關于鉆井機械性能失效問題的研究

俞非

（江西省煤田地質局227地質隊，江西 吉安 343009）

前言

鉆井機械由于受工作壞境、地質、使用方法等諸多問題影響，會造成鉆井設備造成損壞或性能的失效。據統計有75%左右的零件都是因摩擦副的磨損而引起的。這些失效的零、部件，有相當部分是可以修復重新使用的。如何對機械設備進行科學合理的維修與保養，保證機械設備保持良好的技術狀態，是保障設備正常進行的基本手段。

1 鉆井機械性能失效問題的分析

1.1 零件因超載而發生局部變形

在用貓頭卸扣時，有時因卸扣力矩過大、絞車貓頭軸較長，而使貓頭軸發生彎曲變形。

1.2 疲勞失效

此類失效零件屬于不可修復件。例如軸類零件因疲勞產生裂紋或斷裂。

1.3 塑性變形

由于鉆井機械負荷重，沖擊大，在某些零件上發生擠壓塑性變形。例如鉆井泵的傳動齒輪，如果齒面硬度達不到設計要求，在長期重載作用下，則會發生擠壓塑性變形，久之，塑性變形超過標準，齒輪就失效。同樣，齒面硬度高，齒面會發生點蝕失效。

1.4 局部斷裂

由于鉆井機械經常要承受沖擊載荷，有時此載荷的峰值又很高，加之傳動中有的是硬連接。所以減速箱的齒輪副、鉆井泵中的齒輪傳動副、鏈傳動中的鏈輪和鏈條等，均會發生斷齒或斷軸的失效形式。

1.5 摩擦磨損引起的失效

由于摩擦磨損而失效的零件很多，下面舉幾個例子來說明：

（1）易損件類。氣胎式離合器、氣動端面離合器的摩擦片和摩擦鋼轂，帶剎車的剎車塊，以及氣離合器的氣囊等都屬于易損件。它們在工作過程中，磨損到一定程度則需換新，它是無法修復的。

（2）摩擦副中因磨損失效的鋼制件。各型鉆井絞車中，帶剎車的剎車塊與剎車轂是一對摩擦副。剎車塊是必須更換的易損件，而剎車轂當磨損量超過規定的標準時，可以通過埋弧焊等方法來修復。

（3）有相對運動的零件的摩擦磨損失效。機器運轉過程中，有相互作用并作相對運動的零件，不管潤滑條件有多好，總會發生磨損。例如齒輪傳動中的齒輪副、支承軸承，絞車中空轉鏈輪里的銅套與軸，絞車剎車曲軸與銅套，鉆井泵中十字頭與滑板、閥體與閥座等。

（4）在正常工作中，因載荷影響而產生的磨損。滾動軸承與軸，滾動軸承與殼體之間的配合，一般都是過渡配合，不應當發生相對運動。但由于裝配和固定中產生的誤差，特別是在重載荷和沖擊載荷的作用下，致使軸承發生跑內圓或外圓的現象，從而導致與軸承配合的軸頸和殼體孔發生研磨而損壞。例如減速箱、正車箱的主、被動軸；鉆井泵主動軸和被動軸的支承軸承部位，絞車三根軸的支承軸承部位，轉盤水平軸軸頸、負荷軸承配合部位等；大部分都是由于軸承跑內圓而把軸頸部位磨壞。但這些部位也可通過各種不同的修復方法使其恢復原來的尺寸形狀和表面性能。這類磨損的機件絕大部分是可以修復的。

1.6 其它失效形式

吊裝時，由于方法不正確，導致設備護罩發生較大變形。機房底座在搬遷過程中，由于拖拽造成的構件變形以及其它設備在搬遷中造成的誤傷等。

2 如何保持鉆井機械處在良好的工作狀態

2.1 建立健全維修制和責任制采用先進的維修手段

①建立健全設備定檢維修制和責任制。要有專人負責組織定期檢測，掌握機械設備的技術狀況，編制修理計劃，組織修理。機械修理單位要嚴格執行檢修規程，確保修理質量，縮短修理工期，降低修理費用。

②采用先進的維修體制和手段。對于現代化設備來說，不出故障是很難做到的，問題在于早期發現，防患于未然，事后維修方式很難做到這一點，其對發生事故難以預料，往往會造成設備的嚴重損壞。既不安全又延長了檢修時間，修理費用反而加大。

定期維修是以時間或工作量為基礎的預防維修，具有周期性的特點。定期維修不可能預防任何鉆探設備和系統存在的隨機故障，其檢修期遠遠小于最短故障期，因此可以保證不會出現設備損壞的嚴重故障，但是往往要使還能運行一段時間的設備停下來檢修，既減少了進尺又增加了維修費用，造成所謂“過剩維修”。

以狀態監測為基礎的預知維修不規定檢修周期，但是定期或連續地對設備進行狀態監測查明有無劣化或故障征兆，安排在必要時進行修理。它能在設備失效前檢測和診斷出所存在的故障，并可較準確地估計連續運行的可靠時間，因而設備使用壽命最長，意外停機事故最少，過剩維修受到控制，從而減少了備件消耗和維修工作量，也可減少因檢修而出現的人為故障 從而使維修費用最低。

應用診斷技術，實行以狀態監測為主的維修制度有以下幾個優點：1）避免過剩維修，防止因不必要的拆卸使設備精度降低，延長設備壽命；2）減少維修時間，提高生產效率和經濟效益；3）減少和避免重大事故發生，不僅能獲得巨大經濟效益，而且能獲得很好的社會效益；4）降低維修費用。

合理規劃大修。機械設備在大修后其性能恢復程度一次不如一次，大修周期越來越短，經濟上越來越不合算。設備大修理的次數是有限的，對大修理的確定要根據技術發展狀況的經濟界限進行綜合考慮。

2.2 建立健全保養制度，合理確定保養周期

2.2.1 建立健全保養制度。對機械設備實行定期保養是延長其使用壽命的關鍵。但不少施工單位到工期緊、任務重時忽視保養工作，認為機械設備在正常運行沒有故障，無須停下來進行保養，直到設備出現大的故障，甚至發生事故，這樣既增加維修費用，又耽誤工期。

施工單位應該采取定期維護、保養、檢查制，執行“養修并重，預防為主”的方針，嚴格執行每班保養、定期保養、巡回保養制度，并按各級保養規程執行，低級保養由操作人員進行，高級保養由維修人員會同機械操作工進行。只有保養做好了，機械出現故障的幾率下降了，延長了大修期，才能降低維修費用提高經濟效益。

2.2.2 合理確定維護保養周期。維護保養周期應根據機械設備使用維修的實際情況，收集使用維修的各種數據，分析機械設備各子系統的使用標準、故障出現的規律等多種因素綜合確定，其方法有概率統計法、技術-經濟分析法和維護作業統計法等。由于概率分析法確定的維護周期不能保證其單位總費用最小，應采用技術-經濟分析方法來確定機械設備的維護保養周期。

3 鉆機機械未來發展趨勢

我國的鉆井機和鉆井機機械單機多、成套少，通用機型多、滿足特殊要求、特殊物料的設備少。技術含量低的產品多，高技術附加值、高生產率的產品少;智能化設備還處于研制階段。

鉆井機各龍頭企業已經不滿足將產品出口到海外，紛紛把觸角伸向了海外投資。中國本土工程機械企業初顯大企業氣質；并購事件此起彼伏；國產挖掘機市場占有率達到23%；各大企業布局，搶灘土石方機械制造資源；打井機鉆井機汽車起重機行業事端不斷；鉆井機設備的功能和精度降低，甚至整機喪失使用價值。保持現場機械設備經常處于良好的狀態，提高利用率，延長使用壽命，是機械設備管理者追求的目標，也是企業提高經濟效益的需要。其組合并用電腦控制實現鉆進、升降鉆具和排放鉆具，使鉆井機出現無人或少人(1－3人)操作已成為現實并得到進一步的完善與推廣使用。密封形式也有了很大改進，鉆機機械由傳統的膠圈皮碗密封改由氣缸活塞環加膠圈直接密封，密封性能提高，密封件使用壽命延長，不用頻繁拆卸汽缸更換密封件，汽缸動作控制靈敏，準確，提高了鉆機操作的安全性。

[1]郭公喜.鉆井設備的大修與管理[M].石油大學出版社，1996年9月第1版.

[2]申志敏.鉆探機械設備維修保養經濟效益芻議[J].現代企業，2006-09-30.

[3]國務院關于加強地質工作的決定國發〔2006〕4號，2006-01-20.