液压动力头岩心钻机可靠性分析

林宝新　薛军

摘 要 随着我国市场经济的不断发展，各行业的专业设备也逐渐向发达国家看齐，比如全液压动力头式岩心钻机在我国地质找矿行业上的普及应用。这就要求我们国内的生产厂家要运用较先进的设计、制造思路来适应此专用设备的快速发展。

关键词 动力头 负载敏感 模块 可靠性

中图分类号：P634.31 文献标识码：A

液压动力头岩心钻机在国内外得到广泛应用。液压钻机应在寿命周期内工作可靠，技术性能稳定，这是涉及面最广的综合质量指标。包括系统的可靠性设计，制造；元、器、辅、附件的可靠性；以及可靠性使用维护三方面。

1系统可靠性设计、制造

1.1满足功能要求

钻机设计首要的是最大限度的满足钻探需求。液压动力头岩心钻与机械立轴式钻机相比是全新的设计理念。液压动力头回转机构、液压缸长行程钻进系统、液压主卷扬机和取芯卷扬机组成的提升系统工作平衡减少孔内事故。钻塔能做大范围的钻孔角度调整，易于实现斜孔钻进，对钻探工作适应能力强。操作仪表化，设备运行和孔内情况可通过仪表反映出来，易实现自动控制，提高了安全保障。这种产品也应是我国岩心钻机的主流机型。

1.2液压系统

液压系统设计如何，是直接关系到液压系统能否满足钻机功能要求和适应钻进需要；有较高的传动效率且工作中正常运行的首要环节。一个拙劣的液压系统设计，是不可能获得正常运行效果的，更谈不上使用寿命了。钻机的液压系统多采用负载敏感液压回路。负载敏感液压回路是液压传动与控制领域内的一项革新技术，广泛用于工程领域以及其他机械设备的液压系统中。液压岩芯钻机的回转机构和升降机构中也采用了负载敏感液压回路。何谓负载敏感呢？简单的说，负载敏感系统是一种感受系统压力—流量需求且仅提供所需求的流量和压力的液压回路。负载敏感液压回路对钻探工况适应性强，真正实现了无级调速。没有溢流损失，热损耗小，传动效率高，节约能源。

1.3产品模块设计

产品模块设计（或称积木式组合设计）是当代工程机械设计的显著特征。模块设计表现在钻机的通用性部件或元件，均采用全球性能可靠，质地优良的市场定型产品，专用的部件均以采用标准模块型设计、加工。可以根据工程和客户需要进行互换和组合，这样即可缩短新产品的设计、研制周期，减少研制费用，又有利于确保产品质量充分，最大化利用社会各工业部门的优质技术产品优势，保证产品制造质量的可靠性。液压动力头岩心钻机由六个模块组成，柴油机、液压系统及操作台、动力头、钻塔及给进液压缸、主卷扬机及取心卷扬机、钻机底盘。这种模块化设计，便于产品系列化和变形设计。

2元、器、辅、附件的可靠性

液压钻机的动力源、控制部分和执行部分均由液压件完成，所以液压件是钻机的核心部分。其中某一件质量出现问题，关系到液压系统工作的可靠性和运行的稳定性，甚至整台钻机无法运行，使钻探工作延后工期，带来经济损失。

液压件属精密机械。如优良的轴向柱塞泵可长期在32Mpa高压，6000r/min的高速和连续在80℃高温下工作。并要有很高的容积效率和总效率。这就要求泵的运转零件除具有足够的强度、刚度外，还要有很高的尺寸精度和形位精度。一个压力阀心外径圆柱度公差为0.0005mm，棱边倒角最大R0.005mm，并要求保留尖边。实践证明阀心工作棱边的显微毛刺小至0.001mm也会影响伺服阀的性能，甚至阀心卡死，伺服阀失去工作能力。所以液压元件不是任何一个机械厂都能制造的。购进的元、器、辅、附件必须是诚信度高的液压专业厂，一般而论，名牌厂的产品质量佳，可信度差的工厂生产和产品会给整台设备带来麻烦。

现在选用液压件的渠道很多，可选用进口件，国外独资企业、中外合资企业和国产件。要保证钻机工作的安全可靠性。多投资也要购买世界名牌产品。液压件质量优秀就能保证在限定工况下，工作寿命期内产品性能的安全、可靠性。以及某些零件在高压下的强度和密封件的密封性能。

3可靠性使用维护

钻机正确使用与精心保养，可以防止机件过早磨损和遭受不应有的损坏，从而减少故障发生，可使设备经常处于良好的工作状态，发挥应有的功能，并能有效地延长使用寿命。

液压钻机的操作者和现场设备管理工程师、设备机修工程师必须有一定水平的液压传动知识和熟悉液压钻机工作原理、结构、性能。这些知识，一是靠平时的学习和工作实践的积累；另一方面要使用好一台新钻机要靠产品操作说明书。

操作说明书是钻机的一部分，它提供了关于钻机机组的性能、结构、操作、安全、维护、保养的知识。是操作员的培训教材，是操作员必须熟读、掌握的基本知识和技能。只有熟悉和掌握了钻机的基本知识，才能在安全的工作环境中把钻机操作在良好的状态下工作。不遵守安全规范，不执行钻机的操作步骤和附加说明，不及时维护和维护保养时间表安排来进行维护，会造成设备损坏和人身伤害事故。

参考文献

[1] 孙友宏，薛军，等.液压动力头岩心钻机设计与使用[M].北京：地质出版社，2011.

[2] 成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社，2008.