zdy-1600型全液压钻机夹持器的设计

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1、ZDY-1600型全液压钻机夹持器的设计夹持器作为钻机的一个重要部件,其主要作用是在自动装卸钻杆时，与钻机的马达协调运动正反转，实现钻杆间对接、脱离，钻头拆卸等，必要时夹持孔内钻具，防止孔内钻具滑移，因此其性能的好坏将直接影响到钻机整机的性能、钻进效率以及钻孔质量等。1.液压夹持器的分类、特点及选用1.1常开式夹持器一般采用液压夹紧、弹簧松开的方式，在不工作时处于松开状态。夹持器靠油缸的推力产生夹持力，油压的下降将直接引起夹持力的下降，一般需在油路上设置性能可靠的液压锁来保持压力。1.2常闭式夹持器靠弹簧的预紧力夹紧钻具，油压松开，在不工作时，处于夹紧状态，在断电等异常情况时为

2、夹紧状态，安全可靠，防止跑钻事故的发生。1.3液压松紧型夹持器夹紧松开都由液压力实现，结构较为简单,两侧油缸进油口分别通高压油时,卡瓦跟随活塞运动向中心收拢，夹紧钻具，改变高压油入口，卡瓦则背离中心，松开钻具。该类夹持器结构对称，但是夹紧力容易受油压力变化的影响。1.4复合式液压夹持器有主油缸和副油缸，副油缸侧连接一组碟簧，当高压油进人主油缸，推动主油缸缸体移动，通过顶柱将力传给副油缸侧的卡瓦座,碟簧被进一步压缩，卡瓦座移动；同时，在圆柱弹簧的作用下，主油缸侧卡瓦座移动，松开钻具。需要夹紧时，副油缸在油路上与动力头反转相连，当钻机反转拧卸钻具时，高压油同时进人副油缸，副油缸活塞

3、对卡瓦座产生推力，与压缩的碟簧共同夹紧钻具。复合式夹持器开口量大、开启压力低、体积小、性能可靠、并且也可以实现突然断电时夹紧钻具，但结构设计比较复杂，重量非对称布置，在某些特定的使用场合可能引起一定的偏载。根据以上四种类型的夹持器的特点，我们决定采用复合式液压夹持器。2、复合式液压夹持器的设计2．1夹持能力的计算2．1．1钻具自重根据钻机总体方案设计要求钻杆直径确定为国为φ63～φ73，钻进深度为250m,设计时按Φ739钻杆重量进行设计，Φ73钻杆每米重为14.46kg/m，Φ73×9.19G=qlg式中：G—钻杆的总重量kgq—Φ73×9.19钻杆单位长度重量14.46kg

4、/ml—钻杆长度m，本钻机按250m。g—重力加速度代入公式得：G=qlg=14.46×250×9.8=35427N2．1．2、夹持器克服钻具自重所需夹紧力F1式中：f——卡瓦与钻杆间的摩擦系数，取f=0.25α——钻孔倾角，取α=90°2．1．3、夹持器克服钻机转矩所需的卡紧力F2式中：M——钻机扭矩，取1600Nf——卡瓦与钻杆间的摩擦系数，取f=0.25d——钻杆直径mm，取Φ732．1．4、夹持器克服钻具自重和钻机转矩所需的卡紧力F3夹持器克服钻具自重所需夹紧力F1=70.854kN夹持器克服钻机扭矩所需夹紧力F2=87.67kN夹持器克服钻具自重和钻机扭矩复合力的夹紧

5、力F3=112.72kN2．2、蝶形弹簧的计算及夹持器开口的确定根据设计要求蝶形弹簧克服F1的夹紧力，因此，根据钻机结构要求选择蝶形弹簧为160×82×10×13.5根据碟形弹簧负荷计算公式：式中：E=2.06×105N/mm2，μ=0.3，无支承面K4=1,,所以，由A系列的h0/t≈0.4,根据P1/Pc=0.395，f/h0=0.36变形量ft=0.367h0=0.36×3.5=1.26mm。当碟形弹簧压缩变形为1.26mm时，其负荷为P1=70854Nf。f=0.75h0=0.75×3.5=2.625mm,对应的负荷为P2=14142.86kg取Pmax片数为13片，设

6、定碟形弹簧最大变形量为2.625mm。H=(2.625-1.3)×13=17.225mm≈17mm因此夹持器开口为：H=17mm。碟形弹簧弹力和副油缸的推力要大于钻具自重和钻机扭矩的合力，2．3、主油缸面积及最低开启压力的确定式中：D1、D2——主夹持器、副油缸活塞直径，D1=160mm,D2=60mmP0——系统背压，P0=0.5MPaP1——碟形弹簧工作点的作用力，P1=72KN主油缸在油压的作用下进一步压缩碟簧，打开夹持器。考虑到最低开启压力，主油缸选用用160mm柱塞缸，最低开启压力为:Fmin=4.286MPa

7、在拧卸钻具时，夹持器的副油缸和碟形弹簧同时工作。其最大夹持力：式中:D1、D2——夹持器主、副油缸活塞直径，D1=160，D2=60mm；Pmax——钻机的额定工作压力，Pmax=18MPa；P0——系统背压，P0=0．5MPa；P1——碟形弹簧工作点的作用力，P1=72kN。弹簧的预紧力和副油缸的合力来克服钻具自重与钻机转矩的合力，副油缸面积越大夹持力就越大；但副油缸面积越大，最低开启压力越大。考虑到以上因素，副油缸选用~70ram柱塞缸，最大夹持力Fmax=121．86kN>F3=112