矿用钻机换杆装置及其控制系统设计

针对目前煤矿坑道钻探施工中因孔位较高、开孔角度大而造成的装卸钻杆操作困难和存在安全隐患的问题,设计了矿用钻机换杆装置及其控制系统。钻机换杆装置与钻机动力头的主动钻杆、夹持器配合动作,用中间加(卸)杆的方式实现钻杆的装卸。控制系统以矿用本质安全兼隔爆型液压控制器为核心,通过脉宽调制(PWM)信号和开关信号分别驱动控制比例电磁阀和换向电磁阀,从而调节油缸的伸缩速度;通过磁致位移传感器将比例电磁阀驱动的油缸伸缩长度信号反馈给控制器,形成油缸伸缩位置闭环控制。试验结果表明,矿用钻机换杆装置能够匹配现有型号钻机,满足大高度或大角度的侧帮钻探施工中的自动装卸钻杆的需求,提高了钻探施工效率和换杆操作的安全性。

煤层气车载钻机配套换杆装置的研制及应用

目前,煤层气车载钻机换杆大多采用人工辅助的方式,效率较低,且存在安全隐患。为提高换杆效率和操作安全性,开发了HG-2型换杆装置,该装置由车载钻机提供液压动力源,简化了结构并降低了使用成本;利用提升架完成钻具从地面到换杆装置平台的转运,工人劳动强度低;夹持器具有2个方向的浮动功能,保证拧卸钻杆时螺纹不受损伤。该换杆装置在晋城配合车载钻机完成了现场试验,满足钻杆及钻铤的换杆需求,提高了换杆效率,降低劳动强度的同时提高了安全性能。

煤层气钻机自动换杆装置底座失效分析及优化设计

自动换杆装置主要用于辅助煤层气钻机进行钻具更换工作,通过液压控制底座、给进机身、斜撑油缸等部件实现钻具与钻机动力头的自动对接,进而实现钻具的自动加卸。底座是自动换杆装置重要的一部分,主要作为给进机身及其他部件的支撑体。底座在设计完成后进行加工和安装调试,对其失效原因进行了分析,并采用有限元软件验证,确定了优化方案。优化后的底座进行了返修和再次调试,试验证明改进能够满足使用要求。

换杆装置夹持器的有限元分析及优化

换杆装置是车载钻机的主要配套装备,夹持器是换杆装置的关键部件之一,夹紧钻杆同时配合其他工作机构完成钻杆的推送、俯仰、上卸扣等动作,其性能的好坏直接影响到上下钻杆的效率。根据其功能要求,对设计方案进行有限元分析和优化,分析结果显示最大应力点出现在支撑臂与油缸连接的销孔处,通过支撑臂局部加厚和加肋板的方法来提高薄弱点结构强度,经有限元分析验证,支撑臂结构强度满足结构使用要求。

HG-2型车载钻机换杆装置研制

为解决车载钻机起下钻过程中工人劳动强度大、效率低、易造成安全隐患的难题,研制了一款全液压自动换杆装置。通过升降装置将钻杆抬升至给进机身钻杆托盘上,机身与底座、夹持器等配合车载钻机动力头完成加卸钻杆工作;操纵台安装于底座平移支腿两侧,形成了功能分割,实现了减员增效。针对现场工业性试验中动力头主动接头与钻杆对接烧扣的问题对夹持器进行了优化设计,增加了夹持器左右、上下2个自由度,构成了上扣过程中动力头主动接头与钻杆接头三自由度浮动,解决了丝扣烧结问题。

坑道钻机换杆装置设计

随着自动化技术在煤矿的应用,国内中大型煤矿开始使用自动化坑道钻机进行施工作业。换杆装置作为自动化坑道钻机的重要组成部分,主要作用为抓取钻杆,并与其他部件配合实现钻杆上卸扣,其结构合理性直接影响自动化钻机的使用效果和运行效率。对换杆装置的钻杆平台和换杆机械手进行设计,并对机械手在结构自身重力及钻杆重力下进行有限元仿真分析。结果表明,机械手中心与夹持器中心的偏差满足设计要求,能够保证钻杆准确输送。最终通过样机试验验证了设计及仿真的正确性,为煤矿井下坑道钻机换杆装置设计提供了新的解决方法。

煤矿用自动换杆液压钻车的研制

为了提高钻孔效率,降低工人劳动强度,研制了煤矿用自动换杆液压钻车。阐述了煤矿用自动换杆液压钻车的整体方案、工作原理和主要部件的设计思路。该煤矿用液压钻车采用全液压驱动、履带式,配有自动换杆装置,结构紧凑,能够在狭小的巷道内通行,具有较好的井下施工性能。