松软煤层双管钻机夹持卸扣装置的设计与分析

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1、论文题目：松软煤层双管钻机夹持卸扣装置的设计与分析专业：地质工程硕士生：韩潇(签名)指导教师：唐胜利(签名)姚宁平(签名)摘要我国虽是一个以煤为主的能源消费大国，但由于地质运动时期众多大陆地块的多次碰撞和俯冲，导致煤田地质构造复杂，钻遇煤层赋存条件多变。目前我国除抚顺矿区外，大多数煤层透气性差，属于松软煤层。为解决在松软煤层中施工困难、成孔率低、成孔深度浅等问题，近年来业界研发出了一套中风压空气套管钻进技术，该技术具有对孔壁冲刷小、携带岩粉能力强等特点，可以有效降低成孔难度、减少孔内事故。中煤科工集团西安研究院配套该技术正

2、在研发的双管钻机（即套管钻机）既可由动力头带动钻杆和套管同时钻进，又可根据工况单独钻进，这从根本上解决了孔壁坍塌造成套管下不到底的问题，进一步适应了大直径长钻孔的发展趋势。夹持与卸扣装置是钻机的重要组成部分，其功用是在钻机正常钻进时，夹持孔内钻杆防止钻具滑移；在加接或拧卸钻杆时，与回转机构和给进机构相配合来完成拧卸钻杆工作。随着钻机转拖和钻进速度的提高，接卸钻杆的工作时间随之增加。因此，研究新型夹持与卸扣装置，对于整机的性能、钻进效率以及钻孔质量等问题有着非常重要的意义。故本文从传统夹持与卸扣装置为出发点，依托套管钻机项目

3、对夹持与卸扣装置做了较为深入的设计与分析，主要研究工作如下：（1）系统地研究了目前几种传统钻机夹持器与卸扣器的结构、工作原理以及适用范围，选择了液压松紧型顶端开放式夹持器结构和双缸对夹式液压型卸扣器结构，适用于双管钻机在松软煤层钻进中的施工要求；（2）对双管钻机上夹持与卸扣装置的主要构成进行了设计，并对其关键零件进行了理论计算及强度校核，最终选用的夹紧油缸，强度安全系数n>1.5，完全可以满足钻进现场的使用。选用的卸扣油缸，所能产生的最大转矩大于钻机的最大额定转矩，保证钻机卸扣时能拧开丝扣；（3）利用有限元分析软件ABAQ

4、US对所设计装置的关键部位进行了强度分析，在其应力应变计算结果的基础上，对装置进行了结构优化，保证其强度安全系数n>1.2，大大地提高了设计的安全性和可靠性；万方数据（4）利用交互式三维建模软件UGNX对夹持与卸扣装置进行三维模拟，并针对仿真进行了模型简化。在建模过程中，通过虚拟样机的装配，检查了结构设计的合理性，不存在干涉问题；（5）利用运动仿真软件ADMAS对所设计的卸扣器装置进行了运动仿真，模拟了系统夹紧力、卸扣力和卸扣扭矩的变化情况，得出了卸扣器装置关键部件的位移、速度曲线。得出卡瓦的径向位移最大为0.0204m，

5、夹紧最大速度为0.102m/s，张开最大速度为0.153m/s，满足了夹持器能够快速开合的工作要求。钻机卸扣时的最大角速度为4.2972°/s，卸扣器回位时最大角速度为4.2972°/s，满足了钻机拧卸时角速度较快的工作要求。本文通过上述一系列的结构设计与分析，形成了一个比较完备的双管钻机夹持与卸扣装置的研究体系，这不仅论证了该设计在应用中的可行性，而且为进一步研制满足各种不同工况的夹持与卸扣装置奠定了基础。关键词：松软煤层；双管钻机；夹持与卸扣装置；有限元分析；运动仿真研究类型：应用研究型万方数据Subject:Desi

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7、geologicalstructureismorecomplicatedandchangefulbecauseofnumerouscollisionsandseductionsbetweenmanycontinentalblocksduringthegeologicalmovement.Now,exceptFushunarea，mostoftheminecoalbedbelongtothesoftcoalbed.Inrecentyears,thedrillingtechnologywithcasinghasbeendeve

8、lopedinordertosolvetheproblemoflowporosity,lowdepthandconstructiondifficultiesinsoftcoalbed.Thetechnologyhasthefollowingadvantages:lessdisturbanceandero