松軟煤層雙管鉆機夾持卸扣裝置的設(shè)計與分析.pdf

1、我國雖是一個以煤為主的能源消費大國，但由于地質(zhì)運動時期眾多大陸地塊的多次碰撞和俯沖，導(dǎo)致煤田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，鉆遇煤層賦存條件多變。目前我國除撫順礦區(qū)外，大多數(shù)煤層透氣性差，屬于松軟煤層。為解決在松軟煤層中施工困難、成孔率低、成孔深度淺等問題，近年來業(yè)界研發(fā)出了一套中風(fēng)壓空氣套管鉆進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)具有對孔壁沖刷小、攜帶巖粉能力強等特點，可以有效降低成孔難度、減少孔內(nèi)事故。中煤科工集團西安研究院配套該技術(shù)正在研發(fā)的雙管鉆機（即套管鉆機）既可由動

2、力頭帶動鉆桿和套管同時鉆進(jìn)，又可根據(jù)工況單獨鉆進(jìn)，這從根本上解決了孔壁坍塌造成套管下不到底的問題，進(jìn)一步適應(yīng)了大直徑長鉆孔的發(fā)展趨勢。
　　夾持與卸扣裝置是鉆機的重要組成部分，其功用是在鉆機正常鉆進(jìn)時，夾持孔內(nèi)鉆桿防止鉆具滑移；在加接或擰卸鉆桿時，與回轉(zhuǎn)機構(gòu)和給進(jìn)機構(gòu)相配合來完成擰卸鉆桿工作。隨著鉆機轉(zhuǎn)拖和鉆進(jìn)速度的提高，接卸鉆桿的工作時間隨之增加。因此，研究新型夾持與卸扣裝置，對于整機的性能、鉆進(jìn)效率以及鉆孔質(zhì)量等問題有著非常重

3、要的意義。故本文從傳統(tǒng)夾持與卸扣裝置為出發(fā)點，依托套管鉆機項目對夾持與卸扣裝置做了較為深入的設(shè)計與分析，主要研究工作如下：
　?。?）系統(tǒng)地研究了目前幾種傳統(tǒng)鉆機夾持器與卸扣器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及適用范圍，選擇了液壓松緊型頂端開放式夾持器結(jié)構(gòu)和雙缸對夾式液壓型卸扣器結(jié)構(gòu)，適用于雙管鉆機在松軟煤層鉆進(jìn)中的施工要求；
　　（2）對雙管鉆機上夾持與卸扣裝置的主要構(gòu)成進(jìn)行了設(shè)計，并對其關(guān)鍵零件進(jìn)行了理論計算及強度校核，最終選用的夾緊

4、油缸，強度安全系數(shù)n>1.5，完全可以滿足鉆進(jìn)現(xiàn)場的使用。選用的卸扣油缸，所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩大于鉆機的最大額定轉(zhuǎn)矩，保證鉆機卸扣時能擰開絲扣；
　　（3）利用有限元分析軟件ABAQUS對所設(shè)計裝置的關(guān)鍵部位進(jìn)行了強度分析，在其應(yīng)力應(yīng)變計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，對裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證其強度安全系數(shù)n>1.2，大大地提高了設(shè)計的安全性和可靠性；
　?。?）利用交互式三維建模軟件UGNX對夾持與卸扣裝置進(jìn)行三維模擬，并針對仿真進(jìn)行了模

5、型簡化。在建模過程中，通過虛擬樣機的裝配，檢查了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，不存在干涉問題；
　?。?）利用運動仿真軟件ADMAS對所設(shè)計的卸扣器裝置進(jìn)行了運動仿真，模擬了系統(tǒng)夾緊力、卸扣力和卸扣扭矩的變化情況，得出了卸扣器裝置關(guān)鍵部件的位移、速度曲線。得出卡瓦的徑向位移最大為0.0204m，夾緊最大速度為0.102m/s，張開最大速度為0.153m/s，滿足了夾持器能夠快速開合的工作要求。鉆機卸扣時的最大角速度為4.2972°/s，卸扣器