XY-8DB立轴钻机绳索绞车排绳机构改进与应用.pdf

2 0 2 3年6月地质装备X Y-8 D B立轴钻机绳索绞车排绳机构改进与应用杨宽才1,曾石友1,杨雨濛2,孔二伟1,张锋1,薛善忠2,高杉2,张雅秋2(1.河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院,郑州 4 5 0 0 0 1;2.中地装(北京)科学技术研究院有限公司,北京 1 0 0 1 2 0)摘 要:随着国家深部找矿战略的实施,国内矿产勘查工作正向寻找隐伏矿、深部矿的方向转变。X Y-8 D B型电传动立轴钻机具备电液比例控制钻进参数,长行程送钻以及打捞和泥浆循环的D T C直接转矩控制等特点,使其相比传统立轴钻机在2 0 0 0 3 0 0 0 m的钻探施工中发挥更大的优势。随着钻孔深度的增加,原设计的绳索绞车的排绳机构出现了月牙滑块和丝杠异常磨损以及滚轮卡绳等问题,通过受力及结构分析,设计了新的排绳机构,改善了丝杠及滑块的受力状况,并通过表面处理增加了耐磨性,提升了该类设备在施工中的可靠性和安全性。关键词:立轴钻机;绳索绞车;排绳机构;往复丝杠中图分类号:P 6 3 4 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9 2 8 2 X(2 0 2 3)0 3 0 0 0 5 0 4T h e I m p r o v e m e n t a n d A p p l i c a t i o n o f a R o p e A r r a n g e m e n t M e c h a n i s m f o r W i r e l i n e C o r i n g W i n c h o f X Y-8 D B S p i n d l e D r i l lY A N G K u a n c a i1 Z E N G S h i y o u1 Y A N G Y u m e n g2 K O N G E r w e i1 Z HA N G F e n g1 X U E S h a n z h o n g2 G A O S h a n2 Z HA N G Y a q i u21 T h e F o u r t h G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n I n s t i t u t e o f H e n a n G e o l o g y a n d M i n e r a l B u r e a u Z h e n g z h o u H e n a n 4 5 0 0 0 1 C h i n a2 C h i n a G e o l o g i c a l E q u i p m e n t R e s e a r c h I n s t i t u t e C o L t d B e i j i n g 1 0 0 1 2 0 C h i n aA b s t r a c t W i t h t h e i m p l e m e n t a t i o n o f t h e n a t i o n a l d e e p m i n e r a l p r o s p e c t i n g s t r a t e g y d o m e s t i c m i n e r a l e x p l o r a t i o n w o r k i s s h i f t i n g t o w a r d s f i n d i n g h i d d e n a n d d e e p d e p o s i t s X Y-8 D B e l e c t r i c s p i n d l e d r i l l h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f e l e c t r o-h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l c o n t r o l o f d r i l l i n g p a r a m e t e r s l o n g s t r o k e d r i l l i n g a n d D T C d i r e c t t o r q u e c o n t r o l f o r f i s h i n g a n d m u d c i r c u l a t i o n e t c w h i c h m a k e s i t p l a y a g r e a t e r r o l e t h a n t r a d i t i o n a l s p i n d l e d r i l l i n 2 0 0 0 3 0 0 0 m d r i l l i n g c o n s t r u c t i o n W i t h t h e i n c r e a s e o f d r i l l i n g d e p t h t h e o r i g i n a l d e s i g n o f r o p e a r r a n g e m e n t m e c h a n i s m o f w i r e l i n e c o r i n g w i n c h h a s e n c o u n t e r e d s o m e p r o b l e m s s u c h a s a b n o r m a l w e a r o f t h e c r e s c e n t s l i d e a n d l e a d s c r e w a s w e l l a s r o l l e r r o p e j a mm i n g T h r o u g h f o r c e a n d s t r u c t u r a l a n a l y s i s a n e w r o p e a r r a n g e m e n t m e c h a n i s m h a s b e e n d e s i g n e d t o i m p r o v e t h e s t r e s s c o n d i t i o n o f l e a d s c r e w a n d s l i d e a n d s u r f a c e t r e a t m e n t h a s i n c r e a s e d w e a r r e s i s t a n c e i m p r o v e d t h e r e l i a b i l i t y a n d s a f e t y o f t h i s t y p e e q u i p m e n t d u r i n g c o n s t r u c t i o n K e y w o r d s v e r t i c a l s h a f t d r i l l r o p e w i n c h r o p e a r r a n g e m e n t m e c h a n i s m r e c i p r o c a t i n g l e a d s c r e w 收稿日期:2 0 2 2 0 8 0 7 作者简介:杨宽才(1 9 8 3-),男,勘查技术与工程专业,高级工程师,主要从事探矿工程相关工作,E-m a i l:1 5 7 0 9 9 0 8 6 q q.c o m。0 引言X Y-8型立轴钻机由于其具有结构紧凑、市场占有率大以及从业人员操作熟练程度高等特点,可满足N口径2 0 0 0 3 0 0 0 m深度资源勘探需求,随着国家深部找矿战略的实施,该类型设备再次成为行业关注重点。中国地质装备集团有限公司以X Y-8型钻机为基础,研制升级了电传动X Y-8 D B型立轴钻机,该钻机具备浅孔加压、深孔长行程送钻、电液比例控制等特点,大大提高了安全性、经济性以及施工效率1-4。X Y-8 D B型立轴钻机采用模块化设计,将主绞车与立轴回转分别进行独立变频电传动改造,为3 0 0 0 m绳索取心绞车设计增加了排绳机构,减少了深孔绳索取心绞车钢丝绳出现压绳、垒绳、咬绳等现象,为深孔绳索取心提供更高的安全保障5-7。5杨宽才等:X Y-8 D B立轴钻机绳索绞车排绳机构改进与应用第2 4卷 第3期绳索取心绞车是X Y-8 D B型立轴钻机的重要组成模块之一,从动力传输、收放绳作业以及钢丝绳强制排绳等都关系到取心作业的可靠性。影响排绳效果的因素有双头往复丝杠的结构、月牙滑块的结构强度、钢丝绳磨损、断裂后钢丝绳接头数量和形式等。本文通过对大量X Y-8型无排绳机构绳索绞车和X Y-8 D B型带滚轮式排绳机构的设备施工情况进行调研总结,发现无排绳的绳索绞车打捞钢丝绳出现断裂、毛刺现象的概率明显大于有排绳机构的,但滚轮式排绳机构在使用过程中也出现一些问题,所以根据实际施工需求提出了改造方案,通过改变月牙滑块导向和扶握钢丝绳的方式解决滚轮式排绳机构的问题,改善绳索取心绞车排绳效果,提高取心效率。1 问题分析绳索取心绞车主要负责正在回次结束时将孔底钻具内的岩心管打捞至地表,以供专业人员获得孔内的岩心进行分析,图1为X Y-8 D B型钻机绳索取心绞车示意图。图1 绳索取心绞车示意图F i g.1 S c h e m a t i c d i a g r a m o f w i r e l i n e c o r i n g w i n c h绳索取心绞车主要有投放打捞矛和提吊岩心管两种使用工况。在进行3 0 0 0 m钻深的打捞工作时,钢丝绳会被多层缠绕在滚筒上,而钢丝绳在缠绕回滚筒时,排绳机构需要克服钢丝绳的侧向力,该力受到顶部钢丝绳悬挂滑轮高度、滚筒宽度以及滚筒距离孔中心的距离影响。钢丝绳及排绳机构受力情况见图2。其中,绞车中心距离孔中心距离A=5 5 0 mm,钢丝绳挂点距离孔口高度H=2 5 m,滚筒有效长度L=9 6 8 mm。图2 钢丝绳及排绳机构受力图F i g.2 F o r c e d i a g r a m o f w i r e l i n e a n d r o p e a r r a n g e m e n t m e c h a n i s m设钢丝绳拉力为T,其垂直和水平分力分别为F1和F2,F1=Ts i n,F2=Tc o s。钢丝绳在F2分力的作用下会对排绳机构产生正压力,在正压力作用下月牙滑块与双头丝杠之间的摩擦阻力加大,加快月牙滑块的磨损和增大排绳机构的回转扭矩。此外,排绳机构受到侧向力F3,F3=T c o s,该分力会在钢丝绳达到滚筒最边缘时达到最大值,此时正处于双头丝杠运行至月牙滑块换向区间,F3分力导致月牙滑块寿命降低进而不能准确定位换向,这也使钢丝绳在滚筒上缠绕不均匀产生堆叠现象。图3所示的滚轮排绳机构在工作时通过两个扶握绳轮捋顺钢丝绳,因此在钢丝绳出现接头和绳结时会产生卡阻,不利于缠放工作。图3 滚轮排绳装置F i g.3 R o l l e r r o p e a r r a n g e m e n t d e v i c e2 排绳方案改进设计根据原X Y-8 D B型绳索绞车排绳机构出现的月牙滑块和丝杠异常磨损以及滚轮卡绳等问题提出新的改进设计方案。由于钢丝绳压在月牙滑块上对丝杠产生横向力F2,使丝杠产生弯曲变形,所以改进后的方案将导向杆移动至丝杠同侧,加强丝杠的抗弯强度。为解决双滚轮扶握钢丝绳时对绳卡和接头62 0 2 3年6月地质装备的卡阻,将握绳装置改为开式滚子,同时两个滚子之间的距离可调,缓解新旧钢丝绳直径变化和绳卡接头等直径变化引起的卡阻。改进后的绞车见图4。图4 改进后的绳索取心绞车示意图F i g.4 S c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e i m p r o v e d w i r e l i n e c o r i n g w i n c h原有结构月牙滑块装在丝杠和导