探讨水平定向钻机动力头旋转速度控制方法的改进

张亮

摘要：目前的水平定向钻进动力头的控制系统中，通常只含有一个运行速度控制档位，这就导致系统运行中，只能够保持一个速度运行。基于对水平定向钻进动力头运行原理的分析，本文探讨了该结构的速度控制方法的改进模式，从而让该结构在后续的运行过程中，可以通过专业化的调整方法，让整个系统系统可以按照多种旋转速度参数运行。

关键词：水平定向钻进动力头;旋转速度;控制方法

引言：水平定向钻进动力头的运行过程，其可以在目前的系统运行中，通过传动结构，实现对于多个运行参数的分析工作，之后使得该动力头可以在水平方向上向前和向后运行。在实际的操作过程，实际上整个结构上只含有一个档位，且在不同的质地土层钻探过程中，会通过对于该结构的处理与控制，虽然能够适应一些特定类型的土层，但是并不能适应所有质地的区域。

1水平定向钻进动力头旋转速度控制原理

1.1系统控制方法

在水平定向钻进动力头的运行过程，要根据被钻孔区域的质地、厚度等信息，控制该设备的运行参数。从系统的整体运行原理上来看，水平定向钻进动力头被安装于钻探架上，之后在运行过程中，钻头可以在钻探架上向前和向后移动。在动力头的前端，会在钻铤上安装钻杆结构，使用旋转泵带动马达转动，让其带动钻铤设备，并实现钻杆的正向与反向旋转[1]。在实际的钻孔工作中，操作人员通过向前和向后旋转控制手柄，则可以让动力头的钻铤结构旋转，至于旋转的速度，则和手柄向前与向后的运行行程相关，其中控制手柄的S端输出控制电流，其参数越大，则控制电磁阀的阀芯运行距离越长，在旋转泵内部，斜盘的摆角越大，旋转泵排出的液压油也越多，则转速的控制马达转速越大。

1.2系统改进目的

水平定向钻进动力头的当前控制过程中，该设备上只存在一个档位，这意味着整个系统的可控性较低。在目前工作中，对于土质松软的土层，操作人员可以加快动力头的旋转速度以及推拉速度，当遇到硬土质或坚硬的岩石时，操作人员可以放慢动力头的旋转速度以及推拉速度。对于单个档位的转速控制系统中，难以控制该动力头和钻杆的运行速度，对于土壤中含有较多淤泥、流砂层、岩石层以及卵石堆积层结构来说，在水平定向钻进动力头的控制过程中，难以实现对于所有这类土层的适应。对于结构较为复杂的土层结构来说，目前的钻孔施工体系下，操作人员采取的方法只能是使用功能中等速度制作导向孔，之后开展扩孔操作，这对于手柄推拉控制方法来说，实际上难以满足不同类型土层的处理工作要求。

2水平定向钻进动力头旋转速度控制方法改进

2.1针对结构的改进

在钻机动力头的旋转速度控制过程中，要通过对于整个结构的分析，在其中增设控制开关，该开关的作用是，可以让整个结构的处理过程，借助该开关结构提高整个系统的运行速度。在该控制器中，可以将动力头的旋转速度信息输入到该系统中配置的控制器，之后借助控制器控制马达的旋转速度，则在动力头中配置的两个旋转马达可以形成多个速度的组合运行方案，之后让整个系统可以实现多个档位输出，则可以实现多个档位的输出。对于改进后的系统，对于其中配置的旋转马达，要在其中设置前置电路，且控制电路和控制器连接，该装置根据连接杆的操作角度，向两个马达传递不同的电力参数，该系统可实现自主性地运行，从而调整整个动力头的旋转速度。同时考虑到动力头也要能够实现反向旋转，也需要在其中配置电磁阀，作用是，反向旋转控制杆处于运行状态时，则电磁阀运行，向马达施加反向电流，整个动力头反转，并且速度可控。

2.2改进之后系统操作原理

2.2.1旋转高速开关的操作

钻机动力头的系统运行过程中，对于动力头中的钻杆、钻铤结构需要能够处于高速稳定的运行状态。在整个系统的结构运行过程，在其中配置高速开关，在操作时，该结构中的旋转主阀与旋转泵的端口链接，从而让旋转马达的电磁阀得到电力供应，则该结构可以运行;对于旋转手柄向前或向后操作时，则在具体的控制中，第一旋转马达可以与钻机动力头连接钻杆连接，让整个系统处于高速旋转状态;对于在其中配置的高速旋转开关，若操作时属于二挡状态，则控制电磁阀、旋转主阀和旋转泵端口同时接通，第一和第二旋转马达同时得到电力支持，两者共同作用下提高动力头的转速，此时对旋转手柄施加向前或者向后的操作时，则两个旋转马达保持同步性的旋转速度变化模式。

2.2.2旋转手柄的操作

在钻机动力头的具体控制過程中，会通过使用旋转手柄，分析在具体的处理过程中，该系统的具体处理方法。在具体的操作过程，通过对于各类开关运行状态的控制，已经可以对旋转马达的基础转速、控制方案、马达的旋转方向做出控制，则后续的系统运行速度控制中，则需要使用操作杆微调钻机动力头的速度参数。其中旋转手柄输出的电磁阀电流越大，则该系统的移动距离越大，则旋转泵的斜盘摆角增加，之后排出液压油增加，旋转速度加快。

钻机动力头的手柄从中间位置向前推进过程，则电流输出端输出的旋转泵控制电磁阀电流增加，旋转泵控制阀芯的移动距离增加，则旋转泵内部的斜盘摆角增大，旋转泵输出压力油增加，同时该系统中的其他相关参数增加，则在整个整个系统的运行过程，通过对于该信息的处理，让其他的各类器件可以按照该系统的处理方法，之后可以让该系统能够更好协调系统的运行速度。

钻机动力头的操作过程中，当旋转手柄是从中间位置向后拉动时，则在手柄的运行过程中，手柄向旋转泵的控制电磁阀输出电流增加，则可以让旋转泵控制该电磁阀的阀芯移动距离增加，且系统的斜盘摆角同时增加，在后续的处理过程中，旋转泵的排出液压油也会增加，之后让产生的电流信号反馈给反转动作的控制电磁阀，则反转电磁阀动作，之后让旋转马达处于反转状态，让钻机动力头也处于反转状态。

2.3系统改造成果

从系统的运行逻辑上来看，由于增设了钻机动力头的旋转速度档位，所以在整部设备的运行过程，可以更好根据该系统的调整方法，以顺应不同类型的土层结构，之后带动该系统的运行[2]。另外在系统的后续运行过程，发现整体上的系统控制难度相对较小，则可以在系统的具体操作中，当人员经过一段时间的培训之后，则已经可以完全按照该方法的处理模式、处理规格与具体的工作方案，科学控制该系统的实际运行参数，从而可以让整个系统可更好顺应具体的系统操作要求。

结论：综上所述，在钻机动力头的当前旋转速度控制工作中，由于整个系统中只存在一个固定性的档位，会导致其在具体的运行过程中，无法适应所有类型的土层结构。对于系统的调整工作中，可以在其中配备两台旋转马达，同时加入信号的处理平台，从而让该系统在后续的工作中，可以根据开关、操纵杆的同时处理，控制系统的运行状态。

参考文献：

[1]李静，王鹏，唐桂军.水平定向钻机动力头旋转速度控制方法的改进[J].工程机械与维修，2019（03）：63-64.

[2]李静，卢金龙，唐桂军.水平定向钻机动力头推拉速度及推拉力度控制方法的改进[J].工程机械与维修，2018（05）：54-55.