孔内钻具的工作情况； 5. 某些钻机的给进机构还可以用于升降钻具。某些钻机的给进机构还可以用于升降钻具。 1. 能合理地施加钻头所需的钻

2、压，并能无级调节钻压；能合理地施加钻头所需的钻压，并能无级调节钻压； 2. 能根据钻头的瞬时钻速，无级地调节给进速度；能根据钻头的瞬时钻速，无级地调节给进速度； 3. 要具有一定的超载能力；要具有一定的超载能力； 4. 要能及时地反映孔内的钻进情况；要能及时地反映孔内的钻进情况； 5. 尽可能减少倒杆所用的时间。尽可能减少倒杆所用的时间。 3 在钻进过程中，孔底钻头所需的钻压在钻进过程中，孔底钻头所需的钻压C C是由给进机构产生的给进力是由给进机构产生的给进力 和和 孔内钻具的重力孔内钻具的重力 提供的，其关系如下：提供的，其关系如下： g P Q qLPC g qLCPg 式中式中 ： 每米

3、钻杆的重量；每米钻杆的重量； 孔内钻具长度；孔内钻具长度； 孔内冲洗液对钻具的浮力以及孔壁对钻杆的阻力孔内冲洗液对钻具的浮力以及孔壁对钻杆的阻力 所引起的钻压变化系数。所引起的钻压变化系数。 1 1 q L 钻进过程中，随着钻孔的加深，钻具重量增大，为保证钻压钻进过程中，随着钻孔的加深，钻具重量增大，为保证钻压C C不变，应不不变，应不 断减小给进力断减小给进力 由公式可知给进力一直可以减小至零。这时为自重钻进；由公式可知给进力一直可以减小至零。这时为自重钻进； 随着孔深进一步增加，钻具重量进一步增大，给进力为负值，及需要减压随着孔深进一步增加，钻具重量进一步增大，给进力为负值，及需要减压 钻

4、进；因此在钻进过程中给进力需要不断的调整。钻进；因此在钻进过程中给进力需要不断的调整。 g P 4 机械式机械式 液压式液压式 手把、手轮给进机构手把、手轮给进机构 蜗轮蜗轮-蜗杆给进机构蜗杆给进机构 主动钻杆给进机构主动钻杆给进机构 链轮链轮-链条给进机构链条给进机构 钢丝绳加压给进机构钢丝绳加压给进机构 差动式给进机构差动式给进机构 单油缸给进机构单油缸给进机构 双油缸给进机构双油缸给进机构 单油缸单油缸-链条链条(钢丝绳钢丝绳)给进机构给进机构 双油缸双油缸-链条链条(钢丝绳钢丝绳)给进机构给进机构 油马达油马达单链条给进机构单链条给进机构 油马达油马达-双链条给进机构双链条给进机构 5

5、 二、链轮二、链轮- -链条给进机构链条给进机构一、手把（手轮）给进机构一、手把（手轮）给进机构 6 三三 主动钻杆给进机构主动钻杆给进机构 用于大口径水井钻机、工程钻机、石油钻机。它是利用升降系统实现给进机用于大口径水井钻机、工程钻机、石油钻机。它是利用升降系统实现给进机 构的功能。系统的组成见图。构的功能。系统的组成见图。是由升降机、钢丝绳、天车、动滑车、提引器、是由升降机、钢丝绳、天车、动滑车、提引器、 指重表等组成。系统工作原理如下：指重表等组成。系统工作原理如下： 加压钻进加压钻进：用提引器提吊钻具，利用：用提引器提吊钻具，利用 升降机的下降抱闸控制给进速度。加升降机的下降抱闸控制给

6、进速度。加 压钻进时，下降抱闸对卷筒的制动程压钻进时，下降抱闸对卷筒的制动程 度，只要能保持卷筒不自由放松钢丝度，只要能保持卷筒不自由放松钢丝 绳即可。绳即可。 减压钻进减压钻进：减压钻进时，增大下降抱：减压钻进时，增大下降抱 闸的制动力矩，使提引器产升对钻具闸的制动力矩，使提引器产升对钻具 一定的拉力，平衡部分钻具的重量，一定的拉力，平衡部分钻具的重量， 以达到减压钻进的目的。提引器平衡以达到减压钻进的目的。提引器平衡 的钻具的重量值，可由装在死绳上的的钻具的重量值，可由装在死绳上的 指重表来反映。指重表来反映。 从系统图可以看出，钢丝绳的拉从系统图可以看出，钢丝绳的拉 力力P与钻具重量的关

7、系为：与钻具重量的关系为： h h m m C CQ Q p p p Q 7 8 1. 系统的组成及工作原理系统的组成及工作原理 该机构该机构主要用于浅孔转盘式钻机主要用于浅孔转盘式钻机。系统组成见右图，主要有加压器、。系统组成见右图，主要有加压器、 加压钢丝绳、导向滑轮、测压力计等组成。加压钢丝绳一端固定在机加压钢丝绳、导向滑轮、测压力计等组成。加压钢丝绳一端固定在机 架上，另一端绕过加压水龙头上的导向滑轮后，固定在加压器的绳轮架上，另一端绕过加压水龙头上的导向滑轮后，固定在加压器的绳轮 上。加压钻进时，加压器的制动器制动加压器的闸轮，则加压器的绳上。加压钻进时，加压器的制动器制动加压器的闸

8、轮，则加压器的绳 轮转动缠绕钢丝绳。当钢丝绳被拉紧时，轮转动缠绕钢丝绳。当钢丝绳被拉紧时， 通过导向滑轮向钻具施加压力，实现通过导向滑轮向钻具施加压力，实现 加压钻进。通过改变制动器的制动力，加压钻进。通过改变制动器的制动力， 改变加压力和给进速度。改变加压力和给进速度。 由系统图可知，系统产生的给进力为：由系统图可知，系统产生的给进力为： p p2 2p p g g p, p, pg 9 2. 加压器的结构与工作原理加压器的结构与工作原理 加压加压器器采用采用3K-H3K-H型型双双联联行星轮系行星轮系。主要主要由由传动轴传动轴、中心齿轮、中心齿轮、 双联行星齿轮、制圈、绳轮、快速缠绳手轮和

9、两个内齿圈等组双联行星齿轮、制圈、绳轮、快速缠绳手轮和两个内齿圈等组 成。成。 加压钻进时，传动轴带动中加压钻进时，传动轴带动中 心齿轮心齿轮z1转动，中心齿轮又驱转动，中心齿轮又驱 动双联齿轮转动。在双联齿轮动双联齿轮转动。在双联齿轮 左侧齿轮左侧齿轮z3带动下制圈转动，带动下制圈转动， 其右边齿轮其右边齿轮z4带动绳轮转动，带动绳轮转动， 缠绕加压钢丝绳，实现加压及缠绕加压钢丝绳，实现加压及 给进。调整制动器对制圈的制给进。调整制动器对制圈的制 动力矩，改变制圈的转速，随动力矩，改变制圈的转速，随 之也改变了绳轮的速度，即改之也改变了绳轮的速度，即改 变了给进速度和给进力。在不变了给进速度

10、和给进力。在不 同的工况下，绳轮与制圈的运同的工况下，绳轮与制圈的运 动关系，可从下述相对运动原动关系，可从下述相对运动原 理方法推出。理方法推出。 10 1-制圈；制圈；2、4-内齿圈；内齿圈；3埋头螺钉；埋头螺钉； 5-绳轮；绳轮；6-螺栓；螺栓； 7、8-绳头固定压板和螺钉；绳头固定压板和螺钉； 9-垫；垫；10、23、29-螺钉；螺钉； 11、28-轴承压盖；轴承压盖；12-密封圈；密封圈； 13、18-挡圈；挡圈；14、24、30-滚动轴承；滚动轴承； 15-含油轴承；含油轴承；16-右置盘；右置盘； 17-双联行星轮轴；双联行星轮轴；19-双联行星齿轮；双联行星齿轮； 21-左置盘

11、；左置盘；22-手轮；手轮；25-套轴；套轴； 26-垫片；垫片；27-螺栓；螺栓； 30、31-圆头螺钉和盖。圆头螺钉和盖。 11 2 3 5 4 3 5 53 Z Z Z Z i H HH 4 5 H 。 在轮系中加上一个与在轮系中加上一个与 大小相等而方向相反的角度大小相等而方向相反的角度 ， 轮系转化为定轴轮系。在转化系统中：轮系转化为定轴轮系。在转化系统中： H H 1 3 3 1 13 Z Z i H HH 设轮系中的齿轮设轮系中的齿轮z1、z2、z3、z4、 z5的转动角速度分别的转动角速度分别 为为 、 、 、 、 左右置盘的转动角速度为左右置盘的转动角速度为 。 1 2 3

12、（3） （2） 4 5 1 2 5 1 15 Z Z Z Z i H HH （1） 1 z 2 z 3 z 4 z 5 z 制圈制圈 H 手轮手轮 绳轮绳轮 传动轴传动轴 制动器制动器 12 (1) 如果将闸轮制动如果将闸轮制动,即即 0 3 由（由（1）式得：）式得：)1( 1 3 1 Z Z H )1( 2 3 5 4 5 Z Z Z Z H 由（由（2）式得：）式得： 联立以上二式，得中心齿轮与绳轮的传动比：联立以上二式，得中心齿轮与绳轮的传动比： 431521 532521 5 13 15 ZZZZZZ ZZZZZZ i ( 4 ) 13 (2) 如果绳轮不转，即如果绳轮不转，即 从（

13、从（3）式得：）式得： 从（从（2）式得：）式得： 由以上二式可导出绳轮不转时，中心齿轮与制圈的传动比：由以上二式可导出绳轮不转时，中心齿轮与制圈的传动比： 521431 532431 3 15 13 ZZZZZZ ZZZZZZ i )( 41 52 1 1 ZZ ZZ H )( 43 52 3 1 ZZ ZZ H （5） 0 5 14 （3）如果）如果0 3 0 5 、 由（由（1）、（）、（3）联立得：）联立得： 431521 532521 3 431521 431532 1 5 ZZZZZZ ZZZZZZ ZZZZZZ ZZZZZZ 因因 5 13 431521 431532 i ZZZ

14、ZZZ ZZZZZZ 3 15 431521 532521 i ZZZZZZ ZZZZZZ （6） 故绳轮与闸轮在二者的转速均不为零时的传动比是：故绳轮与闸轮在二者的转速均不为零时的传动比是： 3 15 3 5 131 5 i i 将上式的角速度用转速将上式的角速度用转速n代替得：代替得： （7） （8） 3 15 3 5 131 5 i nin n 15 z1 z2 z5 z4 z3 z6 差动式给进机构分为左旋差动式及右旋差动式。差动式给进机构分为左旋差动式及右旋差动式。 其结构基本相同，差别在于立轴上螺纹的旋向。下其结构基本相同，差别在于立轴上螺纹的旋向。下 面介绍的是左旋差动式给进机构

15、。面介绍的是左旋差动式给进机构。 1. 组成组成 它是有装在立轴导管上的齿轮它是有装在立轴导管上的齿轮z3及齿轮及齿轮z4 、 z5、装在立轴上的带齿螺母、装在立轴上的带齿螺母z6、摩擦盘等组成。、摩擦盘等组成。Z6 被轴向限位，只能在被轴向限位，只能在z5的带动下转动，而不能轴向的带动下转动，而不能轴向 位移。位移。 2. 工作原理工作原理 钻进时立轴与导管同步转动，同时装钻进时立轴与导管同步转动，同时装 在导管上的齿轮在导管上的齿轮z3、 、通过 通过z4、 、摩擦盘、齿轮 摩擦盘、齿轮z5带动带带动带 齿螺母齿螺母z6转动。通过调节摩擦盘产生的摩擦力矩的转动。通过调节摩擦盘产生的摩擦力矩

16、的 大小，改变带齿螺母的转速，可实现倒杆、立轴停大小，改变带齿螺母的转速，可实现倒杆、立轴停 止轴向位移及加压钻进三种工况。止轴向位移及加压钻进三种工况。 设立轴的转速为设立轴的转速为na，带齿螺母的转速为，带齿螺母的转速为nb。在。在 三种工况下，二者的关系是：三种工况下，二者的关系是： 当当 nb na 时时 加压钻进加压钻进 16 设立轴的转速为设立轴的转速为 ，带齿螺母的转速为，带齿螺母的转速为 。 在三种工况下，二者的关系是：在三种工况下，二者的关系是： 当当 时时 加压钻进加压钻进 a n b n b n b n b n a n a n a n 17 加压钻进时的给进速度可由下式计

17、算：加压钻进时的给进速度可由下式计算： 1 64 53 ZZ ZZ tnnv abg )( 而而 )1( 64 53 ZZ ZZ tnv ag ab n ZZ ZZ n 64 53 代入前式得代入前式得 由上式可以看出，为保证该机构能实现加压钻进，则应满足下列条件：由上式可以看出，为保证该机构能实现加压钻进，则应满足下列条件： 3. 该机构的特点该机构的特点 （1）由于结构原因，只适用于浅孔，均质地层；由于结构原因，只适用于浅孔，均质地层； （2）只能用于加压钻进；只能用于加压钻进； （3）不能准确调节钻压；不能准确调节钻压； （4）给进速度受立轴转速的限制。给进速度受立轴转速的限制。 t-立

18、轴螺纹的螺距立轴螺纹的螺距 18 1. 单油缸给进机构单油缸给进机构 图为美国产图为美国产HC-150型钻机的给进机构简图。它主要有一个型钻机的给进机构简图。它主要有一个1.8m长的长的 油缸组件和给进拖板组成。倒装的油缸与拖板固定在一起，可沿滑板两侧油缸组件和给进拖板组成。倒装的油缸与拖板固定在一起，可沿滑板两侧 的滑架上下移动。活塞杆为双层管结构。活塞杆的下端固定装在滑架下部的滑架上下移动。活塞杆为双层管结构。活塞杆的下端固定装在滑架下部 的前横梁上，活塞杆内管为油缸上腔的进油管，外管为下腔的油道。动力的前横梁上，活塞杆内管为油缸上腔的进油管，外管为下腔的油道。动力 头以开合方式装在滑板上

19、。头以开合方式装在滑板上。 给进油缸给进油缸 拖板拖板 回转器回转器 钻架钻架 图图1 图图2 前横梁前横梁 活塞杆内管活塞杆内管 活塞杆外管活塞杆外管 动力头动力头 拖板拖板 油缸油缸 19 单油缸给进机构单油缸给进机构 20 双油缸给进机构分为长行程和短行程两种。双油缸给进机构分为长行程和短行程两种。 1. 短行程双油缸给进机构短行程双油缸给进机构 (1) 组成与结构组成与结构 主要用于立轴式钻机及用于岩心钻探的转盘式主要用于立轴式钻机及用于岩心钻探的转盘式 钻机。例如钻机。例如XY-4钻机，它的两个给进油缸直接装在钻机，它的两个给进油缸直接装在 回转器的箱体上。两根活塞杆的上端与给进横梁

20、连回转器的箱体上。两根活塞杆的上端与给进横梁连 接。给进横梁通过两盘轴承装在立轴的上部。为了接。给进横梁通过两盘轴承装在立轴的上部。为了 增加机构的稳定性，横梁上还装有两根增加机构的稳定性，横梁上还装有两根导向导向杆。在杆。在 靠近操作者一边的导向杆上，刻有标尺，在钻进中靠近操作者一边的导向杆上，刻有标尺，在钻进中 可通过标尺观察钻进速度。可通过标尺观察钻进速度。 (2) 工作原理工作原理 加压钻进加压钻进 减压钻进减压钻进 (3) 特点特点 结构紧凑、尺寸小、工作时稳定性好，由于结结构紧凑、尺寸小、工作时稳定性好，由于结 构限制，给进行程短，钻进时需要频繁倒杆，因此构限制，给进行程短，钻进时

21、需要频繁倒杆，因此 有些钻机采用双卡盘不停车倒杆机构有些钻机采用双卡盘不停车倒杆机构。 21 该回转器为立轴式双液压卡该回转器为立轴式双液压卡 盘回转器，装有上下两个卡盘回转器，装有上下两个卡 盘，盘，上卡盘为弹簧夹紧液压上卡盘为弹簧夹紧液压 松开常闭式松开常闭式，下卡盘是液压下卡盘是液压 夹紧弹簧松开常开式夹紧弹簧松开常开式，正常，正常 钻进时下卡盘常开不工作，钻进时下卡盘常开不工作， 仅在倒杆瞬间夹住钻杆可替仅在倒杆瞬间夹住钻杆可替 代上卡盘使钻杆在上卡盘松代上卡盘使钻杆在上卡盘松 开倒杆时继续旋转，通过液开倒杆时继续旋转，通过液 压系统控制可实现不停车自压系统控制可实现不停车自 动倒杆。

22、动倒杆。 CDCD3 3 型岩心钻机回转器的特点型岩心钻机回转器的特点 22 不停车自动倒杆工作原理介绍不停车自动倒杆工作原理介绍 23 2. 长行程双油缸给进机构长行程双油缸给进机构 (1) 组成与结构组成与结构 该机构主要用于全液压动力头式钻机。图示为该机构主要用于全液压动力头式钻机。图示为XD-600钻机的给进钻机的给进 机构。它由夹持器座、两个给进油缸总成、两根导向管、上横梁及四根机构。它由夹持器座、两个给进油缸总成、两根导向管、上横梁及四根 拉杆组成。两个油缸及两根导向管的下端固定定在夹持器座上。夹持器拉杆组成。两个油缸及两根导向管的下端固定定在夹持器座上。夹持器 座两侧分别有两条油

23、道，分别通油缸下腔和导向管内孔。油缸和导向管座两侧分别有两条油道，分别通油缸下腔和导向管内孔。油缸和导向管 上端与上横梁相连。上横梁内有两条横向油道，上端与上横梁相连。上横梁内有两条横向油道，联联通油缸上腔和导向管通油缸上腔和导向管 内孔。四根拉杆及活塞杆的上端固定在活动横梁上。拉杆的下端与回转内孔。四根拉杆及活塞杆的上端固定在活动横梁上。拉杆的下端与回转 器的传动箱相连。回转器传动箱又以油缸和导向管为导向。在拉杆的拖器的传动箱相连。回转器传动箱又以油缸和导向管为导向。在拉杆的拖 动下上下移动。动下上下移动。 (2) 工作原理工作原理 24 GJD-1500GJD-1500钻机并联双油缸给进机

24、构钻机并联双油缸给进机构 25 油缸油缸-钢绳钢绳(链条链条)给进机构给进机构 单油缸单油缸-钢绳给进机构主要用于移动回转器式钻机，按照给进油缸的布钢绳给进机构主要用于移动回转器式钻机，按照给进油缸的布 置位置和钢绳的缠绕方式不同，主要有下列三种：置位置和钢绳的缠绕方式不同，主要有下列三种： 1-定滑轮；定滑轮；2-动力头托板；动力头托板；3-活动滑轮架；活动滑轮架；4-给进油缸；给进油缸； 5-钢绳（链条）钢绳（链条） 26 27 28 液压马达液压马达-链条给进机构有双链条和单链条两种。链条给进机构有双链条和单链条两种。 图图1所所示为泰美克示为泰美克-1000钻机的给进机构。采用一台大转矩的径向柱钻机的给进机构。采用一台大转矩的径向柱 塞定量马达，通过装在马达输出轴上的链轮带动给进链条运动，给进链塞定量马达，通过装在马达输出轴上的链轮带动给进链条运动，给进链 条一端与动力头托板的上端连接，而另一端绕过装在机架上的上下导向条一端与动力头托板的上端连接，而另一端绕过装在机架上的上下导向 链轮后与拖板的下端连接。通过马达的正反转实现加减压钻进及升降钻链轮后与拖板的下端连接。通过马达的正反转实现加减压钻进及升降钻 具。该机构的给进行程为具。该机构的给进行程为6m。 链条链条 油马达油马达 导向架导向架 链轮链轮 回转器回转器 图图1 图图2 29 马达马达-