煤炭技术方面有关论文范文集,与千米定向钻机液压系统在井下钻探中的性能相关论文提纲

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[摘 要]随着煤矿开采深度的增加,地质条件和煤层赋予情况非常复杂,给千米钻孔工作带来了一定的困难.本文以TYR-800型千米定向钻机为例,重点研究了该钻机液压系统的负载敏感和恒压变量性能,并通过试验和应用验证了该系统的稳定可靠性.本文研究为深层煤炭开采设备的研发提供了可靠依据.

[关 键 词]煤矿开采；千米定向钻机；机械性能

引言

在煤矿井下钻孔中,千米定向钻机是水平钻孔的主要设备.随着煤矿开采深度的增加,千米定向钻机要兼备应对复杂地质煤层条件和超千米钻孔能力.和千米定向钻孔方式相比,煤矿传统的分体式钻机需要手动定量泵或定量泵作为钻探动力源.这种动力系统是由液压阀控制整个系统的方向、流量和压力,存在着发热严重、功耗损失大等等问题,不能满足日益加深的钻孔需求.同时,传统的分体式钻机是在系统功能上集中了液压系统设计,没有考虑到外负载变化对钻机响应速度和稳定性等性能的影响.

1千米定向钻机液压控制系统

给进装置和回转装置是千米定向钻机的执行动作机构.片盘、主轴、斜齿轮减速机构、行星轮减速机构以及液压动力马达组成了整个钻机的回转装置.二级减速机构将变量马达的动力传输给钻机主轴,被片盘夹紧的钻杆和钻机主轴同时转动.采用双液压缸结构构成的给进装置具有固定活塞杆的液压缸,刚体活塞移动带动回转器一起完成钻杆的起拔和给进.为了适应深层煤炭开采的地质变化,钻孔过程中的千米定向钻机需要有更小范围的波动和回转调速,所以,钻机液压系统必须要提供适应负载变化的回转压力和更加稳定的给进力输出.该液压系统的负载敏感单元具有流量恒定、调速方便、负载适应力强等特点,在钻头给进过程中,恒压变量泵能够输出持续稳定的压力,当发生钻头过载现象时,敏感单元能够迅速降低给进压力和流量,以达到保护钻探工具的目的.因此,恒压变量和负载敏感单元是该液压系统性能分析重点.如图1所示.

2千米定向钻机液压控制性能分析

（1）负载敏感单元性能

建立回路回转仿真模型,采用可控节流口对负载敏感阀进行模拟,当钻到一定深度遇到钻头压力的突然变化后,进入限压阀和负载敏感阀的液压油会排入斜盘油缸和变量油缸,从而调整了液压泵的输出压力.

在回路回转仿真模型中施加负载变化的阻力矩,如图2所示,得到了如图3所示的马达和泵口的压力变化曲线.由此看出,负载阻力矩、马达口压力以及液压泵口压力变化是一致的.

施加负载敏感单元阻力矩后钻杆的速度变化如图4所示.由此看出,在系统刚刚启动瞬间,带有负载的钻杆会出现较短时间内的转速波动,随着动力系统输出的稳定转速趋于稳定.由此仿真研究可以看出,千米定向钻机的负载敏感单元性能显著,在带有负载情况下的钻机启动,钻杆的回转速度变化较小,说明该液压系统的刚性良好.

（2）恒压变量性能分析

恒压变量供油泵提供给进回路的动力,利用该单元的减压阀将供油泵压力输出阀门调整,从而达到减压、加压钻孔.通过建立的恒压变量单元模型,参数设定为：350根钻杆,每根钻杆的质量均为29kg.仿真模拟的初始阶段将换向阀设定为最左端,也就是说采用采用左控双缸进油给进,保持活塞不动的情况下,向右移动缸体.该过程中钻杆的负载变化如图5所示,图6为该过程中液压泵口流量、泵口压力以及液压缸位移的曲线变化.

上述图中可以看出,在钻杆给进的前15秒,出现了最大泵口流量,此时液压泵输出压力恒定,液压缸缸筒移动速度稳定；当液压缸缸筒运动到最大位移时,液压泵口流量变为0,同时整个恒压变量单元达到最大额定压力.通过分析可知,该单元在给进过程中回路保护稳定的给进压力,当出现过载或给进到头时,为了减少有效能量的损耗,恒压变量单元迅速将供压状态转变为内泄状态.

3试验分析应用

（1）井下坑道钻机性能试验

本文采用专业的井下坑道钻机性能测试平台进行试验.平台组成为三部分：计算机综合测试系统、测试加载系统、钻机固定平台.其中计算机综合测试系统对试验得到的所有钻机性能数据进行自动采集、分析、存储、报表打印及变化曲线绘制,是整个试

验平台的数据处理中心和整个液压系统的最终测试输出；测试加载系统由加载系统平台、给进起拔加载装置和回转加载装置组成.其中测功机、变速器、转速转矩传感器、增速器组成了回转加载装置.可以测试千米定向钻机在回转过程中的效率、转速、转矩以及功率.固定支座、拉杆、拉压力传感器、、节流阀以及液压动力缸组成了系统的给进起拔加载装置.可以测试千米定向钻机在没有回转情况下的起拔力和给尽力.整个钻机试验平台可以满足各种型号的千米钻机安装需求,用具有良好吸振效果的材料铸造而成.

（2）负载性能测试

利用上述试验平台来测定千米定向钻机的性能,施加最大转矩负载为7013Nm,最小转矩负载为204Nm,一共进行20次采样,每分钟一次.通过试验结果可知,千米钻机液压系统的压力输出和阻力矩变化趋势相同,在31MPa状态下达到稳定,且具有变化平稳的钻杆转速.由此推断,千米定向钻机液压系统的负载敏感性能非常好.此ࣨ

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4结论

通过千米定向钻机液压系统仿真实现,对该系统的恒压变量和负载敏感性能进行了模拟.结果现实,回路回转负载敏感单元在变化负载情况下能够表现出卓越的机械性能.恒压变量单元保证了系统在过载或钻孔终点时迅速将输出压力变换为内泄,有效的降低了系统能量损耗.通过专业平台试验表明,该钻机的液压系统具有非常好的刚性和负载敏感性.通过在开滦唐山矿井下巷道水平钻孔应用肯出,千米定向钻机液压系统运行稳定,具有良好的节能效果.

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