AY型钻塔液压起落装置的研制

摘 要：陕西省煤田地质局为了完善企业管理，树立地勘单位形象，建立标准化井场，保证野外安全生产，对AY型钻塔提出了液压起落装置要求，通过相关技术论证，从AY型钻塔的结构、液压油缸的设计论证，试验起落装置中油缸的同步性等方面取得了较好的效果。该装置通过野外安装施工，达到了预期目标。

关键词：AY钻塔 液压油缸 液压起落装置

中图分类号：TE9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0107-02

A型钻塔传统的起塔方式是通过绞车羊角架、吊车或拖拉机羊角架起塔，竖立后四周用地锚钢丝绳固定，落塔采用绞车羊角架或吊车，但在这一升降过程中人为因素、钢丝绳被拉断及地锚被拔出，都会造成事故。陕西省煤田地质局2010年经济工作会议精神指出，按照“方便搬运，坚固耐用的要求，配备必要的生产、生活和文娱设施，逐步改善野外一线职工生产工作的条件，树立地勘单位新形象”“建设标准化井场”的要求和“关于2010年安全生产工作的意见”。为解决钻塔安全起落问题，配合陕西省煤田地质局属各勘探队进行钻探装备的技术改造，设计生产钻塔液压起落装置。

因为是技术改造，能借鉴配套成型产品少，我们通过跟大专院校科研人员和相关企业科研人员的交流、探讨，自己钻研、摸索，自行研制了AY型钻塔液压安全起落装置。

1 AY型钻塔主要技术参数

AY型钻塔主要技术参数见表1。

2 液压起落装置参数的确定

液压缸载荷计算：

塔架起升过程中主要受重力转矩，分析塔架在水平位置起升时所参照样本，油缸工作压力定为18 MPa，选缸径D=140 mm，在额定工作压力下大于253555牛，符合选用要求，杆径按最大速比选取。

井架液压起升三铰接点A、B、C位置如图所示。

当井架处于近水平位置时CB=2290；

起升到垂直位置时BC1=3884；

油缸行程为BC1-CB=1594；

2290-1594>518（标准油缸选定系数）符合140缸径油缸；

选样本最大行程L=1750。

此油缸伸出安装距和伸出最大距离均在要求范围内，符合行程需求，最终确定油缸型号为HSGK01-140/110×1750-E2501。

2.1 受力分析及理论计算

以17.5 m钻塔为例。

（1）液压起塔时油缸推力。

受力图1如下。

在钻塔起落时，钻塔围绕塔底销孔转动，设图示的逆时针旋转方向为+，则起塔舜时钻塔合力矩满足条件是：

钻塔在均匀运转时合外力为零：ΣF=0

钻塔理论重量为：T；通过（1）（2）（3）式解得：

N≥173.08 kN；Nx=23.296 kN；Ny=167.183 kN

在起落钻塔过程中，随着钻塔高度增加，钻塔重心靠近钻机方向，重力臂越来越小；所以起塔瞬时N值是起落塔过程中的最大值，当油缸推力大于N时，基本实现液压起塔，考虑动载荷野外风载荷因素，适当选择安全系数，即可实现安全液压起落钻塔。

（2）确定油缸尺寸（选型）：油缸活塞设立图见图2；油缸有效伸长见图3。

一级油缸尺寸：一级推力Nx=F1S1-F2S2。

则当活塞往返速度相同时，取d=0.71D，设d=75 mm，

则S1=π（D/2）2=8759.43 mm2；S2=π（D2-d2）/4=4343.80 mm2

设油缸额定压力18 MPa，背压1 MPa，则Nx=153.33 kN≤N，无法起塔。

设油缸额定压力20 MPa，背压1 MPa，则Nx=188.36 kN≥N，安全起塔。

油缸有效伸长尺寸：根据起塔1∶1绘图说明，油缸体未伸出时有效长度为1100 mm，完全伸长后的有效长度为≥2800 mm，符合起塔尺寸要求。

（3）钻塔起塔受推力截面的剪应力与弯曲变形：通过横截面计算，刚体类似悬臂梁，起塔不会弯曲变形。

（4）底架前方加长及配重。

设底座前方超出钻塔连接铰耳中心2.0 m，既方便做油缸库，又能液压起塔时底座受力平衡减少配重。底座力矩平衡方程：

Tx=-1.97T=-19.7 kN，设计一体化塔台安装后，安装一体化底座足够起塔时的配重平衡要求，无需增加配重。

3 液压起塔时液压系统主要参数表

液压系统主要参数见表2。

4 AY型钻塔液压起落装置的应用

AY系列定向施工液压钻塔结合地质勘探施工实际，力求做到结构紧凑，设计合理。目前已在北京、河北、山东、吉林、新疆、宁夏、湖北、湖南、福建等地的煤田地质勘探、有色金属矿勘探以及地质结构勘探方面得到广泛应用，并出口到蒙古国进行煤矿、有色金属矿的地质勘探，钻塔强度、承载能力、灵活性、各角度下钻进都满足设计要求。

（1）定向施工、斜孔钻进的应用范围越来越广，它可以根据岩脉分布、地形和施工取芯目的来选择经济适宜的场地和斜度进行钻进，AY系列定向施工液压钻塔与XY系列钻机配套使用，使钻机的适用性、可靠性得到了进一步验证，使其良好的使用性能得到更充分的发挥，是XY钻机配套的良好设备。

（2）AY系列定向施工液压钻塔与XY系列钻机配套使用，可以实现垂直于岩脉的定向施工钻进，可以准确探明矿藏储量，同时缩小钻进深度，降低施工成本，满足探矿工程施工需要。

（3）XY系列钻机配套使用与AY系列定向施工液压钻塔配套使用，能够节省人力、物力，提高施工效率，取得了良好的社会效益和经济效益，具有广阔的应用前景。

5 结语

通过对A型钻塔液压起落装置的设计与安装，在野外施工应用，证明了起落钻塔比较安全可靠，结合实际钻台配套塔台一体化，满足配重要求，经模块化设计，运输方便，安装操作简易。

参考文献

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[2]许平勇，卫国爱，潘玉龙.液压翻转举升机构支点的设计[J].机械设计与制造，2005（11）.