救援车载钻机钻具自动拧卸系统研制及应用

救援车载钻机施工大直径救援孔时需要频繁起下钻具,钻具自动拧卸系统作为钻机起下钻拧卸钻具的重要组成,其拧卸效率和可靠性直接影响救援钻孔的施工效率与施工安全。针对目前矿山救援车载钻机孔口平台难以满足大直径钻具通过性要求、钻具拧卸自动化水平低等问题,研发可满足大直径钻具通过及快速对中、夹持、自动拧卸功能集成于一体的钻具自动拧卸系统。研制了可与钻机快速拆装的大开口液压孔口装置,可以实时监测和调节孔口装置的水平度,并且满足孔内钻具承载和不同工况的起下钻施工要求。研制了具有双导轨结构的钻具自动拧卸装置,可以实现液压吊卡起下钻和顶驱加装双臂钻具起下钻两种施工工艺。经过结构仿真分析、型式检验和现场工业性试验,最终形成一套大通径、结构紧凑、具有高负荷承载力,可实现手、自一体化一键上卸扣作业,满足850 mm集束潜孔锤起下钻要求的钻具自动拧卸系统,提高了钻具拧卸效率,为救援钻孔的快速施工提供了可靠的装备保障。     

全液压坑道钻机自动上、下钻杆流程设计

全液压坑道钻机配套钻杆以螺纹联接为主,上、下钻杆流程在很大程度上决定了钻机的工作方式。与人工上、下钻杆相比,自动上、下钻杆流程复杂、动作较多。运用对象模型的方法对自动接扣、卸扣流程进行了详细的解析。根据流程的特点增设一个可摆动的夹持器,实现螺纹联接按设计顺序拆卸,根据常规钻机的特点设计了一套自动接扣、卸扣流程,为钻机实现自动化提供了理论依据。     

煤矿井下自动化钻机研发关键技术

针对煤矿井下钻机以液压传动、功能实现为主的不足,结合未来钻孔施工"机械化换人,自动化减人"的需求,提出了采用整体式履带布局的自动化井下坑道钻机的设计思路,制定了钻机总体结构与方案,研制了主动钻杆式无卡盘回转器、夹持卸扣装置、自动调角和可控钻进的给进装置、自动加杆装置等关键执行机构,开发了参数监测系统和多功能电液控制系统。在地面进行了实钻试验,单根钻杆从自动加杆到钻进完成耗时约55 s,单根钻杆自动卸杆耗时约50 s,验证了钻机的技术性能,试验结果表明:自动化钻机性能可靠、功能完善、自动化程度高、工人劳动强度低。     

非开挖导向钻机中几种主要结构的设计

近年来非开挖钻机飞速发展,水平定向钻进及导向钻进技术在管道建设中占主导地位.着重介绍了目前国内外水平定向钻机的动力头传动和驱动方式,给进机构的给进方式,夹持-拧卸装置、底盘、钻杆装卸装置的机构,并分析了它们的优缺点.     

液压钻车钻杆自动装卸装置的设计

设计了一种小型液压钻车的自动装卸钻杆装置。该装置利用液压机械手,将钻杆从钻杆库搬运至动力头前,与钻杆夹持装置配合以实现钻杆的自动装卸。机械手能够在钻机导轨上移动位置,不干涉钻机钻进运动,提高了作业效率和安全性。     

自动钻机用夹持机构的结构及轻量化设计

通过分析自动钻机拧卸钻杆螺纹的过程,结合双夹持器的应用,研发了一种新型钻杆夹持机构,并分析了此种机构的特点和运动原理;利用理论力学的方法计算机构的最大夹持力,确定了油缸相应参数的选择;为了检验峰值卸扣载荷下夹持机构的结构强度特性,利用有限元分析软件进行校核,并考虑到强度与夹紧力条件,进行了轻量化设计。分析结果表明,此夹持机构的结构强度优良,可满足自动钻机的使用要求。     

对钻杆螺纹过早松旷而报废的初步分析

钻杆螺纹除了起连接作用外，主要是传递扭矩。但频繁的拧、卸却是钻杆螺纹磨损的重要原因。欲延长钻杆螺纹的寿命，除了提高钻杆接头的材质、加工精度及热处理工艺之外，还必须有合理的螺纹公差值和公差范围。这些数值的大小决定着钻杆螺纹拧卸回     

双管钻机夹持卸扣装置的有限元分析及优化

夹持卸扣装置是双管钻机的重要组成部分,主要用于夹持孔内钻具,配合回转器实现机械拧卸钻杆的功能,其性能的好坏将直接影响整机的性能、钻进效率以及钻孔质量等。为验证设计结构的功能和质量,缩短研发周期,提出应用ABAQUS软件对夹持卸扣装置进行有限元分析和优化。结果表明优化后的结构满足安全系数的要求,为夹持卸扣装置的结构设计和优化提供了借鉴,同时为双管钻机的整体可靠性提供了保障。     

煤层气车载钻机配套换杆装置的研制及应用

目前,煤层气车载钻机换杆大多采用人工辅助的方式,效率较低,且存在安全隐患。为提高换杆效率和操作安全性,开发了HG-2型换杆装置,该装置由车载钻机提供液压动力源,简化了结构并降低了使用成本;利用提升架完成钻具从地面到换杆装置平台的转运,工人劳动强度低;夹持器具有2个方向的浮动功能,保证拧卸钻杆时螺纹不受损伤。该换杆装置在晋城配合车载钻机完成了现场试验,满足钻杆及钻铤的换杆需求,提高了换杆效率,降低劳动强度的同时提高了安全性能。     

适应复杂煤层救援钻进工艺的钻具快速拧卸装置

针对煤矿事故中解救被困人员效率不高的钻井工艺问题,分析了影响快速钻进的因素。通过救援用车载钻机模块化和智能化技术,开发了一种钻具快速拧卸装置;装置可支持多种规格直径钻具快速通过并实现了节省辅助作业时间的高效对中、夹持、自动拧卸功能。对模块化平台的具体机械结构进行了优化,采用了井口平台自动调平策略,形成了一键自动化拧卸装置;快速拧卸钻具装置可与主机快速拼装,实现了节省救援时间,快速钻具拧卸的目的。     

煤矿坑道钻机自动加卸钻杆装置的研发

针对煤矿坑道钻机人工加卸钻杆安全性差、劳动强度大等现状,分析了煤矿坑道钻机自动加卸钻杆系统发展中的问题,开发了基于防爆PLC控制的自动加卸钻杆装置。该装置采用转轮式结构,利用机械手从转轮式杆仓中抓取钻杆,整个操作过程由手持式遥控器完成。该装置安装在钻机给进机身上,可以随机身进行变幅调角。测试结果表明,该装置具有适合各种倾角方位的钻孔、巷道适应性强、操作方便快捷、安全性高等特点,为煤矿坑道钻机的自动化升级提供了有效的技术支撑。     

动力头式钻机机械卸扣方式

钻孔效率取决于纯钻进时间及装卸钻杆等方面的辅助工作时间,采用合理的卸扣方式将缩短辅助时间,从而提高工作效率。介绍了动力头式钻机的几种机械卸扣方式及其结构特点、操作程序,其中包括先卸钻杆下扣的上扣防松器、活动提篮上扣防松装置以及先卸钻杆上扣的上垫叉座装置。     

ZDY23000LDK电液控制大功率定向钻机研制与应用

根据大功率定向钻机的市场需求和煤矿智能化的发展要求，提出了基于防爆电液控制技术的煤矿井下智能化大功率定向钻进装备解决方案。重点解决紧凑布局、关键部件设计、自动装卸钻杆、防爆电液控制等问题。研制了ZDY23000LDK智能化定向钻机，实现了施工过程的远距离遥控、自动装卸钻杆、参数监测等功能，提高了钻进装备的智能化水平，减轻了工人劳动强度，为“以孔代巷”大直径定向钻孔高效施工提供了装备保障。     

HG-2型车载钻机换杆装置研制

为解决车载钻机起下钻过程中工人劳动强度大、效率低、易造成安全隐患的难题,研制了一款全液压自动换杆装置。通过升降装置将钻杆抬升至给进机身钻杆托盘上,机身与底座、夹持器等配合车载钻机动力头完成加卸钻杆工作;操纵台安装于底座平移支腿两侧,形成了功能分割,实现了减员增效。针对现场工业性试验中动力头主动接头与钻杆对接烧扣的问题对夹持器进行了优化设计,增加了夹持器左右、上下2个自由度,构成了上扣过程中动力头主动接头与钻杆接头三自由度浮动,解决了丝扣烧结问题。     

基于自动钻机防冲卸压钻孔用的正反转钻杆的研究

根据自动钻机的无人操作钻机原则(钻机施工时,无人工干预钻机),研制了一种螺纹联接可正反转的钻杆,并通过试验表明:该钻杆能够配合自动钻机进行正反转施工,有效地自动解决自动钻机卡钻和抱钻事故,从而为煤矿井下钻场真正无人化奠定了一定的基础。     

水井钻钻杆接头结构型式及其拧卸方法的探讨

钻杆接头结构型式首先取决于拧卸方法，其次是采用什么样的提引器。从目前国产水文水井钻机情况看，钻杆的拧卸都是利用转盘进行的，但是由于拧卸机构各不相同，因而出现钻杆接头和提引器达三、四种之多。这和岩心钻探、工程地质钻探、石油钻探相比，应该说是一个比较大的问题。如果这个问题不解决，一是不能组织专业化生产、保证加工质量；二是给用户带来许多麻烦；三是给以后钻机配套出口造成困难。能否改变一下目前的拧卸方法，使钻杆接头和提引器尽可能地统一起来？对此，谈谈自己的意见。     

煤矿用自动控制钻机钻杆箱的研制

针对现有钻机操作复杂,工人劳动强度大的问题,通过对比整体式钻杆箱与回转式钻杆箱的优缺点,研制出分体抓取式钻杆箱。抓取钻杆机械手及分体抓取式钻杆箱可以将钻杆箱内水平放置的钻杆抓出,送到主机对应的位置,完成自动上钻,亦可将主机拆卸下的钻杆放回钻杆箱。以自动控制钻机为例,阐述了该钻杆箱的结构及研制过程。通过实验室及现场试验验证,结果表明,该钻杆箱自动化程度高,性能可靠,可满足自动钻机自动装卸钻杆的要求,可为同类钻机的研制提供依据和参考。     

钻杆库机构设计及其控制系统研究

研制了一种新型陆地浅层取样钻机用钻杆自动传送系统。在钻进过程中需要装卸钻杆时,通过旋转盘机构将钻杆从库中依次移出,钻杆夹紧机构将其夹紧,再由钻杆输送机构输送到动力头部位。整个过程实现自动化控制,无需工人参与。     

全断面电控钻机加杆装置及控制系统北大核心

设计了全断面电控钻机加杆装置及控制系统。装置的机械臂装置,实现钻杆的自动输送与辅助上扣功能,解决人工加杆及辅助上扣时的安全问题;装置的钻杆仓,具备钻杆储存、队列式运动及便捷补杆功能,解决了人工频繁搬运钻杆,劳动强度大且及安全性低的问题;装置控制系统的防误操作逻辑控制回路,消除了误操作可能引起的机械碰撞问题;装置控制系统的单工况限压回路,解决了上扣时最大需求负载依靠经验难以判断的难题;装置控制系统的加杆电控既实现了加杆全流程的顺序逻辑控制,又实现了加杆与钻进动作互锁,进一步提高电控操作安全性。全断面电控钻机加杆装置,可实现一键加杆与自动上扣功能,填补钻杆便捷,与人工加装钻杆相比效率提高,安全性显著提升,工人劳动强度明显降低,消除了误操隐患。     

ZDY850LK煤矿坑道用远控钻机

ZDY850LK钻机是为适应深部和松软突出煤层等资源生产而设计的一款新型煤矿坑道钻机,该钻机以突破煤矿井下坑道钻机远控技术为核心;重点研究了钻杆自动装卸、钻机状态监测、远程操作控制3项关键技术,开发出配装国产坑道钻机的状态监控与操控系统。试验表明该钻机可以很好地实现钻杆自动装卸、钻机状态监测、远程操作控制。