浅谈改进KY―250D牙轮钻机液力大钳措施

摘 要 KY―250D型牙轮钻机，穿孔直径250 mm，标准孔深17.5 m。为了实现钻具的自动拆卸，减轻工人劳动强度，该机配备了一台液力大钳，安置在钻架小平台上，替代了原来依靠人工操作的B型吊钳，进一步实现了机械化操作。在实际使用中，该装置有时不能很好地完成卸扣作业，主要表现为：卡爪啃钻具，造成钻杆损伤。根据以上现象，有必要对液力大钳的受力情况进行分析，以便进行改进，更好地发挥其使用功能。笔者结合自身多年实际工作经验，参考大量文献资料，分析了KY―250D牙轮钻液力大钳打滑和啃钻具的原因，并提出了改进措施，以其为有关KY―250D牙轮钻机使用者或维修者提供参考。

关键词 改进 KY―250D 牙轮钻机 液力大钳 措施

中图分类号：TD421.2 文献标识码：A

1 KY―250D牙轮钻机液力大钳概述

1.1液力大钳的机械构造

液力大钳由支座、大臂、转臂、钳臂、卡爪及3个油缸组成，通过各部件的相互配合，使卡爪能够将钻杆可靠地锁住并旋转，完成卸扣作业。

1.2液力大钳的液压控制

大钳由安置在司机室内的手动阀远程操作，在液压系统中为大钳的3个油缸共设置了4个顺序阀，分别控制3个油缸的动作顺序。其工作原理：当操纵杆前推时，A腔进油，首先由大臂油缸将大钳移到钻孔中心，使卡钳的两个卡爪与钻杆靠紧；然后当系统压力上升到8 MPa时，顺序阀A联通，使抱紧油缸动作，推动钳臂将钻杆抱紧；最后当系统压力上升到12-17MPa时（实时调整），顺序阀B联通，使卸扣油缸推动转臂绕钻具中心旋转，依靠3个卡爪与钻具之间的摩擦力，将螺纹松开。螺纹松开后将操纵杆向后拉，B腔进油，抱紧油缸活塞杆首先缩回，松开卡爪，然后当系统压力上升到8MPa时，顺序阀C联通，卸扣油缸收回，最后当系统压力上升到10MPa时，顺序阀D联通，大臂油缸活塞杆缩回，大钳退回原位，完成一个动作循环。

2液力大钳完成作业的力学分析

从以上工作原理中可以看到，要使液力大钳能将钻具的连接螺纹顺利松开，关键取决于两点：一是卸扣油缸B的推力与转臂产生的转动扭矩M1不小于使钻具螺纹松开的最小扭矩Mf；二是卡爪与钻具表面的摩擦力矩M2不小于使钻具螺纹松开的最小扭矩Mf。由此可见：转动扭矩M远大于抱杆的摩擦力矩F。因此要使大钳正常作业，只要满足Mf≤610P。

Mf主要由螺纹旋合所产生。钻杆接头螺纹是圆锥螺纹，其最佳旋合位置应是内外螺纹基面重合时，两者端面贴紧。由于钻杆存在一定的加工误差与变形，特别是钻机工作一段时间后，在轴压及小车扭矩的作用下，螺纹的旋合力矩很大。根据经验数据，一般岭不大于回转小车最大回转扭矩的60% ，KY-250D钻机的最大回转扭矩为15000 N・m，所以，一般Mf≤9000 N・m。可见，要求系统压力P≥9000/610 =14.75MPa，因此，可将系统压力设定为P≥12-17MPa，具体可根据实际情况调定。

3卡爪啃钻具的力学分析

在液力大钳的实际卸扣作业中，经常由于卡爪不能可靠地将钻杆锁住而造成打滑，从而造成对钻杆的损伤。设系统压力调定为17MPa，由上述分析可知，可见钻杆的抗压强度是足够的。但是，实际使用中，液力大钳的3个卡爪形成的圆及其与钻杆中心的重合度是有误差的，且卡爪与钻杆的接触面为平面，因此卡爪与钻杆的接触并不均匀，当接触面积小于35%时就会发生卡爪啃钻具的现象。

4改进措施

（1）对液压大钳的各部位进行调整，组装时严格按要求找准钻具中心，确保钳口工作时与钻具同轴。（2）改变卡爪的结构形式，将卡爪与钻杆的接触面加工成弧面，保证其与钻杆能够良好地接触，增大受力面积，从而提高钻杆表面抗压强度。（3）在组装钻杆时，根据情况在钻杆间加一块1.5～2 mm的钻杆垫片（Q235材料）。钻杆回转中，如果主要靠螺纹受力，而不是靠螺纹端面受力，就会越拧越紧，导致螺纹变形、卸扣困难，加上垫片后可以很好地解决这一问题。（4）根据实际使用情况合理调节顺序阀B的设定压力，在确保卸扣扭矩的前提下，适当调低顺序阀B的设定压力。

实践证明，对液力大钳的技改措施是可行的，作业更加可靠，功效大大提高，降低了劳动强度，提高了机械化作业水平，为以后同类的技改创新积累了宝贵的经验。