定向钻机给进装置设计_赵雪锋.pdf

煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.2023050370引言瓦斯抽采是瓦斯治理的最有效手段，定向钻机在进行长定向钻孔施工时，能够精准控制钻孔施工按照预先设计的轨迹进行，提高钻孔的成孔率及成孔深度，有效减少开采前煤层中的瓦斯含量，保障煤矿安全生产的顺利进行。定向钻机主要由液压泵站、主机、履带车体、操纵台以及其他附件组成，各部件中的液压元器件通过高低压胶管连接，由泵站提供高压油，经操纵台控制阀组进入各执行机构，驱动执行机构按设计要求完成既定功能。给进装置是钻机联接调角装置、夹持器及动力头的重要部件，并为钻机钻孔施工提供给进力与起拔力。在处理孔内事故时，需要给进装置在匹配钻机最大回转转矩的情况下，提供尽可能大的起拔力，以保证钻机能够有效处理卡、埋钻等事故。1定向钻机给进装置方案设计目前，煤矿井下钻机给进装置常用的驱动方式有油缸链条给进、马达链条给进、油缸给进等。油缸链条给进方式由于给进、起拔力小，适用于取芯钻机，且结构复杂，不易维修；马达链条给进方式由马达提供驱动力矩，适用于炮眼钻机、锚杆钻机等小钻机；油缸给进时，作用力直接传递给钻机托板，给进、起拔力大，结构简单紧凑，易于维修。故本方案选用油缸给进方式，在外形尺寸允许的情况下，采用双油缸增大钻机的给进、起拔力。给进油缸按照固定方式可分为耳座缸筒固定、双活塞杆固定、铰轴缸筒固定等。耳座缸筒固定方式由于缸杆稳定性问题，适用于行程较短的场合；双活塞杆固定方式在同样的给进行程下能显著提高给进油缸的稳定性，适用于给进、起拔力较大的钻机；铰轴缸筒固定方式去掉了缸筒耳座，可减小给进装置的长度，但对加工精度要求较高。定向钻机给进、起拔力相对较大，考虑到油缸缸杆的稳定性，可选用双活塞杆固定方式，缸筒与钻机托板相联，缸筒带动托板从而驱动钻机动力头沿给进装置前后移动；油缸油口常设置在缸筒上，为解决油管移动问题，可将油缸油口设计在双活塞杆两端。煤矿井下工况恶劣，给进装置衬板过度磨损后会导致给进装置托板与导轨间隙增大，从而引起钻机施工时动力头的晃动。本方案采用V形导轨，可通过调整托板两侧螺栓补偿由磨损产生的间隙。为提高适用性，定向钻机采用多自由度变幅装置，增大了钻机的开孔高度及主轴倾角调节范围，但定向钻机给进装置设计赵雪锋（中煤科工西安研究院（集团）有限公司，西安710077）摘要：为提高钻机处理孔内事故的能力，给进装置采用2组给进起拔油缸，增大钻机的给进起拔力，在给进装置前、后端分别设计前、后稳固装置，同时针对多自由度变幅装置长定向钻孔施工中稳定性不足的问题，在给进装置上设计4组折叠式上下稳固装置，增强钻机长定向钻孔施工的稳定性。关键词：多自由度；给进装置；折叠式；稳定性中图分类号：TD421文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0116 02Design of Feeding Device of Directional Drilling RigZhao Xuefeng（CCTEG Xian Research Institute（Group）Co.,Ltd.,Xian 710077，China）Abstract:In order to improve the ability of the drilling rig to deal with accidents in the hole,thefeeding device adopts two sets of feeding and pulling cylinders to increase the feeding and pulling forceof the drilling rig,the front and rear stabilizing devices are designed at the front and rear ends of thefeeding device respectively.At the same time,in view of the insufficient stability of the multiple degreesof freedom luffing device in the long directional drilling construction,four groups of folding up anddown stabilizing devices are designed on the feeding device to enhance the stability of the longdirectional drilling construction of the drilling rig.Key words:multiple degrees of freedom；feeding device；foldable；stability116第44卷第5期Vol.44 No.5定向钻机给进装置设计赵雪锋是多自由度变幅装置存在多处铰接点，在长定向钻孔施工中，尤其是处理孔内事故时，稳定性不足，易晃动。针对该问题，本方案在给进装置前、后端设计了前、后稳固装置，在给进装置下方设计了4组折叠式上下稳固装置，增强钻机长定向钻孔施工时的稳定性。施工时，4组上下稳固装置展开进行稳固，两两之间设置连杆组件增强其刚性。运输行走时，4组上下稳固装置折叠，减小外形尺寸。钻机总图如图1所示，给进装置结构如图2所示。（a）钻机施工状态（b）钻机运输状态图1钻机总图图2给进装置1.托板组件2.调节螺栓3.V形块4.折叠式上下稳固装置5.前稳固装置6.V形机身7.连杆组件8.给进油缸9.油缸保护装置10.后稳固装置2参数计算考虑给进装置的整体布局，拟定给进油缸缸径D100 mm，杆径d=55 mm，给进油缸为双杆双作用油缸，给进、起拔力大小相等，钻机给进力、起拔力Fg=Fq=n1p1（D2-d2）4=206 531 N（1）式中n1给进油缸数量，取n12；给进装置传动效率，取=0.82；p1给进油缸最大压力，取p123 MPa。计算得出，给进力、起拔力约为206 531 N，取较小值200 kN。前、后稳固装置选用相同的2组油缸，油缸缸径D1=80 mm，杆径d1=55 mm，稳固油缸压力21 MPa，前、后稳固装置在钻孔施工时主要用来抵消给进装置的给进力、起拔力，故前、后稳固装置的作用力应不小于给进力、起拔力，即前稳固装置作用力Ff=FhFg=Fq（2）式中Fh后稳固装置作用力，N。前、后稳固装置作用力相等，即Ff=Fh=n2D124（3）式中n2前、后稳固装置油缸数量，取n2=2。计算得出，前、后稳固装置作用力为211 008 N，由式（2）知其大于给进起拔力，故满足设计要求。为便于加工制造，上下稳固装置缸径、杆径与前、后稳固装置相同，油缸压力也相同，根据式（3）计算得出，上下稳固装置单个油缸的作用力约为105 kN，取较小值100 kN。上下稳固装置顶紧巷道后，可产生的摩擦力Fm=n3fFd=240 kN（4）式中n3上、下稳固油缸数量，取n3=8；f煤与钢板的摩擦因数，取f=0.3；Fd上下稳固装置单个油缸作用力，Fd=100 kN。摩擦力为240 kN，大于给进、起拔力，说明上下稳固装置稳固有效，满足设计要求。3现场应用该定向钻机在焦煤赵固二矿进行定向钻孔施工，在使用过程中，给进、起拔力满足长定向钻孔施工要求，前、后稳固装置与上下稳固装置配合使用，稳固效果良好，未出现施工时主机晃动的问题。4结语现场应用表明，该给进装置可通过托板上螺钉调整衬板磨损后的间隙大小，方便有效，给进、起拔力能够有效配合长定向钻孔施工，稳固装置稳固可靠，能够提高钻孔施工效率，降低工人劳动强度。参考文献：1闫保永.ZYWL-6000DA型定向钻机给进机构设计与分析J.煤炭技术，2015，34(4):271-273.2姚亚峰,姚宁平，宋海涛，等.煤矿井下钻机长行程给进装置设计与分析J.煤矿安全，2022，53(3):150-155.3王天龙.综采工作面过断层钻机给进装置的分析与设计J.煤矿机械，2020，41(9):101-103.4阚志涛.煤矿用双臂探放水钻机给进机构的设计J.煤矿机械，2019，40(5):6-9.5孙保山.ZDY6000LD（B）履带式全液压坑道钻机J.煤田地质与勘探，2014，42(4):103-105.作者简介：赵雪锋（1987-），河南三门峡人，助理研究员，硕士，主要从事煤矿井下坑道钻机的研究与应用工作，电子信箱：zhaoxue-.责任编辑：张欣收稿日期：2022092212345678910117