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1、第3卷第3期岩土工程界地下工程MK-6型全液压钻机回转器的设计王成,殷新胜(煤科院西安分院钻探研究所,西安710054)[摘要]概述了MK-6型全液压钻机回转器的设计思路、结构特点及钻机的试验情况。[关键词]钻机回转器结构设计润滑MK-6型全液压钻机由煤科院西安分院6)应有良好的润滑系统。和阳泉煤业(集团)公司共同研制,主要用于井2回转器的技术参数下长水平钻孔的钻进。样机于1998年12月至1999年1月在阳泉煤业(集团)公司一矿41082.1确定输出转速及扭矩工作面进行了工业性试验,共完成两个深度分钻机的总体方案:钻孔直径1
2、15mm～200别为603.5m和508.2m、直径为193mm(先钻mm,钻孔深度600m,升降力210kN,主要采用后扩)的岩石近水平钻孔。该课题于1999年10PDC(复合片)钻头钻进,同时也要兼顾使用牙月由国家煤炭工业局组织专家鉴定通过。轮钻头。回转器是钻机的重要工作机构之一,其主根据MK系列钻机在研制中所取得的经验要功能是带动钻具回转,为钻头有效地破碎岩和数据,类比分析国外同类产品,确定了回转器石提供合理的转速及扭矩。在立轴式、转盘式的两个基本参数即转速5r/min～210r/min,最和移动式3种结构的回转器中,移
3、动式回转器大输出扭矩6200N·m。这两个参数就是回转又称动力头。本回转器的设计采用主轴中空的器的设计依据。动力头式结构。2.2选择液压马达液压马达为回转器提供机械动力,即转速1回转器的设计要求和扭矩。根据钻机工况,通过比较国内同型产1)转速和扭矩要满足钻进工艺的需要。在品,选用性能优良,质量可靠,可变量斜轴式轴钻进过程中,由于所钻地层、岩性、钻孔口径大小向柱塞液压马达,其排量为46ml/r～160ml/r。及钻进方法的不同,钻头所需的转速和扭矩也各经对液压系统设计计算,液压马达转速为68r/不相同,因此要求回转器具有一定的调
4、速范围,min～2744r/min,最大输出扭矩458N·m。通过最好在该范围内能实现无级调节。改变液压马达进出口的液流方向,可以实现马2)应具有反转速度,以满足处理事故及特达的正反转。种钻进工艺的需要。3回转器的结构设计3)箱体应具有良好的刚度和强度,以保证传递给进、起拔力及回转扭矩。3.1传动系统4)主轴通孔要能通过设计方案所确定的钻这一部分为回转器的核心,也是设计中的杆。重点。根据选用的液压马达和设计方案所要求5)回转时要平稳,震动小,噪音低。的输出参数,传动系统的减速比i应在13到14[收稿日期]1999-11-24;
5、[责任编辑]曲丽莉。[基金项目]国家“九五”技术攻关项目“改善煤矿安全状况综合配套和关键技术的研究”的子专题“岩石长钻孔成孔设备及工艺的研究”,项目编号:96-223-02-02-01。35地下工程GEOTECHNICALENGINEERINGWORLD2000年3月之间。若采用二级齿轮传动,按平方根法分配就会急剧增加整个箱体的重量,使其外形过于传动比,则i=3.6～3.74,显然过大。若采用庞大。为此在此处设置密封板(5),其根本作用三级齿轮传动,则将明显加大齿轮箱的体积,增就是保证两斜齿轮中心距的最小化,从而也就大重量,这
6、与要求尽量减轻井下设备重量的宗保证了整个箱体重量及尺寸的最小化。旨相违背。为此,我们利用行星减速器结构紧凑、传动比大的优点,将其作为第一级减速机构。优化方法在行星减速器设计中的运用开展得较早,它以所有齿轮的重量作为目标函数并[1]求其最小值,从而获得各齿轮的基本参数。通过这种单一的量化所取得的优化结果在实际设计中没有凸现明显的优势,同时此法中的程序编制及上机调试等大量工作无疑延长了设计周期,提高了设计成本。由于此处减速比及外形尺寸没有特别严格的限制,给设计留有一定的自由空间,因此我们采用查表法,选择传动比i1=4.9286、N
7、GW型行星减速机构。利用斜齿轮传动啮合性能好、重合度大的优点,采用一对传动比i图1MK-6型全液压钻机回转器结构图2=2.76的斜齿轮作为第二级传动。1—液压马达;2—齿圈;3—销轴;4—行星轮;5—密总传动比的如上分配符合传动副“前多后封板:6—轴承箱座;7—花键轴;8一主箱体;9—小齿轮;少”原则,回转器传动路线为:液压马达—行星10—大齿轮;11—配油套;12—主轴,13—卡盘;14—太阳齿轮减速机构—斜齿轮传动—主轴。轮;15—行星轮架;16—端盖整个箱体采用分体式结构,由4大部件组3.2机械密封装置成一个腔体(图1)
8、。从左至右分别为齿圈(2)、卡盘是动力头的重要组成部分,其主要功密封板(5)、轴承箱座(6)和主箱体(8),各相邻能是夹紧机上钻杆,向钻杆传递扭矩及轴向力。部件之间采用锥销定位,螺栓紧固联接。顺主该钻机采用Υ89钻杆,根据其输出扭矩和升降轴方向看,箱体外形呈近水平“8”字型,
