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水平定向钻机工作原理

内容摘要:在水平定向钻机施工过程中,需要使用与钻机功率相匹配的泥浆液搅拌装置,对于钻头的钻进和壳壁的支撑保护有着十分重要的作用。

来源:www.dzslgd.com 发布人:非开挖公司 发布日期:2016-10-30 11:41:27
   在水平定向钻机施工过程中,需要使用与钻机功率相匹配的泥浆液搅拌装置,对于钻头的钻进和壳壁的支撑保护有着十分重要的作用。
  水平定向钻机工作原理
  1.1水平定向钻机结构配套的新型泥浆搅拌装置的结构
  该新型搅拌装置结构简单,分为以下几大系统;汽油机泵与搅拌罐间通过软管连接系统,该系 统由汽油机泵、软管、Y型过滤器、弯头等组成,其特点为:汽油机泵不断地将泥浆液通过Y型过滤器 不停地搅拌;罐顶部喷管系统,该系统由内外丝接头、喷管、圆柱连接体、弯头、过滤罩、三通、管 道内文丘里喷嘴、弯头、垫圈、锁紧螺母、塑料管、内衬喷嘴组成,内外丝接头固定在喷管上,喷管固 定在三通上,弯头、过滤罩固定在圆柱连接体上,圆柱连接体固定在三通上,内衬喷嘴固定在管道内文 丘里喷嘴上,管道内文丘里喷嘴、弯头固定在塑料管上,垫圈、锁紧螺母固定在搅拌罐上等组成,固 定在搅拌罐的上面,其特点为:一方面对搅拌罐内的混合液不断搅拌,另一方面在系统循环的同时通过罐顶部喷管系统内的文丘里喷嘴而形成的负压,经进料塑料软管将膨润土自动吸入搅拌罐内,可迅 速完成搅拌罐内泥浆的配比要求;下部喷管系统,该系统由罐内文丘里喷嘴、加强筋、罐内喷嘴、内 锁紧螺母、软垫圈、外锁紧螺母、弯头、水管、外垫圈组成,其特点为:罐内文丘里喷嘴焊在加强筋 上,由大小头、直圆管、管径扩大管组成,罐内喷嘴一端焊在加强筋上,另一端固定在内锁紧螺母 上,其头端为大小头,内锁紧螺母、软垫圈、外锁紧螺母、外垫圈固定在搅拌罐上,水管固定在弯头 上,弯头固定在外锁紧螺母上。
  1.2水平定向钻机配套的新型泥浆搅拌装置的结构的工作原理
  先将水通过加水口10注入罐内,汽油机泵将水从底部胶管1吸入并打入进水胶管3,经Y型过 滤器5过滤,分为两路:一路经罐顶部喷管系统9
  从罐体11顶部喷下;另一路经四通阀14和胶管15从底部喷管系统2喷出,以此可大大地增加搅拌效 率;同时罐顶部喷管系统9利用系统内的文丘里喷嘴产生的负压将膨润土从塑料管7内吸入并与水液 混合搅拌,混合液在罐体11内得到不断循环搅拌,从而达到配制泥浆液的目的。另外,水与膨润土的 配比可通过膨润土的吸入量来控制。一般十分钟左右即可完成1700L液体的配制。
  水平定向钻机结构
  2.1水平定向钻机结构——底盘的结构
  水平定向钻机的底盘是指机体与行走机构相连接的部件,它把机体的重量传给行走机构,并缓和 地面传给机体的冲击,保证水平定向钻机行驶的平顺性和工作的稳定性,底盘是水平定向钻机的骨 架,用来安装所有的总成和部件,使整机成为一个整体。水平定向钻机底盘目前的结构一般为液压驱 动,刚性连接式车架,底盘主要包括车架及行走装置,车架为框架焊接结构,上面有发动机、油水散 热器、燃油及液压油箱、操纵装置等的安装支架;底盘的行走装置主要包括驱动轮、导向轮、支重轮、 托链轮、履带总成、履带涨紧装置及行走减速机、纵梁等组成、行走装置中左、右纵梁分别整体焊接 后,与中间整体框架式车架用高强度螺栓连接成为一个整体车架。底盘的车架后端可两个蛙式支腿或 两个垂直的支腿,可有效降低支腿部分重量及简化结构,水平定向钻机工作时支腿支起,增强整车的 稳定性。底盘的行走减速机目前一般用进口的内藏式行星减速机(包括马达)或两点式变量马达减速机, 可进口帝人或其它厂家的产品,行走时能够实现行走快慢双速,输出扭矩大、结构紧凑。底盘的行走 装置主要包括履带张紧装置、 橡胶履带总成、驱动轮、导向轮、支重轮及行走减速机等组成。底盘的 橡胶履带有两种结构方式可选择,一可采用BRIGESTONE公司的整体式橡胶履带;二可采用 BERCO公司的组合式橡胶履带的结构,二者相比前者结构简单,节距较小,车架高度较低,但后者 强度高,可承受更大的载重量,损坏后可以更换,驱动轮、导向轮、支重轮、履带张紧装置都可直接 配套。底盘的履带张紧装置由张紧油缸、张紧弹簧、导向轮、油杯等组成。 
 2.2水平定向钻机结构——发动机系统的结构
  水平定向钻机的发动机系统一般包括发动机、散热器,空滤器,消音器,燃油箱等。一般水平定 向钻机设计时发动机选用国外的John Deere增压水冷发动机或选用美国康明斯公司的增压中冷发动 机,为了适应不同用户的需求,也可选装国内的二汽东风的康明斯发动机及玉柴等厂的发动机。其水 散热器、空滤器等附件选用国产配套件,燃油箱自制。
  2.3水平定向钻机结构——动力头的结构
  水平定向钻的动力头的结构一般由一个高速马达驱动减速机,由减速机驱动动力头,由减速箱输 出轴驱动钻杆转动,输出轴中空。动力头有以下功能:驱动钻杆钻头回转;承受钻进、回拖过程中产 生的反力;泥浆进入钻杆的通道。目前国内水平定向钻的动力头结构基本一样,不同点在于:减速机 的选型不一样:同吨位的水平定向钻选不到完全相同的减速机,所以各厂家的该减速比和性能参数有 所变动。动力头的减速比不一样:由于减速机传动比的改变,所以动力头的减速比也有变动。目前, 动力头的传动方式主要有链传动和齿轮传动;如CASE钻机的动力头的传动方式为链传动:链传动 的优点是结构简单,制造容易,缺点是传动平衡性差、寿命短、输出扭矩小。DITCH WITCH公司钻机的动力头的传动方式为齿轮传动;齿轮传动的优 点是传动平衡、使用寿命长、输出扭矩大;缺点是制造要求精度高。另外动力头推拉装置是动力头回 拉或进给运动的执行机构,一般由一对低速大扭矩马达驱动一对减速机,由减速机驱动链轮链条机 构,由链轮链条机构向动力头提供进给力或回拉力。动力头推拉装置目前各厂家不同,如DITCH WITCH公司的链轮条机构;该机构的优点是工作速度快,工作平稳,结构紧凑,成本适中。缺点是 链轮链条受力较大;CASE公司的链轮链条倍力机构;该机构的优点是链条受力是推拉的一半,工作 平稳;缺点是工作速度慢,结构尺寸大,成本高;国内廊坊双油缸机构。该机构的优点是回拖力大于 钻进力,成本较低;缺点是结构尺寸太大,工作的平稳性差,使用寿命低,不能用于自动化要求高和 自行走的机型上等。
  2.4水平定向钻机结构——钻杆装卸的结构
  目前水平定向钻机钻杆装卸机构 :该机构一般由钻杆、钻杆箱、钻杆起落、能伸出缩回的梭臂、 钻杆列数自动选择装置等组成。国内外各厂家的结构不尽相同,主要在钻杆的存取、输送上有差别, 有的采用人工存取钻杆,人工装卸钻杆方式作业不仅效率低而且增加了操作人员的劳动强度;有的采 用四连杆机构存取钻杆,但它们普遍利用弹簧的回缩力作为夹紧力,经常出现钻杆脱落等事故,工作 不可靠,不但影响作业效率,而且可能引起已钻孔的坍塌、埋钻等重大事故;有的采用旋转结构输送 钻杆,该机构可较方便地装卸钻杆,减轻操作者的劳动强度,提高工作效率。该机构采用柔性进给装 置,协调性较高。需对钻杆的升降、梭臂的伸缩、动力头的位置、装卸完成的检测等功能进行逻辑控制,实现多动作间的自动切换,控制系统采用先进 的PLC控制;总之,上述的动作过程及逻辑控制基本相似,以DITCH WITCH公司的最为先进,沟神的液压抓手、梭臂液压止动、丝扣油自动涂抹、列 数自动选择装置等功能,已被作为钻杆存取的速度、可靠性、效率方面的行业标准。
  2.5水平定向钻机结构——虎钳的结构
  水平定向钻的虎钳位于钻机的前部,由前、后虎钳组成。前、后虎钳都可由液压油缸径向推动卡 瓦来夹持钻杆,且后虎钳可在液压油缸的作用下与前虎钳产生相对旋转,前后配合以便钻杆拆卸。国 内除沟神公司外各厂家的结构相似,沟神公司的整个虎钳是装在浮动支撑座上,以保护虎钳在钻杆装 卸时免受冲击。
  2.6水平定向钻机结构——锚固装置的结构
  水平定向钻的锚固装置的作用是在作业时对整机起稳定、锚固作用,提高整机作业稳定性,该部 件位于整机的前端。目前各厂家普遍采用的是螺旋钻进机构;用低速大扭矩马达驱动螺旋杆,用液压 油缸施加推、拉力进行钻进或钻出,各厂家在具体结构上略有差别。另外,水平定向钻机锚固装置配 合整机外形的设计上,一般采用了两种方案:地锚阀放在锚固装置,结构布置方便,布管容易;后者 地锚阀另行放置如放在发动机罩内等,但彻底改变了主机的造型和外观。
  2.7水平定向钻机结构|——导向系统
  水平定向钻的目前导向系统有手持式跟踪系统和有缆式导向系统。前者经济,使用方便,但要操 作人员直接到达钻头上方的地面,易受地形、电磁干扰及探测深度的限制,多在中小型钻机上使用; 后者可跨越任意地形,不受电磁干扰,但复杂,使用麻烦,效率低,价格高。目前国内市场上主要有 DCI公司的Digitrak导向装置、雷迪公司的RD386型导向仪等,以DCI的应用最为广泛,精度和数据 处理速度更快,技术较为先进,用户反应较好。
  2.8水平定向钻机结构——泥浆系统的结构
  水平定向钻的泥浆系统由随车泥浆系统与泥浆搅拌系统组成 ;泥浆搅拌系统用于泥浆混配、搅拌、向随车泥浆系统提供泥浆,随车泥浆系统将泥 浆加压,通过动力头、钻杆、钻头打入孔内,以稳定孔壁,降低回转扭矩、拉管阻力,冷却钻头。发 射探头,清除钻进产生的土屑等。随车泥浆泵采用液压马达驱动方式,选用FMC公司的活塞泥浆泵 或国产的衡阳的活塞泥浆泵,最大流量450L/min,泥浆流量大,可确保泥浆要求:泥浆搅拌系统的要求:搅拌系统应具有搅拌快速均匀、提供大流量泥 浆、可调节泥浆配比、搅拌与输送同时进行等功能,搅拌系统装置包括料斗、汽油机泵、搅拌罐、车载 泥浆泵、相关管路等,泥浆搅拌泵可选用日本等公司的产品。泥浆罐容量为500加仑和1000加仑两种 泥浆系统,用户还可选用两个泥浆罐并联,一个搅拌一个供应泥浆。

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