液力大钳受力分析及改进建议

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1、KY-250D牙轮钻机液力大钳受力分析及改进措施曾汉东（大冶有色金属股份有限公司铜山口铜矿机动能源部，湖北黄石435122）【摘要】通过对KY-250D牙轮钻液力大钳在实际使用过程中打滑和啃钻具的原因进行分析，提出了改进措施。【关键词】液力大钳卡爪改进措施1、前言铜山口铜矿是大冶有色金属股份有限公司的主要生产矿山之一，露天采场的穿孔作业主要采用KY-250型和YZ-35型牙轮钻。2010年初，我矿从南昌凯马有限公司购进一台KY-250D型牙轮钻机，穿孔直径250毫米，标准孔深17.5米。为了实现钻具的自动拆卸，减轻工人劳动强度，该机配备了

2、一台液力大钳，安置在钻架小平台上，替代了原来依靠人工操作的B型吊钳，进一步实现了机械化操作。由于钻具经过长期旋转工作后，钻具的联接螺纹扣拧的太紧，以致在卸钻具时，仅仅依靠回转小车自身的动力根本无法松卸螺纹扣，此时可借助于液力大钳进行辅助卸扣。但是，在实际使用中，该装置有时不能很好地完成卸扣作业，主要表现为：1）大钳打滑，不能松开钻具；2）卡爪啃钻具，造成钻杆损伤。根据以上现象，有必要对液力大钳的受力情况进行分析，以便拿出改进措施，更好的发挥其使用功能。2、液力大钳的机械构造液力大钳由支座1、大臂2、转臂3、钳臂4、卡爪5及三个油缸组成（见

3、图1），通过各部件的相互配合，使卡爪能够将钻杆可靠锁住并旋转，完成卸扣作业。3、液力大钳的液压控制大钳由安置在司机室内的手动阀远程操作，在液压系统中为大钳的三个油缸共设置了4个顺序阀，分别控制三个油缸的动作顺序（见图2）。其工作原理是：当操纵杆前推时，A腔进油，首先由大臂油缸Ⅰ将大钳移到钻孔中心，使卡钳5中的两个卡爪与钻杆靠紧；然后当系统压力上升到8MPa时，顺序阀A联通，使抱紧油缸Ⅲ动作，推动钳臂4将钻杆抱紧；最后当系统压力上升到12～17MPa时（实时调整），顺序阀B联通，使卸扣油缸Ⅱ推动转臂3绕钻具中心旋转，依靠三个卡爪与钻具之间的

4、摩擦力，将螺纹松开。螺纹松开后将操纵杆向后拉，B腔进油，抱紧油缸Ⅲ活塞杆首先缩回，松开卡爪，然后当系统压力上升到8MPa时，顺序发C联通，卸扣油缸Ⅱ收回，最后当系统压力上升到10MPa时，顺序阀D联通，大臂油缸Ⅰ活塞杆缩回，大钳退回原位，完成一个动作循环。4、液力大钳完成作业的力学分析从以上工作原理中可以看到，要使液力大钳能将钻具的连接螺纹顺利松开，关键取决于两点：一是卸扣油缸B的推力与转臂产生的转动扭矩M1不小于使钻具螺纹松开的最小扭矩Mf；二是卡爪与钻具表面的摩擦力矩M2不小于使钻具螺纹松开的最小扭矩Mf。即：M1≥MfM2≥Mf由图

5、3可见：M1＝F1L1＝PAⅡL1根据杠杆的平衡原理：F2L2-N2L3＝0N2＝F2L2/L3抱杆摩擦力Ff＝μN2（μ＝0.15）因此：M2＝FfD＝μPAⅢL2/L3D式中：P－油压力A－油缸活塞面积，根据实际测量，AⅡ=12271mm2、AⅢ=20096mm2由液压原理图可见，卸扣油缸即将动作时：M1=PAⅡL1=P×12271×554=6798P(Nm)M2=μPAⅢL2/L3D=0.15×P×20096×208/225×219=610P(Nm)由此可见：转动扭矩M1远大于抱杆的摩擦力矩M2。因此，要使大钳正常作业，只要满足M2

6、≥Mf，即：Mf≤610P(Nm)Mf主要由螺纹旋合所产生。钻杆接头螺纹是圆锥螺纹，其最佳旋合位置应是内外螺纹基面重合时，两者端面贴紧。由于钻杆存在一定的加工误差与变形，特别是钻机工作一段时间后，在轴压及小车扭矩的作用下，螺纹的旋合力矩很大。根据经验数据，一般Mf不大于回转小车最大回转扭矩的60%，KY-250D钻机的最大回转扭矩为15000Nm，所以一般Mf≤9000(Nm)可得系统压力P≥9000/610=14.75MPa因此，可将系统压力设定为P=12～17MPa，具体可根据实际情况调定。5、卡爪啃钻具的力学分析在液力大钳的实际卸扣

7、作业中，经常由于卡爪不能可靠地将钻杆锁住而造成打滑，从而造成对钻杆的损伤。设系统压力调定为17MPa，由上述分析可知，作用在单个卡爪上的正压力N=PAⅢL2/L3=17×20096×208/225=315820N=31582kg根据零件尺寸，单个卡爪的接触面积为∑A=18cm2那么作用在钻杆表面的压强σ=N/∑A=1754.5kg/cm2钻杆材质为35CrMo，其抗压屈服强度σs=5000kg/cm2可见钻杆的抗压强度是足够的。但是，实际使用中，液力大钳的三个卡爪形成的圆及其与钻杆中心的重合度是有误差的，且卡爪与钻杆的接触面为平面，因此卡

8、爪与钻杆的接触并不均匀，当接触面积小于35%时：σ=N/（∑A*35％）=5013kg/cm2＞σs此时就发生卡爪啃钻具的现象。6、防止大钳打滑或啃钻具的改进措施通过以上分析，我们了解了液力大