對于一類液壓鉆機的回轉(zhuǎn)器的設(shè)計

1、液壓英才網(wǎng)英才網(wǎng)用心專注、服務(wù)專業(yè)用心專注、服務(wù)專業(yè)液壓英才網(wǎng)英才網(wǎng)用心專注、服務(wù)專業(yè)用心專注、服務(wù)專業(yè)上世紀80年代中期，全國有數(shù)十家煤田地質(zhì)勘探隊裝備了原煤炭部石家莊機械廠參照日本同類產(chǎn)品研制的TK3型液壓立軸巖芯鉆機，并以此機型作為主要的鉆探設(shè)備，運用于煤炭地質(zhì)鉆探金剛石鉆進、繩索取芯技術(shù)新工藝的試驗。但在使用中發(fā)現(xiàn)，該機型的液壓卡盤及操縱機構(gòu)，操作稍有不當(dāng)，極易產(chǎn)生液壓卡盤失靈、卡死主動鉆桿的故障，且現(xiàn)場難以修復(fù)，必須更換設(shè)備才

2、能恢復(fù)生產(chǎn)。即使是技術(shù)相當(dāng)熟練的操作人員也難以避免。由于事故頻繁發(fā)生，嚴重影響了鉆探施工效率的提高和施工安全。因此，大多數(shù)煤田地質(zhì)勘探隊因該機型存在的上述問題而棄置不用，造成巨大的浪費，甚至中止了金剛石鉆進、繩索取芯技術(shù)新工藝的推廣應(yīng)用。如何解決這一技術(shù)難題，重新啟用TK3型鉆機，我局組織技術(shù)攻關(guān)，提出了兩套改造方案。一、故障分析1、故障產(chǎn)生及狀況TK3型鉆機在進行變速、取芯、倒桿、加接鉆桿等操作時都必須停車。此時，當(dāng)立軸轉(zhuǎn)動未完全停穩(wěn)

3、時，如操作液壓卡盤，瞬間即發(fā)生主動鉆桿被液壓卡盤的卡瓦卡死的故障。要恢復(fù)回轉(zhuǎn)功能，只有松開回轉(zhuǎn)器頂部壓套，取下蝶形彈簧才能松開卡瓦。但此時因蝶形彈簧被壓縮，其壓力為37478KN，該壓力通過卡瓦導(dǎo)向座的斜面而產(chǎn)生增力，作用在卡瓦的徑向卡緊力約500KN左右。如此巨大的壓力，在現(xiàn)場是無法處理的，只有拆下回轉(zhuǎn)器，連同6米多長的主動鉆桿，運回隊部機修車間用專用機械才能修理。由此，既增加了修理難度、造成安全隱患、拖延工期還導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。2、

4、故障原因分析由回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)及工作原理可知，當(dāng)鉆機停止鉆進，液壓卡盤內(nèi)卡瓦與六方鉆桿側(cè)面保持一定間隙，此時若離合器帶車或其它原因使立軸轉(zhuǎn)動，立軸帶動卡盤體、卡瓦同時轉(zhuǎn)動，即使只轉(zhuǎn)過很小的角度(小于30)，卡瓦也會在極短的時間內(nèi)與六方鉆桿最大外徑接觸，鉆桿棱邊緊緊頂住并推動卡瓦，卡瓦被迫偏離正常的工作位置位移，卡瓦的斜面再推動導(dǎo)向座上升，使導(dǎo)向座超出正常高度而離開卡盤油缸的控制范圍，導(dǎo)致液壓卡盤失效。而導(dǎo)向座上升又迫使蝶形彈簧進一步壓縮，在蝶

5、形彈簧的巨大強力作用下，卡瓦咬死鉆桿，此時液壓卡盤已失效，操作液壓卡盤已不能使卡瓦動作。根據(jù)以上過程分析表明，故障的根本原因在于：卡瓦與六方鉆桿的平面位置不能相對固定并同步轉(zhuǎn)動，一旦卡瓦與鉆桿平面錯位，故障即發(fā)生，且時間極短暫，假定立軸每秒僅轉(zhuǎn)動一圈，那么相對鉆桿轉(zhuǎn)動30角度僅十二分之一秒。根據(jù)測算，僅需轉(zhuǎn)動1230′，鉆桿就能完全被擠死，其時間小于十二分之一秒，操作人員措手不及。TK3型鉆機的使用說明書要求：“松緊卡盤時，立軸必須停止

6、運轉(zhuǎn)”。由此可見，發(fā)生此類故障，人為的誤操作僅是外因，內(nèi)因是該設(shè)備客觀存在事故隱患。因此，要杜絕此類事故，只能消除設(shè)備內(nèi)部存在的缺陷，才能實現(xiàn)本質(zhì)安全。二、改進措施方案A：根據(jù)回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)及工作原理，只要確保立軸與主動鉆桿同步轉(zhuǎn)動，故障就不會發(fā)生。采取的措施是：在卡盤體與鉆桿之間加一個內(nèi)六方固定套，六方套與卡盤以花鍵配合，鉆桿通過內(nèi)六方套，三者形成一個整體，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動。原卡盤體底部內(nèi)圓為一組內(nèi)花鍵，花鍵上方有約80mm的空間，按原花鍵的

7、幾何尺寸向上延伸，與六方套外圓的花鍵配合，利用該空間即可裝配內(nèi)六方套。六方套材料為45#鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度達32度。方案B：根據(jù)原地質(zhì)礦產(chǎn)部探礦機械廠生產(chǎn)的XY5型鉆機立軸回轉(zhuǎn)器的工作原理，即在立軸上部裝有油壓卡盤，上卡盤油壓活塞上下移動，通過托架帶動齒條上下移動，再通過卡瓦座實現(xiàn)卡瓦的徑向移動，從而實現(xiàn)卡緊鉆桿或松開鉆桿的目的。采用整體XY5型鉆機的立軸頭換下TK3型鉆機蝶形彈簧的回轉(zhuǎn)器。在改造中應(yīng)注意：1、因XY5型鉆機的六方立軸

8、外徑Φ80與TK3型鉆機的六方站軸外徑尺寸Φ93不同，需要加工一條立軸導(dǎo)管。2、把TK3型鉆機活塞軸采用焊接方式，改變成階梯軸，實現(xiàn)TK—3型鉆機兩個油缸活塞階梯軸與液壓英才網(wǎng)英才網(wǎng)用心專注、服務(wù)專業(yè)用心專注、服務(wù)專業(yè)液壓英才網(wǎng)英才網(wǎng)用心專注、服務(wù)專業(yè)用心專注、服務(wù)專業(yè)XY5型鉆機橫梁螺栓聯(lián)接一體。3、改變分配閥油路，原TK3型鉆機的卡盤上下腔油管分別與XY5型鉆機的兩個卡盤油缸上下腔油管聯(lián)接。三、技術(shù)改造試驗效果1、方案A試驗效果(1

9、)用方案1改進后的TK，3型鉆機通過車間空載試車成功。(2)野外現(xiàn)場鉆進驗證，施工了兩個鉆孔，經(jīng)質(zhì)量驗收均為特級孔。終孔深度分別為69009米、567，72米。但施工中當(dāng)鉆桿在高速回轉(zhuǎn)時，如果立軸垂直度較差，在鉆桿離心力加上孔內(nèi)其他力的作用下，鉆桿極易產(chǎn)生劇烈擺動，此時鉆桿連接立軸并帶動卡瓦使整個卡盤體擺動，造成卡盤體底部與固定圈的聯(lián)接緊固螺栓被反復(fù)拉動而滑絲，個別螺栓甚至被拉斷，使卡盤體與固定圈分離。此時操作卡盤欲松開卡瓦時，油缸不是

10、推動導(dǎo)向座向上，而是推動整個卡盤向上位移，因而使卡瓦打不開。說明改進后雖然未頻繁發(fā)生故障，但仍存在一定的缺陷?？蛇M一步將12個螺栓由原直徑為10mm加大至12mm，并采用機械強度較高的機床專用內(nèi)六角螺栓，在立軸下端加裝一個內(nèi)六方定位套，用以限制鉆桿的擺動。2、方案B試驗效果(1)用方案2改進后的TK3型鉆機通過車間空載試車成功。(2)野外現(xiàn)場鉆進驗證，在不同的三個礦區(qū)施工六個鉆孔，終孔深度分別為9183米、60293米、257米、386