Question

液压卷扬机

Answer 1

卷扬机又称升降机，是钻机的主要执行部件之一。卷扬机主要用于钻进过程中钻具和 套管的升降，采用绳索取心钻进工艺，钻机还要单独配备一提升力较小的绳索取心卷扬机。

1.基本要求

钻进过程中，升降系统的主要作用是升降钻具。升降工序时间占整个钻孔钻探总时间 的比值随孔深而增加，一个2000m深的钻孔，比值能占到20％～35％。所以说，升降系统 的完善程度，直接影响钻探效率与质量，升降系统应满足以下基本要求：

（1）升速度大小、级数、调速范围与起重量的确定，应能最大限度地降低升降工序的机动时间和尽可能提高功率利用率。

（2）下钻时，由于操作或孔内情况骤然变化，使升降系统承受较大的动负载；孔内发生卡钻时需进行强力起拔。因此要求升降系统结构与强度能适应这种负载特点。

（3）升降钻具时，微动升降动作频繁，这种动作能否准确完成，不仅影响钻进效率，而且影响钻进质量（如提钻时，发生岩心脱落）；处理孔内事故过程的微控升降准确与否，直接影响排除事故的速度和效果。因此，除操作原因外，要求卷扬机起放灵敏，平稳可靠。

（4）提高升降工序的准确性和速度，避免事故，卷扬机的操纵位置应便于操作者观察 孔口。

（5）卷扬机的布局应有利于排绕钢丝绳。

2.液压卷扬机工作原理

如图4-12所示，卷扬机采用轴向柱塞式液压马达1驱动主轴8，经过行星轮系统10减速 传至卷筒9，通过钢丝绳进行提升或下降工作。在卷筒右端装有制动器，并设有环形液压 缸。从图中可知弹簧3通过液压缸活塞4压紧摩擦片6，由于制动底座是固定的，这时定位 盘5被制动，主轴8不能转动。

图4-12 液压卷扬机结构图

在油路设计上液压马达与环形液压缸油路是并联的。当卷扬机启动时，同时向液压马 达和环形液压缸供压力油，进入环形液压缸的压力油克服弹簧张力使制动器松开，卷筒工 作。卷扬机的提升或下降，均由液压马达驱动。当油路卸荷时，环形液压缸的压力消失，制动器在弹簧的张力作用下，定位盘被制动，卷筒处于刹车状态。在下放钻具时，当下放 速度过快，超过液压马达供油时，由于回油路上平衡阀的限速作用使钻具以一定速度呈匀 速下降。

3.轮系传动比计算

图4-1 3为卷扬机传动简图，此轮系是一个混合轮系。混合轮系是既有定轴轮系又有周转轮系。在计算混合轮系的传动比时，不能把它看做一个整体，而用一个统一的公式来进 行计算，必须把混合轮系中定轴轮系部分和周转轮系部分分开，然后分别按不同的方法计 算它们的传动比，最后联立求解。

划分轮系的时候，关键是把其中的周转轮系找出来。周转轮系的特点是有行星轮，所 以首先要找到行星轮，然后找出杆系（注意杆系不一定是简单的杆状），以及与行星轮啮 合的所有中心轮。每一个杆系连同杆系上的行星轮和行星轮相啮合的中心轮就组成一个周 转轮系。在一个复杂的混合轮系中，可能包含有几个周转轮系（每个杆系都对应一个周转 轮系），当将这些周转轮系划出来后，剩下的便是定轴轮系。

图4-13 卷扬机传动简图

先把卷扬机中的轮系分出来，如图4-13所示，由齿轮1、2、3与杆系H组成的周转轮 系。左边由于杆系H1是固定的，所以齿轮4、5与齿轮3组成一个定轴轮系。齿轮4与4′ 是 一个双联齿轮，杆系H由内齿轮花键与4外齿轮啮合，连接成一体。

现分别计算它们的传动比：

定轴轮系的传动比为：

深部找矿钻探技术与实践

周转轮系的传动比为：

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由于齿轮4、与杆系H是一个内、外齿轮啮合的联轴器，

深部找矿钻探技术与实践

上两式联立求出：

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根据上式中给出的齿轮齿数值，可求出不同的传动比，而得出不同的卷筒转速。

4.液压卷扬机的使用与维护

使用液压卷扬机前必须对卷扬机结构机械性能了解透彻。并遵守操作规程和安全指南。

（1）定期更换齿轮油。包括：

1）换油：运行完第一个1 00h后应该更换齿轮油，之后每运行1000h或者6个月更换一次，两者当中选择间隔时间较短的一个来执行。齿轮油必须更换以防止磨损部件损害到齿 轮运行的可靠性和安全性，以及对轴承、齿轮和密封圈的侵蚀。如果不能按照推荐的最小 间隔时间换油，则可能导致出现间歇性刹车滑动，从而造成卷扬机损坏，甚至严重的人身 伤害。

2）油面：齿轮油面应每运行500h或者3个月检查一次，两者中选择时间较短的来执 行。检查油面时，拆下位于卷筒座中心位置的大螺塞。油面应该位于与此开口底部持平的 位置。

3）推荐使用行星齿轮油：实践经验表明使用合适的行星齿轮油对于保证刹车离合器 的可靠性和安全性，以及获得较长的齿轮寿命具有至关重要的作用。

如果使用的行星轮油类型和黏度不恰当，则可能导致间歇性刹车离合器滑动，造成卷 扬机损坏，甚至造成严重的人身伤害。某些齿轮润滑剂含有大量的防滑添加剂，这些可能 导致刹车离合器滑动并造成刹车离合器圆盘和密封圈的损伤。由于环境温度导致油的黏度 发生变化，这对于刹车离合器运行的可靠性也具有关键性作用。实验表明过重或者过稠的 齿轮油可能导致间歇性刹车离合器滑动。所以必须确保卷扬机上的齿轮油的黏度与其主要 的环境温度相适应。

（2）卷扬机启动前进行预热程序。每次启动之前应进行预热程序，当环境温度低于 4℃时，必须进行预热。

启动时应当按照推荐的最低可靠性能运行，同时保持液压卷扬机控制阀处于齿轮的空 挡上，从而保证有足够的时间来预热系统。然后卷扬机应当以低速来回运行几次，以便将 预热的液压油灌注到所有润滑点上，并使齿轮油润滑流过行星齿轮装置。

如果不对卷扬机进行适当预热，尤其是在环境温度较低的情况下没有适当的预热，将 可能导致由于较高的反压力启动刹车而出现临时性刹车滑动，从而可能造成卷扬机损坏和 严重的人身伤害。

（3）在卷扬机卷筒上缠绕钢丝绳时，不要期望靠手将其捋紧，而应将其抓住“一把倒 一把”地将其缠紧。

（4）不要使用断股的钢丝绳。

（5）不要对卷扬机的任何部分进行焊接。

（6）不要超过液压卷扬机规格中的最大油压力和流量。

（7）保持液压系统洁净并避免受到污染。

（8）每年对卷扬机所有齿轮部件进行一次拆卸和检测。