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改进KY-250D牙轮钻机液力大钳措施

作者 :朱庆建更新时间:2015-2-1

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 (马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司   安徽  马鞍山  243000)


摘  要:KY一250D型牙轮钻机,穿孔直径250 mm,标准孔深17.5 m。为了实现钻具的自动拆卸,减轻工人劳动强度,该机配备了一台液力大钳,安置在钻架小平台上,替代了原来依靠人工操作的B型吊钳,进一步实现了机械化操作。在实际使用中,该装置有时不能很好地完成卸扣作业,主要表现为:卡爪啃钻具,造成钻杆损伤。根据以上现象,有必要对液力大钳的受力情况进行分析,以便进行改进,更好地发挥其使用功能。笔者结合自身多年实际工作经验,参考大量文献资料,分析了KY - 250D牙轮钻液力大钳打滑和啃钻具的原因,并提出了改进措施,以其为有关KY -250D牙轮钻机使用者或维修者提供参考。

关键词:改进;KY -250D;牙轮钻机;液力大钳;措施。


一、KY -250D牙轮钻机液力大钳概述

1、液力大钳的机械构造

   液力大钳由支座、大臂、转臂、钳臂、卡爪及3个油缸组成,通过各部件的相互配合,使卡爪能够将钻杆可靠地锁住并旋转,完成卸扣作业。

2、液力大钳的液压控制

大钳由安置在司机室内的手动阀远程操作,在液压系统中为大钳的3个油缸共设置了4个顺序阀,分别控制3个油缸的动作顺序。其工作原理:当操纵杆前推时,A腔进油,首先由大臂油缸将大钳移到钻孔中心,使卡钳的两个卡爪与钻杆靠紧;然后当系统压力上升到8 M Pa时,顺序阀A联通,使抱紧油缸动作,推动钳臂将钻杆抱紧;最后当系统压力上升到12-17MPa时(实时调整),顺序阀B联通,使卸扣油缸推动转臂绕钻具中心旋转,依靠3个卡爪与钻具之间的摩擦力,将螺纹松开。螺纹松开后将操纵杆向后拉,B腔进油,抱紧油缸活塞杆首先缩回,松开卡爪,然后当系统压力上升到8MPa时,顺序阀C联通,卸扣油缸收回,最后当系统压力上升到10MPa时,顺序阀D联通,大臂油缸活塞杆缩回,大钳退回原位,完成一个动作循环。


二、液力大钳完成作业的力学分析

从以上工作原理中可以看到,要使液力大钳能将钻具的连接螺纹顺利松开,关键取决于两点:一是卸扣油缸B的推力与转臂产生的转动扭矩M1不小于使钻具螺纹松开的最小扭矩Mf;二是卡爪与钻具表面的摩擦力矩M2不小于使钻具螺纹松开的最小扭矩Mf。由此可见:转动扭矩M:远大于抱杆的摩擦力矩风。因此要使大钳正常作业,只要满足Mf≤610P。


Mf主要由螺纹旋合所产生。钻杆接头螺纹是圆锥螺纹,其最佳旋合位置应是内外螺纹基面重合时,两者端面贴紧。由于钻杆存在一定的加工误差与变形,特别是钻机工作一段时间后,在轴压及小车扭矩的作用下,螺纹的旋合力矩很大。根据经验数据,一般岭不大于回转小车最大回转扭矩的60% ,KY -250D钻机的最大回转扭矩为15000 N•m,所以,一般Mf≤9000 N•m。可见,要求系统压力P≥9000/610 =14.75MPa,因此,可将系统压力设定为P≥12-17MPa,具体可根据实际情况调定。


三、卡爪啃钻具的力学分析

在液力大钳的实际卸扣作业中,经常由于卡爪不能可靠地将钻杆锁住而造成打滑,从而造成对钻杆的损伤。设系统压力调定为17MPa,由上述分析可知,可见钻杆的抗压强度是足够的。但是,实际使用中,液力大钳的3个卡爪形成的圆及其与钻杆中心的重合度是有误差的,且卡爪与钻杆的接触面为平面,因此卡爪与钻杆的接触并不均匀,当接触面积小于35%时就会发生卡爪啃钻具的现象。


四、改进措施

1、对液压大钳的各部位进行调整,组装时严格按要求找准钻具中心,确保钳口工作时与钻具同轴;

2、改变卡爪的结构形式,将卡爪与钻杆的接触面加工成弧面,保证其与钻杆能够良好地接触,增大受力面积,从而提高钻杆表面抗压强度;

3、在组装钻杆时,根据情况在钻杆间加一块1.5~2 mm的钻杆垫片(Q235材料)。钻杆回转中,如果主要靠螺纹受力,而不是靠螺纹端面受力,就会越拧越紧,导致螺纹变形、卸扣困难,加上垫片后可以很好地解决这一问题;

4、根据实际使用情况合理调节顺序阀B的设定压力,在确保卸扣扭矩的前提下,适当调低顺序阀B的设定压力。

   实践证明,对液力大钳的技改措施是可行的,作业更加可靠,功效大大提高,降低了劳动强度,提高了机械化作业水平,为以后同类的技改创新积累了宝贵的经验。

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