摘要:傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)在深孔作業(yè)時(shí)性能得不到保證，卡瓦打滑、鉆壓和扭矩?zé)o法控制等等，容易發(fā)生孔內(nèi)事故，導(dǎo)致平均臺(tái)月效率低、安全系數(shù)下降等諸多弊端。為了解決以上問題，本文介紹了在傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)的基礎(chǔ)上智能升級(jí)、優(yōu)化性能,部分控制及反饋參數(shù)的計(jì)算。

　　關(guān)鍵詞:立軸;鉆機(jī);鉆壓;效率;智能

　　機(jī)械工程師評(píng)職知識(shí)：機(jī)械維修相關(guān)論文發(fā)表指導(dǎo)

　　機(jī)械維修人員評(píng)職稱發(fā)表論文篇數(shù)是和級(jí)別密切相關(guān)的，評(píng)中級(jí)一般需要發(fā)表1-2篇省級(jí)刊物論文，評(píng)高級(jí)需要發(fā)表國(guó)家級(jí)，甚至是核心級(jí)論文。而且這也是評(píng)職時(shí)必不可少的資料，如果評(píng)職人員沒有任何的學(xué)術(shù)經(jīng)歷，那么也是可以發(fā)表論文的。

　　0引言

　　立軸式巖心鉆機(jī)在我國(guó)自20世紀(jì)60年代研制成功以來(lái),一直是我國(guó)地質(zhì)鉆探的主要機(jī)型,其特點(diǎn)是機(jī)械效率高,制造成本較低,鉆機(jī)拆卸方便,操作和維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單等。但傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)也有其不足之處,例如:給進(jìn)行程短,需要經(jīng)常停機(jī)倒桿;隨著孔深的增加，液壓卡盤夾持力不夠;抱閘式卷?yè)P(yáng)提升力不夠,勞動(dòng)強(qiáng)度大;轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍窄,不能無(wú)級(jí)變速;工作時(shí)平穩(wěn)性差，導(dǎo)致鉆頭壽命短，孔內(nèi)事故隱患多等。因此，立軸鉆機(jī)，特別是大型立軸鉆機(jī)在深孔作業(yè)時(shí)存在效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全系數(shù)低、成孔率低等問題。為了解決這些問題，在保持立軸鉆機(jī)優(yōu)勢(shì)的前提下，在傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行性能升級(jí)，增加智能化功能。

　　1傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)的常用結(jié)構(gòu)

　　這是目前立軸式鉆機(jī)上最常用的一種結(jié)構(gòu),其工作原理是:通過操縱(變速箱和分動(dòng)箱)的擋位來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，通常設(shè)定6個(gè)左右的擋位，實(shí)現(xiàn)定速輸出;通過操縱液壓閥來(lái)調(diào)節(jié)鉆機(jī)的給進(jìn)壓力、計(jì)算鉆具的總重量并調(diào)節(jié)給進(jìn)液壓缸的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆壓的控制，液壓壓力表反饋給進(jìn)液壓缸的壓力,計(jì)算得出鉆壓;通過操縱閘帶手把來(lái)實(shí)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的升降控制。這種鉆機(jī)操縱方式的缺點(diǎn)是:①操縱繁瑣，有時(shí)需要多人同時(shí)操作;②機(jī)械手柄式操縱，勞動(dòng)強(qiáng)度大;③鉆壓和扭矩?zé)o法精確控制;④數(shù)據(jù)反饋精度低，無(wú)法準(zhǔn)確判斷孔內(nèi)情況，容易發(fā)生操作失誤，造成孔內(nèi)事故;⑤操作人員與執(zhí)行元件近距離接觸，安全性差;⑥噪聲大,操作環(huán)境惡劣。

　　2傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)的智能升級(jí)

　　2.1電氣化提升鉆機(jī)性能

　　國(guó)內(nèi)的變頻電驅(qū)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在石油鉆機(jī)上，且已比較成熟,將其應(yīng)用到巖心鉆探，應(yīng)用到傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)上，可以解決立軸鉆機(jī)的一些性能問題。變頻電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于速度可以精確控制，只要選擇適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)參數(shù)和傳動(dòng)比，就會(huì)有足夠穩(wěn)定的輸出性能;而抱閘式卷?yè)P(yáng)是通過抱閘傳扭和制動(dòng)，抱閘的摩擦力由變化的摩擦系數(shù)和人工施加的壓力決定，所以應(yīng)用變頻電驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)可以克服抱閘式卷?yè)P(yáng)能力不夠、易失控等缺點(diǎn),而且可以大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)另一個(gè)不足是液壓卡盤打滑失控，引入變頻電驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)后，也可以解決這個(gè)問題。

　　利用變頻電驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)直接拖放鉆具,摘去卡瓦,通過一個(gè)傳扭套，將旋轉(zhuǎn)扭矩從原來(lái)的立軸傳到主動(dòng)鉆桿,即將原來(lái)的回轉(zhuǎn)器變成一臺(tái)小轉(zhuǎn)盤。鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器仍然利用原來(lái)的傳動(dòng)系統(tǒng)，將動(dòng)力端升級(jí)為變頻電驅(qū)動(dòng),配合常用與特殊情況下的幾個(gè)變速箱擋位,實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和精準(zhǔn)的扭矩控制。巖心鉆機(jī)所需的性能基本可以實(shí)現(xiàn)!但動(dòng)力分配還存在問題。傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)只有一臺(tái)電機(jī)，不能同時(shí)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)和卷?yè)P(yáng)，因此，要增加一臺(tái)送鉆電機(jī)。

　　要使整個(gè)鉆機(jī)作業(yè)安全穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，還需要總體控制系統(tǒng)的支持，以及部分執(zhí)行元件的配合，比如卷?yè)P(yáng)要增加液壓控制單元和安全制動(dòng)元件，要達(dá)到精確控制，還要有反饋功能，要使用各種傳感器，將信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)等等。

　　2.2計(jì)算控制及反饋參數(shù)

　　2.2.1鉆進(jìn)參數(shù)

　　為減少孔底事故的發(fā)生,必須掌握各種鉆進(jìn)參數(shù)并加以控制，重要的參數(shù)主要包括給進(jìn)速度、鉆壓、回轉(zhuǎn)速度和扭矩等。

　　2.2.2給進(jìn)速度計(jì)算

　　由于是通過送鉆電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)實(shí)現(xiàn)給進(jìn)!送鉆速度由卷?yè)P(yáng)滾筒旋轉(zhuǎn)速度和滾筒上鋼絲繩一周的長(zhǎng)度決定，而滾筒上鋼絲繩一周的長(zhǎng)度是隨鋼絲繩纏繞層數(shù)的不同而變化的!所以需要使用正確的算法以獲取比較準(zhǔn)確的送鉆速度。假設(shè)大鉤最低位置高度為“0”，編碼器計(jì)數(shù)為“0”,此時(shí)滾筒上鋼絲繩一周長(zhǎng)度為I,鋼絲繩每增加一層的長(zhǎng)度差為!(由鋼絲繩直徑?jīng)Q定)。

　　2.2.3鉆壓計(jì)算

　　鉆壓的計(jì)算方法通常是通過檢測(cè)死繩端的拉力F再乘以繩數(shù)A獲得鉤載值-，鉆具懸空時(shí)鉤載-1和鉆進(jìn)時(shí)鉤載-2的差值即是理論鉆壓-0。

　　2.2.4扭矩計(jì)算

　　鉆進(jìn)扭矩參數(shù)獲得相對(duì)比較困難，雖然有檢測(cè)扭矩的傳感器，但在鉆機(jī)上安裝扭矩的傳感器是不太現(xiàn)實(shí)的，我們僅能根據(jù)變頻器計(jì)算的輸出扭矩及機(jī)械傳動(dòng)比來(lái)推算。

　　2.2.5控制方式

　　通過這些鉆機(jī)參數(shù)的計(jì)算和反饋，由變頻控制中心集中接收處理，通過矢量閉環(huán)控制鉆機(jī)的扭矩、回轉(zhuǎn)速度、鉆壓、送鉆速度等,程序邏輯保護(hù)不過載;再增配攝像頭等監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)觀察井場(chǎng)及鉆塔二層臺(tái)的情況，參數(shù)和圖像反饋顯示到司鉆房?jī)?nèi)進(jìn)行集中化操控管理，避免不必要的鉆機(jī)作業(yè)事故�？刂浦行目勺x取鉆機(jī)作業(yè)各項(xiàng)參數(shù)，為以后作業(yè)提供數(shù)字化參考依據(jù),為改進(jìn)鉆機(jī)鉆進(jìn)工藝提供有力的數(shù)據(jù)支撐。此外,司鉆房電控操作大幅度降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　3結(jié)論

　　經(jīng)過XY-8型鉆機(jī)的電氣化改造廠內(nèi)試驗(yàn)，鉆機(jī)各項(xiàng)性能輸出穩(wěn)定，卷?yè)P(yáng)提升力、卡瓦夾持力、鉆壓控制、轉(zhuǎn)速輸出、扭矩控制等可以精準(zhǔn)控制和反饋，下一步將完成生產(chǎn)試驗(yàn),跟蹤完善設(shè)計(jì)，進(jìn)一步解決傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)在深孔作業(yè)時(shí)存在的各種問題。