溶洞（Ⅰ类）防卡钎液压系统设计与仿真研究

针对凿岩机执行钻凿工作时的第Ⅰ类“卡钎”溶洞卡钎工况时钎杆突然凿入溶洞使钎杆卡死的问题，提出一种防卡钎阀和防溶洞（Ⅰ类）卡钎液压控制系统。基于溶洞（I类）卡钎工况产生时凿岩机系统的变化情况，设计卡钎液压控制系统，详细描述该系统及防卡钎阀的工作机理；设计了防卡钎换向阀，控制两个液控口给凿岩机输送液压能，以实现凿岩机轻冲击和重冲击两种状态的施工需求，可快速有效预防卡钎事故、稳定可靠，并对该系统进行了详细地仿真分析。结果表明：系统回转液压马达的流量受系统节流阀孔通径的影响较大，受回转压力的影响较小；根据轻冲击时冲击能应尽量减小且重冲击时的冲击能应尽量取大值的原则，选择轻冲击控制节流阀和重冲击控制节流阀的通流孔径分别为2.3、7.5 mm时，系统有良好的凿岩效果，验证了防卡阀在预防防溶洞（第Ⅰ类）卡钎有较好的效果。该设计方案和所设计的液压控制系统为液压凿岩装备防溶洞卡钎技术提供参考。     

一种液压凿岩钻车智能防卡钎控制系统研究

液压凿岩钻车在高速凿岩时,经常会出现卡钎现象。以瑞典Atlas Copco公司先进的液压凿岩钻车FlexiRoc T35/T40为研究对象,分析了液压凿岩钻车的智能防卡钎系统。研究利用回转压力缓变情况下无级控制推进系统推进力及推进速度来预防缓变卡钻,利用回转压力突变信号控制推进系统回退来预防卡钻,阐述了利用吹渣压力突变信号控制推进系统回退来预防卡钻的智能防卡控制系统的工作原理。对国产液压凿岩钻车的防卡功能设计方面有一定的实际意义和借鉴作用。     

液压凿岩机气蚀损伤研究

<正>液压凿岩机是凿岩台车的主要工作装置,本文介绍液压凿岩机工作原理及产生气蚀原因,分析气蚀危害,提出减少发生气蚀的方法,为凿岩台车使用者提供帮助。1.液压凿岩机工作原理液压凿岩机设有旋转、冲击和缓冲3种功能,这3种功能的工作原理如下所述。(1)旋转动作液压凿岩机旋转工作原理如图1所示。凿岩台车输出的压力油进入旋转马达12,带动旋转马达12输出轴旋转,旋转马达12输出的旋转力经旋转轴10、齿轮9、旋转套3传递至钎尾1,带动钎杆和钎头旋转。     

液压凿岩机阀控液压马达转速伺服系统的建模与仿真

凿岩机中液压马达的转速一般情况下随实际工况的变化产生一定程度的波动,随着液压马达负载的增大,系统泄漏增加和溢流阀溢流增加,使得液压马达转速低于期望转速。如此凿岩效率降低且容易发生转钎卡死。基于独立旋转凿岩机的工作原理,为了使凿岩机转速稳定且可控,提高凿岩的效率,设计了凿岩机转速伺服控制系统,试图使凿岩机中的液压马达转速保持稳定且可控。通过AMESim对凿岩机内液压马达速度控制系统建模与仿真,结果显示新模型的响应速度、稳定性满足实际使用要求。     

液压凿岩机检测及故障排查方法

<正>液压凿岩机是凿岩台车的核心部件,用于凿岩作业。液压凿岩机性能的好坏,直接影响凿岩台车的工作效率、使用成本和使用寿命。本文讲述液压凿岩机检测及故障排查方法。1.检测方法检测液压凿岩机之前,先将液压测试仪连接在其冲击机构或回转机构的油路上,使液压凿岩     

单臂凿岩台车钎具磨损加快故障的排查

我部1台阿特拉斯·科普柯104型单臂凿岩台车在使用400h后,便频繁出现钎尾断裂或钎尾连接螺纹严重磨损故障,有时工作15h需更换一次钎尾。该故障发生时,伴有钎具连接套发热、回油管剧烈抖动现象,凿岩机作业效率明显下降。该凿岩台车由凿岩机、推进梁、大臂、底盘,以及液压、供气、供水和电气系统等组成。其凿岩机使用的钎具由钎头、钎杆、钎尾以及连接套组成,其中钎尾与凿岩机动力输出端连接,如图1所示。根据该凿岩台车工作原理分析,可能导致该故障的主要因素为凿岩机、推进梁上的机械传动装置及液压系统出现故障。为此我们按照先易后难、先机械后液压以及部件互换法逐项进行排查。     

第三次液压CAD与计算机控制学术讨论会论文摘要

液压凿岩机微机控制北京钢铁学院刘峰李大治毛信理张民友目前液压凿岩台车都由工人在工作面操作,不仅作业环境恶劣,劳动强度大,而且由于人工根据岩石性质调整机器的工作参数,难以达到钻孔速度最优。为此,笔者设计研制了一套由微机控制的液压凿岩机系统。作为研制的第一步,这一系统能够自动地控制凿岩机在其支架上的前进和后退动作,并能针对各种不同性质的岩石,实现自动寻找凿岩机最佳轴推力,从而在一定冲击功和回转速度下,使钻孔速度最快,同时,还能自动防止卡钎现象的发生。数字电液控制系统辨识、自适应CAD 软件包研制与实现初探大连海运学院徐铭李国栋本文讨论了所研制的系统辨识及自适应控制程序包的结构、功能及其特点。此程序包研究的对象     

液压凿岩机的钻孔纠偏控制系统分析及仿真研究

在液压凿岩机凿岩掘进过程中，钻孔深度及岩石负载等因素的变化会导致钻孔偏斜。针对此问题，提出一种液压凿岩机的钻孔纠偏控制系统，并详细分析该控制系统纠偏的工作原理，建立其控制系统的数学模型，揭示凿岩机推进系统的推进力与凿岩所需的轴压力之间的关系。在此基础上，构建液压凿岩机的钻孔纠偏控制系统仿真模型；对水平钻凿和垂直钻凿不同的岩石硬度工况进行仿真研究，得到液压凿岩机推进系统的轴推压力变化曲线。结果表明：在凿岩机钻凿过程中，钻凿岩石硬度的不同导致凿岩机推进油缸的回油压力产生较大变化，分析得出凿岩机推进系统的推进力与实际钻进过程所需的推进力不匹配是钻孔偏斜的主要原因，验证了液压凿岩纠偏控制系统的可行性和可靠性；为液压凿岩装备钻凿防偏斜技术提供了理论与技术支持。     

应力波法分析长、短活塞的液压凿岩机冲击性能

该文基于波动力学理论分析了凿岩机冲击过程中能量传递特性,针对同一型号双控式液压凿岩机两个长度不同的活塞,通过实验分别测试了凿岩机在低、中、高三个档位下钎杆应力谱、冲击能、冲击频率,最后得出凿岩机活塞能量利用率。经分析该型号液压凿岩机宜在18.0 MPa的冲击压力下选用短活塞来进行钻凿工作。     

浅析液压凿岩机冲击活塞及钎尾损坏原因

正液压凿岩机(以下简称凿岩机)结构比较复杂、配合精度较高,其零部件失效原因相当复杂。本文主要介绍液压凿岩机冲击活塞及钎尾损坏的原因,为液压凿岩机使用操作者提供避免冲击活塞及钎尾损坏、提高冲击活塞与钎尾使用寿命的方法。1.凿岩机概述凿岩机主要由冲击部分(壳体、缸体、蓄能器、换向元件、冲击活塞、缓冲活塞)、回转部分(回转马达、驱动轴、齿轮室、主动齿轮、驱动齿轮、花键套、钎尾)和注水箱等组成。以法国蒙特贝     

液压凿岩机和风动凿岩机的比较

通过液压凿岩机和风动凿岩机的比较,指出液压凿岩机具有能量利用率高、辅助设备少、噪音低、钻速快等特点,同时,也指出现有的凿岩机制造材质阻抗不匹配因而影响其能量利用率的提高。     

液力推进式钻井工具理论分析和流体仿真

大位移水平井钻井过程中,存在钻压难以控制和上部钻柱振动这两个主要问题,限制了水平段的进尺位移和钻进速度,应用液力推进式钻井工具可以一定程度上解决这些问题。对使用液力推进式钻井工具的性能进行理论分析,并应用“弹簧阻尼”模型进行简化分析。利用SolidWorks和Fluent软件对液力推进式钻进工具进行流体仿真,得到压力云图和速度矢量图,获得准确的钻进速度。最后,应用Fluent和MATLAB 软件对使用液力推进式钻井工具的钻进速度的影响因素进行分析并作出合理解释。     

潜孔钻机凿岩过程自动防卡钻理论与方案研究

自动防卡钻控制是潜孔钻机凿岩过程的一个关键控制技术,它直接影响机器的性能指标。本文在分析了目前已有的潜孔钻机防卡钻方案及其卡钻机理的基础上,提出了利用推进压力突然下降的信号控制推进系统回退来预防溶洞卡钻,利用回转压力的缓变信号无级控制推进系统推进力及推进速度来预防缓变卡钻和利用回转压力突变信号控制推进系统回退来预防裂隙卡钻的综合自动防卡钻控制方案,并对其控制规则进行了理论研究。本文所提出的潜孔钻机综合自动防卡钻控制系统稳定,能够实现自动预防各类卡钻控制,增强了钻机对复杂岩层钻进的适应能力。     

旋转冲击作用下凿岩机水封密封性能分析*

为探讨液压凿岩机冲洗机构水封在高频冲击和旋转运动复合作用下的泄漏情况,在分析钎尾冲击速度随时间变化规律基础上,通过求解广义雷诺方程分析密封区的流体力学特性,建立旋转冲击复合作用下凿岩机水封密封区膜厚及泄漏量的计算模型。基于ABAQUS分析冲击周期内变速度下的水封接触应力变化规律,分析不同流体压力、冲击速度幅值和转速对密封性能的影响。结果表明:最大接触压力的变化和内外行程有关,外行程最大接触压力随冲击速度幅值的增大而增大,随转速的增大而减小,内行程则相反;同时无转速时的最大接触压力明显小于有转速时的最大接触压力,外行程的整体的最大接触压力大于同位置内行程的最大接触压力;冲击速度幅值越大,一个周期内的实时泄漏量和净泄漏量越大;不同转速下的实时泄漏量比较接近,转速越大,净泄漏量越小,表明在一定的范围内提高转速有利于提升水封密封性能;随液体压力增大最大接触压力变大,实时泄漏量变小,而净泄漏量先变小再变大,表明在中等压力下水封的密封性能更好。     

硬地层单牙轮-PDC钻扩联合钻头破岩特性

提出了新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头,先依靠单牙轮破岩钻孔,释放地应力,产生岩石损伤,再助推PDC钻头刮切破岩。运用有限元法,建立钻扩联合钻头、双级PDC和常规PDC钻头破岩的非线性动力学模型。通过对岩石本构关系进行D-P准则描述以及确定岩石破碎的判据,分析钻扩联合钻头钻进硬地层的破岩机理,开展了3种钻头动态破岩过程的对比研究。结果表明：钻扩联合钻头在钻进过程中井底井壁的岩石应力得到明显释放,大大提高了岩层可钻性;在硬地层中钻扩联合钻头钻进速度提高的主要原因是拉应力破岩;钻扩联合钻头在硬地层钻进过程中的扭转振动大大降低,破岩效率更高,钻头寿命更长;由于单牙轮领眼破碎岩石的作用,钻扩联合钻头对井底岩石的冲击破碎能力更强,在硬地层中钻进更快。研究结果为新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头的研发提供了参考。     

全液压钻机给进液压系统的负载特性

通过对全液压钻机实际工况和负载特性分析,建立钻套与钻具之间的摩擦系数关系,针对给进电液系统进行优化设计,分别建立加压钻进和减压钻进压力控制系统数学模型;根据钻进地质情况的不同,对控制回路性能与溢流压力关系和控制回路压力-流量与电比例换向阀阀口开度关系进行分析,研究变负载对压力控制性能的影响,实现高效节能的回路控制。通过现场对给进液压缸负载力的采集,对比仿真分析,充分证明了给进压力控制回路可以对加压力准确调节,使钻杆在实际钻进过程中安全、平稳,优化后的给进电液系统在给进压力控制方面效果显著。     

水力凿岩机冲击性能实验

为了确定SYYG65型水力凿岩机的最佳工作压力,利用自行开发的水力采掘实验系统,以冲击功率、能量利用率及冲击应力波能量分布矩为性能考核指标,对影响水力凿岩机冲击性能的基本液压参数(工作压力和工作流量)及冲击应力波、冲击频率等性能参数进行测定,分析了水力凿岩机冲击器中工作压力对冲击性能之间的关系,表明:SYYG65型水力凿岩机在7.99 MPa~8.95 MPa工作压力下,达到最佳工作状态:冲击器能量利用率达13%以上(最大13.36%),对应的冲击应力波能量分布矩大于0.647,输出冲击功率大于4.22 kw。     

液压马达自动送钻装置的研制

 液压马达自动送钻装置是石油钻机提升系统中重要的设备之一,当绞车主动力系统发生故障时,可代替绞车主动力系统的功能进行应急操作,提升最大钻柱重量;可以根据钻进作业过程的需要,在恒钻压送钻和恒钻速送钻两种模式下进行选择,完成自动送钻设定。通过设定输出扭矩,反向拖动绞车滚筒,实现自动调整送钻速度和钻井过程安全保护,达到钻进作业过程中恒压和恒钻速目的。利用计算机控制技术与液压控制技术相结合精准控制液压马达实现高精度送钻。控制系统采用PLC编程控制,通过接收外部的连续钻压测量信号与液压马达转速检测单元的信号,实现钻井作业中的信息综合处理和送钻控制。经过油田现场17套钻机30余口井的应用表明,该装置值得推广应用。     

潜孔钻机凿岩过程自动防卡钻控制

根据潜孔钻机凿岩过程卡钻机理的分析 ,提出了利用回转压力的缓变信号无级控制推进器推进力的预防卡钻控制和利用回转压力突变信号控制推进器回退的综合自动防卡钻控制 ,并对其控制规则进行了理论研究。试验证明 ,该控制系统性能稳定 ,能够实现自动预防各类卡钻控制 ,增强了钻机对复杂岩层钻进的适应能力。     

井下动力驱动的旋冲钻井工具设计计算与试验

设计了一种基于井下动力驱动的旋冲钻井工具,实现两种破岩机理相结合,提高整体破岩效果。采用螺杆或涡轮钻具作为旋转动力源,利用由一对空间凸轮机构组成的冲击发生机构带动上凸轮及其他从动件上行,下行的过程中,从动件冲击下凸轮,下凸轮将冲击能传递给钻头,实现对岩石的体积破碎。利用Solidworks Premium 2012软件计算了空间凸轮机构在不同载荷作用下的应力分布情况,上凸轮和下凸轮在承受最大设计载荷时的安全系数分别为3.69和2.36,均大于需用安全系数,设计安全可靠。工具冲击性能测试得到了冲击力、冲击频率与钻压、排量之前的关系,试验结果表明,其动力特性参数满足现场复合钻进工况要求。进行了现场试验,该工具具有较好的提速效果,同比提速40%以上。