XY—2型岩心钻机的设计改进和应用

摘 要：随着人类对地下资源的不断开采，浅层地下资 源已接近枯竭，深部找矿逐渐成为我国今后地质勘 探的主要发展方向。而目前市场上，立轴式岩心钻 机仍是我国深孔岩心的主导机型，因此，如何提高立 轴式岩心钻机的使用性能就成为我们开发研制的努 力方向。 文章论述了XY—2型岩心钻机的特点、设计改进目的和意义、具体的设计改进内容以及改装后经试验取得的效果。对XY—2型岩心钻机的液压系统、卡盘体与立轴连接体、离合器等部位进行了技术性能分析，确定了设计改进方案，实施了具体改进试验，对设计改进的效果和存在的问题进行了分析。

关键词：XY—2型岩心钻机；技术性能；设计改进；

中图分类号：P634.3+1 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-05-00252-02

XY—2型岩心钻机，属于中浅孔系列，机械传动、液压给进的立轴式岩心钻机。 适用于金刚石、硬质合金及钢粒钻进，也可用于工程地质勘察、水文水井钻探以及大口径工程施工钻探。

它具有重量轻、质量优良、装机功率大、性能广泛，通用性强等优点。

XY—2型岩心钻机是100米—300米孔深岩心钻探的主力钻机，经过动力的重新搭配后，性能得到充分发挥，轻松将91mm口径孔深打到300米，增加了斜孔的施工能力，但此岩心钻机的故障率最高出在离合器和卷扬机行星齿轮滚针轴承上，我们将滚针轴承改成铸青铜套，镶在行星齿轮上，这样就解决了卷扬机的故障和寿命问题。该型钻机的离合器设计不能满足需求，根据市场的需求以及根据我们的常规岩心钻机，我们采用模块化设计组件，在使用汽车的先进技术和其他创新技术，开发了新一代的深海钻井平台，以满足市场需求。仍在使用汽车底盘设计，即动力机械、离合器齿轮箱和操作系统设计、汽车零部件和组件用于整个传输和传输系统技术、汽车零部件也选择，因为汽车的设计和生产技术相当成熟和普遍，因而更容易组织机械制造，使产品质量可以保证，零部件和用品易于供应，具有强大的通用性特点。我们都严格遵守原则，旨在提高设备的性能，以满足建筑领域的技术需求，以便改善XY-2型岩心钻机设备创新技术，以满足预期的目标技术，使液压钻机的性能达到了先进的水平。

一、XY—2型岩心钻机主要技术参数：

钻孔深度（m）：

Φ73钻杆，100

Φ60钻杆，200

Φ50钻杆，380

Φ42钻杆，530

立轴转速（r/min）：

正转：65；114；180；248； 310；538；849；1172

反转：51；242立轴最大扭矩（Nm）：2760 钻孔倾角：0-90°

立轴最大起拔力（KN）：60 立轴行程（mm）：600

卷扬单绳最大提升（KN）：30 立轴通孔直径（mm）：76

油泵：SCB32/12双联齿轮油泵

配备动力：

电动机：Y180L-4，22Kw 柴油机：395K2，19.85Kw

外形尺寸（长×宽×高）（mm）：2150×900×1690

钻机重量（Kg）：950

XY-2B钻机与XY-2钻机不相同参数

立轴转速（r/min）：

正转：57；99；157；217； 270；470；742；1024

反转：45；212

立轴通孔直径（mm）：96

钻机重量（Kg）：1200

二、XY—2型岩心钻机设计改进的目的和意义

我们的设计改进的主要目的是提高设备现代管理领域以及管理和技术人员及时更新知识、提高管理水平、专业素质和创新能力，增强他们的独立改造设备和相关技术解决问题的能力。同时能够提高科学水平和现代化管理设备，对升级设备做出更有针对性和有效的方案。

通过转换XY-2型岩心钻机实现我们掌握新设备，新技术，新技术。在最短的时间内，不断地学习、引进、消化、使库存闲置设备的单位提高钻井效率，节省员工费用和购买资本设备，和创造高效率的目的，能够使闲置设备，以更好地对其应有的作用进行发挥。

三、XY—2型岩心钻机设计结构特点

（一）传动、操作系统的设计。在该钻机的传动系统和离合变速系统设计上， 当进行下滑动时，要对卡盘导套里的 2 个滚柱进行推动使之内外滚动，以使得主动钻杆的夹紧和松开得以实现。系单向给进油缸的卡盘油缸，在进油时向上移，以推动夹持环进行压缩弹簧，其2 个滚柱分别在主动钻杆重力分力的作用下向外运动，然后松开主动钻杆； 进行回油时，弹簧复位，推动夹持环使之下移促使滚柱由主动钻杆卡槽滚入，夹紧主动钻杆。该结构有一个最大的优点就是夹紧相对可靠，不对主动钻杆造成损坏。

（二）国内液压卡盘设计都是相同类型的盘式弹簧用于钻机三卡瓦自动定心的液压卡盘，是一种最有效的成熟结构，已被用户广泛接受。但此弹簧夹紧力的结构，主动钻杆的磨损和三卡瓦心以及下卡盘同轴密切相关，因此只要主动杆出现一点点磨损，卡盘夹紧就会出现不可靠的下滑，崩卡瓦以及动钻杆刮伤以及其他现象。为此，我们要学习我厂成熟的岩石钻井的结构——弹簧夹紧，液压松开的滚柱式盘结构。

（三）设计机架的相同类型的国内钻机在汽车车架直接接触，容易燃烧，损坏更快，减少机架的有效使用年限。我厂系列钻机底盘和机架之间的核心，使用材料为耐磨护板65Mn、上机架进行移动，使之与架底盘减少磨损和烧结，所以底盘和上机架几乎没有发生磨损，经久耐用。还可以将低碳钢焊接机架，滑轨没有硬化热处理过程，从而减少生产流程，减少生产组织困难。此外钻机设计成拆分架机风格，可移动前后两体，有效进行搬迁。

（四）液压系统的设计由我们工厂开发的核心平台，因为一个石油钻井泵处理大流量、高压力溢出造成的能源消耗，导致温度上升，有时甚至因为高油压系统故障导致了这一现象。为了解决这个问题，我们使用双齿轮泵的XY-2型岩心钻机设计实现一个小流量溢出，钻井时，只使用一个单一的燃料供应，而井下抽油杆或快速扫描双油泵，因此既解决问题又不影响气缸升降温度上升的速度。与此同时，还可以使杆双泵油更快更有效的提高工作效率。

（五）升降机设计升降机主要用于提升 、下降钻具以及起拔套。在钻井过程中，升降机工作很长一段时间，特别是在深孔钻探，总工作时间可以是总共时间的1/3到1/2，工作性能直接关系到钻井质量的施工效率，钻井质量安全生产，是一个综合评价平台的一个重要的性能指标。要求的制动可靠，应该有一个更大的安全系数。在本设计中，我们的内部结构进行了优化结构设计，使之更合理，使承载能力提高。当钻机搬迁的时候，升机能够与分动箱、水刹车分离，进行单独运输。

（六）因为钻机回转机构支持大量的旋转部分，并简单地连接分动箱，表现为闲置状态，而且没有他固定的支持手段。操作时，回旋器由于部分震动受力较大且不均，在进行钻探深的洞时尤为明显，会造成导向轮法兰连接和传输情况下螺栓出现机械疲劳，出现钻井方向与最初的目标相偏离，这是不利于钻探工作的。因此，为了增加回旋器稳定性的工作部分，在回器部分的设计中，增加了左右支撑。

四、XY—2型岩心钻机的设计改进

存在问题： 主要存在的问题是转盘体支撑质量相对太大，极其不利于加工和装配，且对斜孔施工不适用。

改进措施 ：改进后的转盘体支撑结构，主要括正丝螺母 A3，反丝螺 A4，正丝接头 3，反丝接头 5，调节杆 4 及两个自润滑型向心关节轴承 A2。 进行垂直孔时，将正丝螺母 A3 和反丝螺母 A4松开，并将节杆 4旋动，使之支撑达到合适长度以后，将两头的螺母锁紧。进行斜孔钻进时，将正反丝螺母松开，并对调节杆进行旋动， 使2 个支撑分别按照转盘体所需角度所短和伸长有效的工作长度，最终使转盘体旋至所需工作角度，将反丝螺母锁紧，这样就可以进行斜孔的钻进了。

五、结语：

XY-2型钻机经用户使用，得到了较高的价，该钻机具有以下主要特点：（1）采用汽车变速箱和离合器，结构紧凑、理，工作期间运转平稳，噪声小，传动效率高，装拆便，便于保养和维修； （2）具有较 高的转速和较合理的转速范围，速级数较多、低速扭矩大；（3）装机功率大；（4）移车平稳，固定简单可靠，高速钻进稳定好；（5）钻机卡盘采用液压柱销式，夹紧可靠，不主动钻杆；（6）在整个钻进过程中，无故障发生，使用寿命长。

参考文献：

【1】曾伟东.如何正确认识和开展施工企业工程机械设备管理[J].建筑机械技术与原理，2010（2）

【2】肖燕波，谭国平，彭儒金.立轴式岩心钻机设计开发的新思 [J].探矿工程（ 岩土钻掘工程） ，2008，35（ 9）

【3】成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2007

【4】机械工业标准化技术服务 部.液压管接头标准汇编[S].江无 锡：机械工业标准化技术服务部，1992

【5】夏祖印，张能武.机械加工实用手册[M].安徽合肥：安徽科技术出版社，2008

【6】郭绍什.钻探手册[M].湖北武汉：中国地质大学出版社1993