文档介绍：CZ一22型冲击钻机冲击机构的改进口梁荣柱口韩口张惠中国地质大学(武汉)岩土钻掘与防护教育部工程研究中心武汉 430074 摘要:对CZ一22型冲击钻机冲击机构进行改进,用液压油缸代替曲柄,从而实现真正的不停车调节中击高度,达到降低工人工作强度和增加纯钻进时间,提高钻进效率,降低钻进的成本。关键词:CZ一22型冲击钻机冲击机构钻进效率液压机构中图分类号:TU433 文献标识码:A 文章编号:1000—4998(2010)12—0034—03 古代劳动人民使用冲击钻井的方法开凿盐井,而科技发展到了今天,冲击钻井仍然是常用的一种钻井方法。以其在钻进硬岩时的独特优势,相比于金刚石回转钻井,其成本低廉;相比于钢粒钻井,其效率较高,故现在仍然广泛应用在钻探施工上。冲击钻井的原理简单,其方法是利用钻机的曲柄连杆机构,将动力的回转运动改变为往复运动,通过钢丝绳带动冲击钻头上下往复运动,借助钻头的自由下落冲击力将卵石或硬岩破碎,钻渣随泥浆(或用掏渣筒)排出而获得进尺。岩石在动载作用下的破碎强度远小于在静载下的破碎强度,因此,有利于用较小的冲击功实现冲击破碎岩石。 CZ一22型冲击钻机是目前在土木工程施工中广泛应用的钢丝绳冲击钻机,其设备简单、轻便、搬迁方便,操作与管理简单,因此该钻机在土木工程施工中普遍使用。在岩层较硬的施工场地几乎都采用该钻机成孑L,冲击碎岩。该钻机在三峡大坝施工中也发挥了重要的作用,受到业内人士的好评。但是CZ一22型钻机也有其本身的缺点,其中最突出的是需要更改冲程时,必须停车,由工人重新铰接曲柄。因而,很有必要对此机构进行改进,使之提高钻进效率,降低施工成本。 1冲击运动的实现与冲击能量 ,主要由冲击齿轮、曲柄、连杆,冲击梁、支撑、压轮、支杆、缓冲弹簧、导向轮钢绳组成。其实现的原理如下:冲击齿轮被驱动后,带动轴和固定在轴上的两个曲柄回转。两根连杆的下端以销轴与曲柄铰接,上端与框架式双臂冲击梁、支臂相铰接。曲柄回转时,通过连杆带动冲击梁、支臂轴上的压轮绕导向轮轴作圆弧形上下摆动。冲击梁向下摆动时,轮下压钢绳,将冲击钻具提离孑L底一定的高度;压轮随冲击梁向上摆动时则松开钢绳,冲击钻具在重力的作用下加速降落而冲击孑L底岩石,如此循环往复,实现冲击收稿日期:2o10年7月 2010/12 钻井。岩石在动载作用下的破碎强度远小于在静载下的破碎。而冲击的能量由两大因素决定,一是钻具的重量,二是冲击高度。CZ一22钻机的主要技术参数如下: 钻具行程350~1000illlrl;钻具最大重量1300kg;冲击次数40、45、50nlin;电机功率30kW。 ,因此可以计算冲击能量为:h=(1/2)at。;U=at;W=(1/2) 其中,h为冲击高度;n为冲击的加速度,一般为5~!;为钻具木速度;m为钻具重量, 为冲击功。由上可见,冲击功由钻具质量与冲击高度决定。实际工作中,钻具重量通常是固定的,而在作业过程中, 只要曲柄铰接位置确定,压轮上下移动的高度也就相对确定,那么冲击高度也就确定了,也就是说冲击能量就固定下来了。但是在实际钻井过程中,不同岩石所需的破碎比功并非一成不变。表1所示为部分岩石的破碎比功 1。显然,各种岩石的破碎比功不一样,所需要的冲击能量也不一样,因此,遇到坚硬的岩层,必须调整冲击高度,否则会导致钻井速度的严重下降。由此可知,这种冲击钻井方法最大的缺点就是固机械制造48卷第556期表1部分岩石的破碎比功凿破碎比功级别坚硬程度 kgm/(·m J/cm I ≤19 ≤190 极软Ⅱ 20~29 2O0~290 软Ⅲ 3O~39 30O~390 中等Ⅳ 40~49 400~490 中硬 V 50~59 500~590 硬Ⅵ 60—69 600~690 很硬Ⅶ≥70 ≥700 极硬定的曲柄使调节钻机的冲程变得复杂和麻烦。在钻进破碎比功特别大的岩石时,破碎的效率就极其低下,掘进进尺很少。为了提高钻进能量和效率,就必须停车, 或者增加钻头的配重,或者调节曲柄铰接位置,以增大冲程。但是,钻机的提升能力是有限的,因此不可能大幅度地提高钻头重量,所以大多数情况下采用增加冲程的方法,来提高冲击能量。然而这样就势必增加辅助作业时间,而使台月效率显著下降,钻进成本增加。施工现场的数据表明,一个熟练工人,要完成这个调节过程,从停车到开车,至少要20min。而一天的施工中往往会多次碰到不同岩性的岩层,这就使额外的非钻进时间占了很大的比例,特别是在工期很急的施工中,这种耗费大量时间的缺陷就更加突出。因此,这种传统的浪费钻进时间的方法必须革新。 2改进方法 ,尽量减少不必要的停车作具体的实现过程如下:当下腔进油、