千米定向钻机液压系统在井下钻探中的性能分析

千米定向钻机液压系统在井下钻探中的性能分析

杨浩

青岛地矿岩土工程有限公司山东省青岛市266100

摘要：对于千米定向钻机而言，主要是井下进行长钻孔作业的重要设备，不仅要对超千米深孔进行稳定的钻进，也能够适应各种地质的条件，现如今对于液压系统的设计通常情况下仅仅关注其功能的实现，没有能够充分的考虑负载出现后的系统运行影响，所以对于千米定向钻机在井下钻探中负载变化适应性进行研究，是作为提高其设备性能的重要内容。在本文中，主要对千米定向钻机液压系统在井下钻探中的性能分析，在此基础上提出下文的内容，希望能够为同行业工作人员提供相应的参考价值，进一步促进千米定向钻机液压系统的应用。

关键词：千米定向钻机；液压系统；井下钻探；性能；分析

引言

在进行煤矿井下钻孔的时候，千米定向钻机是水平钻孔过程中的重要设备之一，伴随着我国的煤矿开采深度在逐渐的加深，千米定向钻机是需要兼备应对复杂的地质煤层条件以及超千米的钻孔能力，通过和千米定向钻孔的方式进行对比，煤矿传统的分体式钻机是需要采用手动定量泵或者定量泵作为其钻探时的主要动力源，同时传统的恩分体式钻机是需要在系统功能上集中了液压系统的设计工作，没有能够充分的考虑到外面负载的变化情况对于钻机的稳定性影响，因此要引起足够的重视。

1.千米定向钻机液压系统的概述分析

对于给进装置以及回转装置而言，是作为千米定向钻机执行时的重要动作机构，对于钻机而言，其回转装置的组成主要包括以下几个方面的内容：一是为片盘；二是主轴；三是斜齿轮减速机构；四是行星轮减速机构；五是马达等等。为了能够更好的去满足深层煤炭开采时候的地质变化情况，钻孔的时候，千米定向钻机是需要具有着比较小范围的波动以及回转转速。在钻头进行给进的时候，恒压变量泵是可以输出持续稳定的压力，在出现钻头过载的情况下，敏感单元是可以快速的去降低给进压力以及流量，使其可以达到保护钻头工具的最终目的。所以针对于恒压变量以及负载敏感单元来说，主要是作为该液压系统性能的重点分析。

2.分析钻进液压系统的性能

2.1液压回转回路的分析

针对于系统液压回转回路而言，其主要是存在着负载敏感方面的特性，因此为了能够方便进行分析，是需要建立起相应的仿真模型，从而对其回路的负载敏感阀，仿真是可以通过介乎在于可以控制节流口进行相应的模拟，假如其系统的压力存在着比较明显的变化，那么其压力油在经过限压阀以及负载敏感阀对其泵排量做出相应的调整，这样便是完成了对其泵压进行相应的调整。在此之外将其处于在变化状况之下的负载阻力矩施加到这个模块之中，能够发现泵口以及马达的入口出现了压力方面变化的情况，同时也和负载阻力矩出现变化情况相同，其压差也保持在固定的状态下。并且根据其钻杆的钻速出现变化情况可以发现，系统在处于带载启动状态的情况下，那么转速将会存在着短暂的波动，之后将会进入到相对来说比较稳定的状态下，根据其仿真进行分析之后可以得出，该回路上是存在着相对比较明显的负载敏感特性，并且在处于负载变化的状态时候，钻杆回转的速度并没与存在着比较大的波动，这样也直接的说明了该系统是存在着较为良好的刚性。

2.2液压给进回路分析

针对于系统的液压给进回路而言，主要是存在着恒压变量的特性，对于该回路而言，主要是包括了变量泵，然而给进油缸主要是受减压阀进行控制，从而去完成了加压钻进以及减压钻进等工作。为了能够方便进行分析，也需要建立起相应的仿真模型，该模型的钻杆数量主要是为四百根，每根的重量为三十二千克左右，回路是在初始的状态下，其中换向阀是在左端，这个时候活塞杆是需要保持固定的，整个缸体开始向着右端去进行移动。通过对其钻杆给进时候的负载变化以及泵口流量和液压缸的实际位移和压力等情况进行分析后可以得出，给进时候的缸筒所出现的位移变化是较为平稳的，并且泵口的流量在达到了最大之后，压力处于稳定的状态下，主要是为二点六八兆帕，然而在缸筒位移多了最大后，这个时候泵口的流量几乎是为零，这个时候压力是可以提高到最大值。通过对其进行深入的分析之后可以得出，在这时候回路给进时候的压力是可以保持在稳定的状态之下，并且完成了给进工作，或者是出于过载状态的时候，流量可以在比较短的时间内恢复到保持内泄时的状态，这样对能量的损耗控制工作是十分有利的，同时还能在一定程度上更好的保证系统稳定的运行。

2.3关于液压系统的性能措施分析

针对于千米定向钻机而言，其液压系统在进行测试的过程中是需要在专业的测试试验台上进行完成，与此同时也需要根据其相关的要求施加一定程度的转矩负载，在一百八十九牛米到六千五百七十六牛米的范围之内，在每运行了一分钟之后进行一次采样的工作，一共是需要完成二十次的采样工作。根据其系统的压力以及转速试验所输出的结果可以发现，泵压的实际输出不仅仅是具有着和施加的阻力矩基本相同的变化情况，也可以将其能够稳定在二十七兆帕左右的范围之内，主要是为额定的压力。在此之外，转速自身的实际输出变化情况也是可以处于在相对比较平稳的状态之下，所以针对于该系统来说，其负载敏感特性是相对来说较为显著的，因此针对于这点内容来说，必须要引起相关工作人员的高度重视，从而在一定程度上保证系统可以稳定的运行。

总结

通过上述分析得出，首先根据千米定向钻机对于超千米深孔进行稳定的钻进，同时自身具有着良好的适应工作负载不稳定变化的要求，通过对其恒压变量进行控制，从而合理的去改造液压系统的回转以及给进两个回路，对其二者进行分组的控制。并且液压回转回路以及负载敏感泵以及液压马达等为主，液压给进回路则是根据变量泵以及双作用油缸等为主。其次在分析和掌握了液压系统的构成以及特性的前提之下，可以采取仿真的方法对其系统性能进行下一步的分析，在不同的回路上是具有着不同的特性，在回转回路上特性主要是为负载敏感，然而给进回路则是为恒压变量。根据其仿真结果中看到，在负载持续进行变化的时候，液压回转回路是存在较为显著的特性，主要是为负载敏感。然而液压给进回路是可以站在给进的过程中压力保持在恒定的状态之下，并且给进完成后或者是出于过载状态的情况下，流量时候可以在比较短的时间之内恢复到内泄的状态下，这样针对于能量的损耗控制十分方便。最后站在专业的检测试验台上对其液压系统的性能做出相应的测试，其结果表明系统的刚性比较好，存在十分显著的特点。在井下钻探实践后这种液压系统也是可行的，不仅可以减少因为负载出现波动对钻机自身带来的冲击，也是可以避免过剩的压力出现，存在良好的节能效果。

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