ANALYSIS OF HYDRAULIC POWER SOURCES DISPOSITION AND ENERGY CONSUMPTION FOR HYDRAULIC DRILL RIG

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机液并联驱动的工程钻机功率分配分析及工程试验

为实现工程钻机动力系统功率的合理分配,提出机液并联驱动系统的功率分配方式。通过分析该系统的工作原理,得出其传动部分的输出转速、转矩及总传动比的特性曲线;在此基础上,运用键合图理论建立系统功率键合图的物理模型,并推导出该系统的状态方程。基于系统功率流及能量的传递,辨识出系统的功率流及能量的传递由系统分配参数与外负载共同决定。通过构建系统各负载的数学模型,经数值计算得出各负载的关系曲线,结合AMESim软件对仿真模型进行数据分析及钻机工程试验,得出机液并联驱动系统在中高转速有着良好的输出特性,此时,系统的功耗低,钻机钻凿效率高。经分析,应用于钻机的机液并联驱动系统及功率分配方式可满足工程基础开挖的需求,同时为工程装备的动力系统设计提供理论支持和技术借鉴。

基于SPC煤矿用全液压钻机动力头装配过程质量控制

动力头作为全液压钻机的核心部件,其装配质量直接影响钻机的整体性能。探讨了如何应用统计过程控制(SPC)方法来提高煤矿用全液压钻机动力头的装配质量,通过分析动力头装配过程中的关键质量控制点并结合SPC控制图,建立一套系统的质量控制流程。结果表明,运用SPC可以有效监控和控制装配过程,减少质量波动,确保产品满足设计要求。

波动载荷下旋挖钻机动力头液压系统控制技术

在施工过程中,旋挖钻机的主要作用是成孔,传统旋挖钻机动力头液压系统,在波动载荷下控制的稳定性和控制效果较差,为了提高旋挖钻机动力头在波动载荷下的工作性能,设计一种针对波动载荷环境的旋挖钻机动力头液压系统控制方法。通过对旋挖钻机动力头液压系统的结构展开分析,根据分析结果建立数学模型,研究系统刚体在波动载荷下的受力情况;基于受力情况分析结果建立控制模型,分别控制系统的发电机、液压泵和负载,实现旋挖钻机动力头液压系统的发动机-液压泵-负载联合控制。实验结果表明:设计的方法控制稳定性高,且控制性能好。

钻机动力头的优化设计及对比

为解决钻机动力头在实际钻孔过程中由于地质条件不均匀而出现的振动影响钻孔效率和安全性的问题,在对全液压钻机动力头结构概述的基础上,基于ANSYS软件对其传动系统的固有特性进行分析;基于MATLAB软件构建了动态优化设计的目标函数、变量以及约束条件完成对传动系统关键参数的优化;基于ANSYS软件对优化效果进行综合评估,并达到预期效果。

大扭矩低矮型液控反井钻机关键技术研究

依据目前国内部分老矿井施工条件和钻井要求,分析研究了满足在老矿井井下狭小空间内钻进大直径井筒的大扭矩低矮型液控反井钻机关键技术,研发了反井钻机新型主机结构,主机宽度不大于1 600 mm、主机高度不大于3 700 mm,完成大扭矩低矮型液控反井钻机研制和应用。

基于ZYWL-2000G动力头传动系统的动态激励研究

在煤矿井下实现变速、变矩的动力头是钻机的重要零部件之一,其减速箱的内部激励主要包括齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差;外部激励主要包括原动机的扭矩波动以及负载的扭矩变化激励。在综合研究了内部激励和外部激励基础上,获得了ZYWL-2000G动力头内部激励力图和外部激励力图。可为研究动力头在动态激励下的响应和对动力头的进一步优化设计提供了一定的理论基础。

煤矿长套管水平顶管钻机关键技术研究

针对现有煤矿大直径、长距离水平定向输水孔套管敷设中存在的钻机给进能力不足、给进行程过短、套管规格适应性差等问题,设计了大直径、长套管水平顶管钻机。该钻机采用分体式结构,由箱式液压动力站和撬装式顶管钻机组成,方便运输及井场布局。设计带滑轨支撑的水平伸缩油缸钢丝绳倍速推进系统,在短机身运输长度下实现长给进行程,满足10 m长套管加杆作业需求;设计大扭矩动力头及夹持卸扣器,完成φ219 mm套管接头螺纹强力拧卸扣作业;最终实现10 m长φ219 mm螺纹套管安全高效水平顶管敷设。

大口径地面钻孔救援技术与装备发展

大口径地面钻孔救援技术多次在矿难救援中得到成功应用。但由于地层的复杂性、装备及工艺适配性不足等各方面的限制,影响了地面钻孔救援的施工效率。本文以矿难大口径地面钻孔救援装备和大口径钻孔快速钻进技术为主线,分析了目前地面钻孔救援技术存在的主要问题,并针对性地提出了应对措施,包括研发双动力头钻机、跟管钻进技术、高效套管焊接技术、潜孔锤钻进技术以及反循环钻进技术等,以期为今后矿难大口径地面钻孔救援施工技术及装备研发提供建议与技术基础,进一步提升钻孔救援的施工效率,加速构建科学的矿难救援体系。

碎软煤层双管定向钻具自动加卸系统关键技术与应用

为提高双管定向钻进钻孔施工时钻具加装和拆卸的自动化水平,提高装卸效率,开发一种双管自动加卸装置,实现不同工况下钻具的全自动装卸,解决双管定向钻进过程中钻杆和套管的同时加装和拆卸的技术难题,完成装置结构和控制系统的设计,运用末端柔顺技术,限制施工过程中装置承受的载荷,明确控制程序关键边界条件,制定不同工况下钻具自动装卸施工工艺流程。在安徽淮北矿业祁南煤矿展开工业性试验,试验顺利完成4个钻孔的施工,共进尺1170 m。试验过程中双管自动加卸装置运行平稳,能够满足不同工况下钻具组合的加装和拆卸需求。将原本需要2~3人密切配合才能完成的钻具组合自动装卸工作,变为依靠程序控制自动完成,钻杆和套管同时装卸和单独装卸平均效率较人工装卸分别提高了350%和110%,保证了双管定向钻进综合施工效率,减少了作业工人数量,降低了工人劳动强度,保障了施工安全。试验结果表明:双管自动加卸装置运行稳定可靠,施工工艺流程合理,装置各项性能满足双管定向钻进需求。研究成果为双管定向钻孔施工钻具的自动装卸提供了技术和装备支撑,为双管定向钻进技术在煤层气开采相关领域的推广应用奠定了基础。

煤矿井下瓦斯高效精准抽采定向钻进技术与装备

井下定向钻孔可实现超前、区域、精准瓦斯抽采,是煤矿区瓦斯资源开发的重要技术手段。针对煤矿井下全域化高效精准瓦斯抽采需要,在“十三五”国家科技重大专项支持下,研发了井下旋转地质导向定向钻进技术装备、碎软煤层双动力头双管定向钻进技术装备、井下大直径高位长钻孔定向钻进技术装备等3种适用于不同含煤地层、不同类型瓦斯抽采定向钻孔施工的重大技术装备。其中井下旋转地质导向定向钻进技术装备的单根钻杆自动上卸时间55 s,典型故障诊断准确率90%,随钻地层探查距离≥0.5 m,旋转导向造斜力达到1.4 t,最大成孔深度达到820 m,提升了定向钻探装备智能化水平,实现了煤矿井下定向钻进从“几何导向”到“旋转地质导向”的跨越;碎软煤层双动力头双管定向钻进技术装备的套管动力头额定转矩6000 N·m,钻杆动力头额定转矩3000 N·m,护孔筛管直径达到Ф75 mm,0.3≤f≤0.5(f为煤岩层坚固性系数)的碎软煤层中孔深250 m以上钻孔的成孔率达到75%,将定向钻进适用地层范围由f≥0.8拓宽至f≥0.3,实现了碎软煤层区域递进式瓦斯抽采;井下大直径高位长钻孔定向钻进技术装备的额定转矩23000 N·m,一次成孔直径153 mm,一次扩孔直径300 mm,最大成孔深度达到1071 m,提升了顶板高位定向钻孔成孔直径,为“以孔代巷”采动卸压瓦斯抽采提供了技术装备支撑。以上技术装备显著提高了煤矿井下瓦斯抽采定向钻孔的成孔能力和瓦斯抽采效果,推动了煤矿井下瓦斯抽采技术进步,保障了煤矿安全高效绿色开采。

旋挖钻机动力头的模态分析与改进

旋挖钻机是工程施工成孔工艺应用最为广泛的一种设备,动力头是驱动钻具成孔的核心部件,其性能直接决定了旋挖钻机的性能。本研究对动力头进行了结构力学分析以及模态分析,得出动力头箱体最大应力发生在减速器与动力头箱体连接处,最大应力为222.07 MPa,Q345A材料能够满足要求,最大位移0.4042 mm,变形量小,模态分析1阶频率为126.42 Hz,动力头内部最大激励频率为50.93 Hz,动力头不会发生共振。本研究通过有限元分析从结构力学分析与模态分析角度出发对动力头改进提出了建议。

自动续杆液压钻机的设计及仿真分析

为进一步提升液压钻机在实际生产中的钻孔效率和安全性,结合实际需求确定了自动续杆液压钻机的主要技术参数,并完成了液压钻机的总体结构设计;重点对自动续杆液压钻机的自动续杆机构和动力头装置进行设计;最后,对负载缓慢增加工况下,所设计液压钻机的响应特性和控制的稳定性进行仿真分析,得出理想结论。

河南某金矿项目绿色勘查技术研究与实践

河南省绿色勘查实施情况不太理想,急需通过绿色勘查示范工程的建设,规范勘查工作的全过程。通过河南某金矿生产勘探项目绿色勘查技术的研究与实践,从设计上探索了“以钻代槽”、“一基多孔,一孔多支”技术;在施工方面,从钻机的选型、设备的搬迁、场地的建设、冲洗液的配置和管理以及场地的修复等方面全面研究和探索了绿色勘查技术,总结了一套适合豫西南地区的绿色勘查工作流程,即从设计上采用先进的绿色勘查理念,减少勘查工作对植被的破坏;施工中尽量采用可拆卸的模块化钻机及轻便式配套设施、设备的搬迁采用便携式搬迁设备,施工场地的建设尽量选用轻便的、可移动的、可重复利用的设施,减少占地面积,施工中产生的垃圾及废浆集中运至有处理能力的单位集中处理,在最大程度上减少占用土地、植被破坏和对环境的影响。通过示范项目的实施形成以点带面营造示范带动效应,将绿色勘查的成功经验逐步推广到以后的项目施工中。

旋挖钻机动力头液压系统全局功率匹配研究

为减少旋挖钻机在作业时由负载波动所引起的功率匹配损失,提出了旋挖钻机动力头液压系统全局功率匹配节能控制方法。以220型旋挖钻机为研究对象,基于AMESim软件,建立了传统恒功率控制系统模型和全局功率匹配控制系统模型,并对比分析了不同的负载下的经济指标和性能指标。研究结果表明,全局功率匹配节能控制系统相比传统的恒功率系统节省燃油约6%,提高了能源利用率,延长了设备使用寿命。

全液压钻机负载敏感控制系统研究

针对目前钻机钻进效率低、自动化水平不足等问题,以ZDY540全液压钻机为被控对象,将负载敏感控制技术和PLC自动控制技术应用于钻机操作系统中,设计出一种基于PLC的钻机负载敏感控制系统。具体介绍了全液压钻机负载敏感技术的工作原理,负载敏感控制系统中硬件组成和各功能的自动化实现过程及其控制原理。试验测试表明,该控制系统实现了钻机操作的自动化,提高了钻机工作效率,验证了控制系统的可行性。

基于转速感应的液压旋挖钻机功率匹配模糊控制

基于液压旋挖钻机负荷多变条件下的节能降耗要求,提出转速感应控制的负荷极限控制匹配方法。利用负荷变化引起的转速偏差的检测反馈,调节变量泵的排量,改变泵的吸收扭矩,控制发动机输出转速工作在能耗较低的转速范围,实现发动机与变量泵间的功率匹配;通过模糊自适应在线自整定调节PID参数,优化变量泵在不同工况下的变量调节性能,提高系统对负荷变化的适应性,实现发动机-变量泵系统的最佳效率匹配。经过在液压旋挖钻机平台上的试验论证,该方法达到了优化的目的,功率匹配效果显著。

我国水井钻探装备的发展及应用

随着我国经济建设的进一步发展,水井钻机研制也呈快速发展的趋势,通过引进消化吸收国外先进的钻探设备与工艺,推动了我国水井钻机设备制造业水平的提高,缩小了与世界先进水平的差距。结合我国实情,全面论述了水井钻机的分类和使用特点、钻探新技术的推广应用情况,并对我国水井钻机发展进行了综合分析,提出了一些看法和设想。

全液压动力头式钻机拖板的应力分析

应用CAD软件,对ZDY6000LD(A)型全液压坑道钻机配用的大功率打捞回转器拖板进行三维建模,并利用ANSYS有限元分析软件对其进行结构分析。模拟了拖板在钻机给进和起拔工况下拖板的应力、应变分布情况,论证了所设计拖板结构的合理性,并对今后同类产品的设计提供了参考依据。

YDX-2型全液压岩心钻机的研制

根据我国国情,分析国内外岩心钻机的情况,研制了YDX-2型全液压岩心钻机。介绍了该钻机的主要技术路线、技术参数和结构特点,以及该钻机的野外生产试验情况。