液压带压钻孔机的设计

王占武

摘 要：世界上绝大多数国家和我国的石油行业扳孔均采用原有技术开井方法：手工钻孔或火电焊切割。这两种操作方法危险性大，由于井内状况不熟悉，钻孔时易产生火花，容易造成爆炸及井喷等。本液压带压钻孔机进行集中控制，或实现工进、快进、快退、速度可调、保压等多种功能。全部采用无极液压调速，可调整出相应的切削速度、切削进给量以及钻杆的转速。

关键词：带压钻孔机；液压系统；离合器；油缸

1 主机工作原理及液压执行机构

本机构由液压系统、液压马达、减速箱、齿轮箱、旋转传动机构、液压缸、扭力安全离合器等元件组成。

其传动原理是用液压马达作为原动力，经三级减速后，由马达带动旋转传动机构将旋转动力传递到钻具上，由钻杆推进液压缸控制推力及其进给量，完成钻孔、排压工作。外设游动标尺直接可视，安全离合器随时可调，可根据钻孔大小、封堵厚薄调整钻杆进给量及扭矩力大小，以保证平稳、安全、顺利地完成钻孔工作。

该部分的工作顺序为：

1.1 快进

电机17得电，使泵16旋转，16通过滤油器18从油箱吸油，经过单向阀14，调节溢流阀15压力至25MPa，多余油液流回油箱。

扳动手柄13至通状态，油液进入缸9左腔，活塞杆伸出，通过轴承推动输出轴进给。右腔油液经换向阀13，3流回油箱，实现钻头快速进给。

1.2 工进

前面同上，阀13手柄扳至右位，阀3手柄到断位，油液进入液压缸左腔，右腔油液经阀13右位，阀6、阀4流回油箱，实现工进。

调整调速阀6开口大小即可得到不同进给速度，调整背压阀4的压力以防止钻头在突然钻透状态下，造成突进，钻头进给速度均匀，不受压力与流量影响。

1.3 快退

将阀13手柄换至右位，3手柄至通位，压力油进入油缸有杆腔，右腔油液经换向阀13、3流回油箱，实现快退。

2 板孔机钻头旋转方式

液压马达支路主要起板孔机输出轴旋转作用，提供单独液压动力源。并设有安全离合器装置，可根据实际钻孔的要求来调整切削扭矩力，确保钻头不折断。

该部分工作顺序如下：

（1）电机23得电，通过联轴器带动泵25旋转，油经吸油滤油器24吸油，出油经单向阀26通换向阀与溢流阀，调整溢流阀工作压力到12MPa，出油经调速阀22流回油箱，调节调速阀22，即可得到马达所需的不同速度。

（2）将马达油路手柄20扳至左位，油液带动马达19，马达前轴与减速箱连接，减速箱输出轴带动齿轮旋转，此齿轮与减速箱输出轴连接，进而通过安全离合器，带动钻杆轴旋转，从而实现钻头旋转。马达右腔油液流回油箱。通过调整调速阀手柄，可得到不同转速。

3 油缸的设计计算

初定油缸直径140mm、活塞杆直径70mm、油缸行程600mm、 初定液压系统压力25MPa。

油缸推力F=PA=P*πd2/4=250*3.14x142/4=384650N

4 液压系统主要技术参数的设计与选择

电压：380V；进给行程：600mm；额定工作压力：25MPa；液压马达排量：46.4L/min；旋转电机功率：11kW；进给油泵排量：14.5L/min；进给电机功率：7.5kW；钻孔直径：φ20～φ50 mm；切削进给量：0～10mm/min（无极调速）；钻杆转速：10～150r/min（无极调速）；安全离合器扭矩力：2000 N·m（可调）；电磁铁电压：24V。

5 液压带压钻孔机机械结构的设计

5.1 油缸活塞杆头部与减速机输出轴连接部分的设计

当油缸活塞杆伸出时，推动单向推力轴承与单列向心推力球轴承通过左连接套、右连接套，将推力传递给减速机输出轴，最终完成推动钻头的进给运动。

减速机连输出轴与右连接套通过螺纹圆柱销紧定，防止两者松脱。

5.2 安全离合器部分设计

安全离合器是当外力接近离合器所承受的最大扭矩力时，由于径向力作用使外扭矩变大，中间套与左法兰盘产生相对转动的力，进而将钢球回退，挤入中间套内，使离合器左右固定连接力消失，而连接钻头的钻杆15端不动，离合器的作用是起当外扭矩过大时，防止钻头折断。

6 液压带压钻孔机的试验及验收结论

分别做厚30、60、80mm板各两件。模拟现场工作状态，进行钻孔试验，实现工进、快进、快退、速度可调、保压等功能。在钻削过程中，无卡钻、折钻，及钻透过程中，速度不突进，即达到设计工作要求。

参考文献

[1]贾培起.液压缸[M].北京：科学技术出版社，1987.

[2]孙友宏.液压钻机设计[M].地质出版社，2011.

（作者单位：辽宁北辰液压气动有限公司）