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专业文献阅读报告 姓名：胡军雄 机械学院：140306班 学号：14030603钻机的发展历史：钻机是向地下钻孔的机器，是完成钻进施工的主机，它带动钻具和钻头向地层深处钻进，并通过升降机完成起下钻具和套管，提取岩心，更换钻头等辅助工作。泵的作用是向孔内输送冲洗液以冲洗孔底，冷却钻头和润滑钻具。它广泛应用于国明经济的许多部门，它是从事各种钻探施工必不可少的主体设备。钻机的发展有手把式钻机、机械传动、液压给进的钻机和全液压钻机之间的三个发展阶段。第一阶段是以手把式钻机为代表的，1862年，瑞士设计制造了世界上最早的手动操作立轴钻机，起钻头是金刚石钻头；1899年出现了钢粒钻进，代替了金刚石钻进；1916年硬质合金也用于钻探，产生了合金钻进。随着这两种钻进方法的采用，相应地出现了荫芽状态的立轴式回转钻进钻机，这种钻机后来发展成性能比较完善的手把给进式钻机。刚开始的钻机动力由人力驱动，只能为低速，升降机为摩擦式的，这种钻机在发展到四、五十年代，这种钻机的结构与性能比较完善；我国解放初期，为解决地质勘探工作急需引进部份这类钻机，随后又大量仿制，其代表型号为XB300、XE5DD及XBI 000A型等。第二阶段是以机械传动、液压给进的钻机为代表的，四十年代中期，随着科技的发展钻机也高速发展，出现了新的金刚石钻头，另外，液压技术也广泛的发展与应用。在这种条件下，产生了机械传动、液压给进的钻机，50年代以后，适合于金刚石钻进的机械传动、液压给进的钻机有了进一步发展。我国解放初期，进口手把钻机的同时，也进口了机械传动、液压给进的钻机，1958一1962年完成了从仿制到自制的过渡阶段，从1962年以后，就开始了系统的设计与制造工作。 第二阶段是全液压钻机为代表的，六十年代以后，金刚石钻进工艺又有新的发展，同时液压技术本身又有了发展，这些因素，构成了全液压钻机产生的条件。因此，在大约在六十华代末至七十年代初期，这种与传统钻机结构完全不同的钻机产生。我国六十年代初已开始研制全液压传动式钻机，七十年代，我国全面地开展了研制工作。钻探设备的发展主要决定于的因素：第一个因素是：它随着钻探方法和钻探工艺的发展而变化的。和其他技术发展史一样，钻探技术最初的发展是人与自然斗争的结果。我国是世界上最早使用钻探技术来开采地下岩盐的，早在秦代(公元前221207年间)就用钻井方法开采井盐。这一项技术发明目前仍为世界上所公认。但是最早采用的是绳索取心方法，其钻进过程不是连续的，即不能采取连续的岩心，只能打垂直的孔，因此不能满足地质勘探的要求。在十九世纪中后期出现了能连续取心的迥转式钻机，这种钻机钻进效率和地质效果远比原始绳索取心钻进优越，因而，很快地在地质岩心勘探工作中迥转钻进占了主导地位。随着钻进工艺的发展，岩心钻机便必须进行一系列的演变。如果将目的较为新式的液压动力头式钻机和五十年代的手把式钻机相比较则无论在外观上，结构上、技术参数上迥然不同。第二因素是随着冶金工业、机械制造业、电子工业的发展，钻探设备也相应地起着变化。钻探设备的结构原理与设计要求，除了自身地质工作要求的特点外，还必然地要大量采用机械工业上通用的传动副、标准件，如各种传动机构、各种液压元件等。冶金工业的发展提供了轻质高强度的原材料，使设备更趋于结构紧奏体积缩少；电子工业的发展，使钻探设备的测试手段仪表化、自控化。目前在国外钻探设备产品的更新换代十分迅速，其主要原因是零部件绝大多数采用标准件一部新钻机的设计，只要根据设计要求，提出方案完成技术设计阶段后，工作草图设计量并不大，可以大量选用其它公司出品的性能完善的标准件，进行组装，因此新机型的试制周期很短。而由于大量采用专业化生产的标准件，组装后的整机质量得以保证，互换性、通用性也良好。钻探设备发展的趋势：美国机械传动液压给进立抽式钻机约占98，全液压动力头钻机仅占2。可见，现阶段机械传动液压给进钻机在大量的使用而全液压动力头钻机处于发展阶段。国外立轨式钻机，为了缩炽升降和辅助正序，采用自动倒杆，加长立轴行程等措施。由于绳索取心钻进广泛地发展，在钻机上增加了绳索绞伞装置。升降机在结构原理方面变化较小，仍以圆柱齿轮式结构(个别为圆锥齿轮)，个别钻机的卷筒带有摩擦离合器，比较现代化的钻机升降手把采用液压控制，并以手动把作为备用；在中深孔及深孔钻机采用水刹车以及加速提升和下降的提引装置。在传动及变速系统方面，变速箱速度有增加的趋势，有的钻机作了改进，即在变速箱输入端，增设传动减速箱，引入两个系列的速度，以便更能适应各种钻进方法；也有的采用快速更换传动链轮副、更换传动齿轮或更换大批量齿轮以扩大变速箱的速度范围。为了增加设备的机动性，减少安装迁移的时间，装设在轻、重汽车和拖拉机上的自行式钻机目前使用的很广泛。车裁式的钻机其类型往往就是地表固定式标准钻机，动力采目汽车和拖拉饥的发动机，也可以采用独自的动力机。桅杆可用液压缸竖起，采用一前二后的三个液压千斤顶稳定钻机，这种钻机有的深度达1000多米。值得注意的是，国外坑道内岩心钻机的种类较多。例如压气传动式、螺旋给进式和液压动力头式的钻机应用于坑道内钻探。坑道钻的发展它可节省大量钻探进尺而取得预期的地质上和经济上的效果。目前，我国对这方面的工作还重视不够、急待发展。近年来“一机多用也是发展趋势之一。如英园设计的钻机是液压驱动动力头式车裁自行式设备，可用于岩心钻进，能采用空气、泥浆洗井；亦可采用潜孔锤钻进。由于是车载式能局速行驶，也适合山区、丘陵币值路不平的地方行驶。钻探设备发展另一趋势是操作自动化、机械化程度提高。由于电子技术在钻探工作中的日益广泛应用，可以用各种电子仪表控制，以进一步使钻进工作程序化来自动调节与控制最优参数钻进。目前已达到将各种操作手把集中进行液压操作使之联动化、程序化。升降工序机械化已作为钻机部件的一部分。利用传感装置将并底压力、泵量泵压、转数扭矩、瞬时进尺速度、过载警报等信息集中在操作台上自动显示、自动记录，由电子计算机处理数据，变成指令自动控制与调整钻进参数，这在石油钻探设备上巳投入正式使用，在岩心钻探上也有某些仪表与程序初步可以来用。钻机分类：按用途分类：岩心钻机机组、水文水经钻探机机组、工程地质钻机机组、工程钻探机组、取样钻机机组、地热钻探机机组、探钻机机组、坑道钻机机组、石油钻机机组、砂矿钻机机组，等等。钻机的重点机构：钻机有回转机构、给进机构、升降机构、拧卸机构、设置传动机构、能量转换机构、控制机构、机架。下面我们介绍一些重点的机构。XY-4型钻机的机械传动系统XY-4型钻机的机械传动系统如图1-1所示。该系统包括：摩擦离合器1、变速箱2、万向轴3、分动箱4、回转器5、升降机6等部件。变速箱与分动箱之间采用万向轴连接。变速箱输出4个正转速度与一个反转速度。分动箱对回转器来说还是一个两速变速箱，因而，回转器具有自1011191r/min的8个正转速度和83r/min、251r/min两个反转速度。升降机具有自43164r/min的四档速度。 图1-1 XY-4型钻机机械传动系统图1-离合器；2-变速箱；3-万向轴；4-分动箱；5-回转器；6-升降机变速箱的结构变速箱的功用是变更回转器和升降机的转速和扭矩。机械传动式钻机几乎全部采用齿轮变速箱，这类变速箱一般由24根传动轴和轴间诸齿轮副构成。按照结构形式，基本上可分为两种类型：简单的两轴一级传动变速箱；三轴两级传动跨轮机构变速箱。两轴一级传动变速箱结构简单、零件少，但是只有一个变速组，减速比受到限制。新型钻机已广泛采用三轴两级传动跨轮机构变速箱。XY-4型钻机采用的四速变速箱（图1-2）结构式为13+1=4。这种变速箱有四根轴和五对齿轮，输出轴和输入轴在同一轴线上。在变速箱输出轴上有两个滑动齿轮，一个为单齿轮Z3，另一个为双联齿轮Z9与Z10，能在输出轴上变更位置，从而变换转速。副轴上的双联滑动齿轮，是变反档用的。 图1-2XY-4型钻机变速箱展开图-输入轴;-中间轴;-小轴;-输出轴;1,2,5,7,8-单列向心球轴承;3-滚针轴承;4-箱体;6-圆螺母;9-止动片;Z1-碗形齿轮;Z2,Z4,Z5,Z8-齿轮;Z3-滑动齿轮;Z6,Z7-双联齿轮;Z9,Z10-双联滑动齿轮摩擦离合器摩擦离合器的功能在于：接通和切断钻机的动力；在钻机变速和分动操作中、或在完成套岩心与扭断岩心等特殊操作时，利用离合器进行微动操作；当钻机超载时，利用摩擦片打滑起过载保护作用。钻机的摩擦离合器，通常设置在动力机（或减速箱）与变速箱之间，而且不影响液压泵的传动。XY-4型钻机的摩擦离合器（图1-3）由主动件、从动件、压紧分离机构、操纵机构及调隙机构组成。压紧分离机构由滑套16、连杆15、连杆压脚14等组成。操纵机构由轴承18、滑套17、拨叉19及拨叉轴20等组成。调隙机构由调整螺母22、保险片13等组成。 图1-3 XY4型钻机摩擦离合器1-半弹性联轴器；2-单列向心球轴承；3-主动轴；4-锁母；5-单列向心球轴承（60206）；6-壳体；7-从动轴；8-弹簧；9-被动摩擦盘；10-主动摩擦盘；11-动盘（压力盘）；12-弹簧片；13-保险片；14-连杆压脚；15-连杆；16-滑套；17-松紧滑套；18-单列向心球轴承；19-拨叉；20-拨叉轴；21-罩壳；22-调整螺母；23-半圆键；24-离合手柄；25-双头螺栓；26-骨架式橡胶油封；27-支架XY-4型钻机的升降机升降机又称为绞车或卷扬机。随钻机的类型和用途不同，配备升降机的数目不同，一般岩心钻机备有12个升降机，水文水井钻机备有23个升降机。钻机的升降机有主升降机和副升降机之分：主升降机用于升降钻具和套管；副升降机可用于起吊其它管材或重物，打捞绳索取心钻具内管，升降捞砂简、取土器等。在设计升降机时的要求是：在满足升降机工艺要求的前提下，应能最大限度地降低升降工序的机动时间和充分提高功率利用系数。要求升降机的结构与强度具有一定的超载能力。升降机的操纵位置应便于操作者观察孔口。同时升降机的布局应有利于排绕钢绳。结构简单。升降机的类型有：锥摩擦传动升降机、片式摩擦力合器传动式升降机、胀闸传动式升降机、液压传动式升降机、行星轮传动式升降机。其中，行星轮传动式升降机为典型的机构，下面以XY-4型钻机的升降机进行分析；按照传动原理，行星式升降机有两种类型，即定轴轮系传动型和行星轮系传动型。定轴轮系传动型定轴轮系传动升降机的结构如图1-4所示。卷筒与内齿圈固定连接，提升靠内齿圈带动。 图1-4定轴轮系行星式升降机结构示意图1-升降机轴；2-升降机传动齿轮；3-中心轮Za；4-行星轮轴；5-行星轮Zg；6-内齿圈Zb；7-卷筒；8-提升抱闸；9-制动抱闸；10-行星架行星轮系传动型 XY-4型钻机的升降机（图1-5）属于定轴轮系传动行星式升降机。升降机由卷筒、行星传动机构、水冷装置及抱闸组成。升降机轴19右端的花键部插入分动箱的轴齿轮的花键中；升降机轴19的左端通过水套轴8、单列向心球轴承11、支架13等支承在支架上；轴左端头是四方轴头，作为人力传动升降机轴用；卷筒用两盘313型轴承16、36支承在升降机轴19上。行星传动机构由中心齿轮24、游星齿轮32、内齿圈20等组成。中心齿轮以花键连接装在轴19的右侧。行星齿轮用两盘207型轴承30装在行星轮轴29上，行星齿轮共三组，均布安装在左右支架27上；行星轮轴的左右支架分别用一盘313型轴承36和两盘111型轴承26支承在升降机轴上；右支架27外侧用平键28与提升制动盘34联结，并用螺钉将端盖23固紧在支架右侧，防止提升制动盘外串，两个支架用3个均布的螺栓连接成一体。水冷装置由水套轴8、引水环9、压盖10、水管3及制动盘水套等组成。 图1-5XY-4型升降机1-制动抱闸；2-水管接头；3-水管；4-接头式压注油杯；5-骨架橡胶油封；6-档板；7-堵丝；8-水套轴；9-引水环；10-压盖；11-单列向心球轴承；12-水管接头；13-支架；14-内螺纹圆柱锁；15-骨架式橡胶油封；16-单列向心球轴承；17-孔用弹性挡圈；18-卷筒；19-升降机轴；20-内齿圈；21-密封盖；22-直通式压注油杯；23-端盖；24-中心齿轮；25-毡封油圈；26-单列向心球轴承；27-游星轮支架；28-平键；29-游星轮轴；30-单列向心球轴承；31-孔用弹性挡圈；32-游星齿轮；33-骑缝螺丝；34-提升制圈；35-提升抱闸；36-单列向心球轴承 参考文献1成大先。 机械设计手册。北京：化学工业出版社，20022杨惠民。 钻探设备。北京：地质出版社，19983冯德强。 钻机设计。武汉：中国地质大学出版社，19934屠厚泽。 钻探工程学。北京：中国地质大学出版社，19885武汉地质学院。 岩心钻探设备及设计原理，武汉：地质出版社，19806华北石油学院矿机教研室。 石油钻采机械。北京：石油出版社，19807颜刚，段现军，谷尤勇，杨斌。 钻井设备轴承失效形式及原因分析与判别。 石油矿场机械，2006，35（2）：9697 8武汉地质学院。 钻探设备设计。地质出版社，19829中国煤田地质总局。 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