AY型鉆塔液壓起落裝置的研制

摘 要：陜西省煤田地質(zhì)局為了完善企業(yè)管理，樹(shù)立地勘單位形象，建立標(biāo)準(zhǔn)化井場(chǎng)，保證野外安全生產(chǎn)，對(duì)AY型鉆塔提出了液壓起落裝置要求，通過(guò)相關(guān)技術(shù)論證，從AY型鉆塔的結(jié)構(gòu)、液壓油缸的設(shè)計(jì)論證，試驗(yàn)起落裝置中油缸的同步性等方面取得了較好的效果。該裝置通過(guò)野外安裝施工，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：AY鉆塔 液壓油缸 液壓起落裝置

中圖分類(lèi)號(hào)：TE9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（c）-0107-02

A型鉆塔傳統(tǒng)的起塔方式是通過(guò)絞車(chē)羊角架、吊車(chē)或拖拉機(jī)羊角架起塔，豎立后四周用地錨鋼絲繩固定，落塔采用絞車(chē)羊角架或吊車(chē)，但在這一升降過(guò)程中人為因素、鋼絲繩被拉斷及地錨被拔出，都會(huì)造成事故。陜西省煤田地質(zhì)局2010年經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議精神指出，按照“方便搬運(yùn)，堅(jiān)固耐用的要求，配備必要的生產(chǎn)、生活和文娛設(shè)施，逐步改善野外一線職工生產(chǎn)工作的條件，樹(shù)立地勘單位新形象”“建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化井場(chǎng)”的要求和“關(guān)于2010年安全生產(chǎn)工作的意見(jiàn)”。為解決鉆塔安全起落問(wèn)題，配合陜西省煤田地質(zhì)局屬各勘探隊(duì)進(jìn)行鉆探裝備的技術(shù)改造，設(shè)計(jì)生產(chǎn)鉆塔液壓起落裝置。

因?yàn)槭羌夹g(shù)改造，能借鑒配套成型產(chǎn)品少，我們通過(guò)跟大專(zhuān)院校科研人員和相關(guān)企業(yè)科研人員的交流、探討，自己鉆研、摸索，自行研制了AY型鉆塔液壓安全起落裝置。

1 AY型鉆塔主要技術(shù)參數(shù)

AY型鉆塔主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 液壓起落裝置參數(shù)的確定

液壓缸載荷計(jì)算：

塔架起升過(guò)程中主要受重力轉(zhuǎn)矩，分析塔架在水平位置起升時(shí)所參照樣本，油缸工作壓力定為18 MPa，選缸徑D=140 mm，在額定工作壓力下大于253555牛，符合選用要求，桿徑按最大速比選取。

井架液壓起升三鉸接點(diǎn)A、B、C位置如圖所示。

當(dāng)井架處于近水平位置時(shí)CB=2290；

起升到垂直位置時(shí)BC1=3884；

油缸行程為BC1-CB=1594；

2290-1594>518（標(biāo)準(zhǔn)油缸選定系數(shù)）符合140缸徑油缸；

選樣本最大行程L=1750。

此油缸伸出安裝距和伸出最大距離均在要求范圍內(nèi)，符合行程需求，最終確定油缸型號(hào)為HSGK01-140/110×1750-E2501。

2.1 受力分析及理論計(jì)算

以17.5 m鉆塔為例。

（1）液壓起塔時(shí)油缸推力。

受力圖1如下。

在鉆塔起落時(shí)，鉆塔圍繞塔底銷(xiāo)孔轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)圖示的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向?yàn)?，則起塔舜時(shí)鉆塔合力矩滿(mǎn)足條件是：

鉆塔在均勻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)合外力為零：ΣF=0

鉆塔理論重量為：T；通過(guò)（1）（2）（3）式解得：

N≥173.08 kN；Nx=23.296 kN；Ny=167.183 kN

在起落鉆塔過(guò)程中，隨著鉆塔高度增加，鉆塔重心靠近鉆機(jī)方向，重力臂越來(lái)越小；所以起塔瞬時(shí)N值是起落塔過(guò)程中的最大值，當(dāng)油缸推力大于N時(shí)，基本實(shí)現(xiàn)液壓起塔，考慮動(dòng)載荷野外風(fēng)載荷因素，適當(dāng)選擇安全系數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)安全液壓起落鉆塔。

（2）確定油缸尺寸（選型）：油缸活塞設(shè)立圖見(jiàn)圖2；油缸有效伸長(zhǎng)見(jiàn)圖3。

一級(jí)油缸尺寸：一級(jí)推力Nx=F1S1-F2S2。

則當(dāng)活塞往返速度相同時(shí)，取d=0.71D，設(shè)d=75 mm，

則S1=π（D/2）2=8759.43 mm2；S2=π（D2-d2）/4=4343.80 mm2

設(shè)油缸額定壓力18 MPa，背壓1 MPa，則Nx=153.33 kN≤N，無(wú)法起塔。

設(shè)油缸額定壓力20 MPa，背壓1 MPa，則Nx=188.36 kN≥N，安全起塔。

油缸有效伸長(zhǎng)尺寸：根據(jù)起塔1∶1繪圖說(shuō)明，油缸體未伸出時(shí)有效長(zhǎng)度為1100 mm，完全伸長(zhǎng)后的有效長(zhǎng)度為≥2800 mm，符合起塔尺寸要求。

（3）鉆塔起塔受推力截面的剪應(yīng)力與彎曲變形：通過(guò)橫截面計(jì)算，剛體類(lèi)似懸臂梁，起塔不會(huì)彎曲變形。

（4）底架前方加長(zhǎng)及配重。

設(shè)底座前方超出鉆塔連接鉸耳中心2.0 m，既方便做油缸庫(kù)，又能液壓起塔時(shí)底座受力平衡減少配重。底座力矩平衡方程：

Tx=-1.97T=-19.7 kN，設(shè)計(jì)一體化塔臺(tái)安裝后，安裝一體化底座足夠起塔時(shí)的配重平衡要求，無(wú)需增加配重。

3 液壓起塔時(shí)液壓系統(tǒng)主要參數(shù)表

液壓系統(tǒng)主要參數(shù)見(jiàn)表2。

4 AY型鉆塔液壓起落裝置的應(yīng)用

AY系列定向施工液壓鉆塔結(jié)合地質(zhì)勘探施工實(shí)際，力求做到結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)合理。目前已在北京、河北、山東、吉林、新疆、寧夏、湖北、湖南、福建等地的煤田地質(zhì)勘探、有色金屬礦勘探以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探方面得到廣泛應(yīng)用，并出口到蒙古國(guó)進(jìn)行煤礦、有色金屬礦的地質(zhì)勘探，鉆塔強(qiáng)度、承載能力、靈活性、各角度下鉆進(jìn)都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（1）定向施工、斜孔鉆進(jìn)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，它可以根據(jù)巖脈分布、地形和施工取芯目的來(lái)選擇經(jīng)濟(jì)適宜的場(chǎng)地和斜度進(jìn)行鉆進(jìn)，AY系列定向施工液壓鉆塔與XY系列鉆機(jī)配套使用，使鉆機(jī)的適用性、可靠性得到了進(jìn)一步驗(yàn)證，使其良好的使用性能得到更充分的發(fā)揮，是XY鉆機(jī)配套的良好設(shè)備。

（2）AY系列定向施工液壓鉆塔與XY系列鉆機(jī)配套使用，可以實(shí)現(xiàn)垂直于巖脈的定向施工鉆進(jìn)，可以準(zhǔn)確探明礦藏儲(chǔ)量，同時(shí)縮小鉆進(jìn)深度，降低施工成本，滿(mǎn)足探礦工程施工需要。

（3）XY系列鉆機(jī)配套使用與AY系列定向施工液壓鉆塔配套使用，能夠節(jié)省人力、物力，提高施工效率，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)A型鉆塔液壓起落裝置的設(shè)計(jì)與安裝，在野外施工應(yīng)用，證明了起落鉆塔比較安全可靠，結(jié)合實(shí)際鉆臺(tái)配套塔臺(tái)一體化，滿(mǎn)足配重要求，經(jīng)模塊化設(shè)計(jì)，運(yùn)輸方便，安裝操作簡(jiǎn)易。

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