第七章升降機

第七章

升降機11-升降機；

2-鋼絲繩；3-天車；

4-游動滑車；5-指重表；

6-鉆桿；

7-回鉆器?！?-1鉆機的升降系統(tǒng)升降系統(tǒng)有機械式和液壓式兩種，機械式用升降機升降，機械傳動式巖芯鉆機均采用升降機，動力頭式鉆機也有少數(shù)采用升降機；全液壓鉆機基本上采用液壓升降。機械式升降系統(tǒng)的組成本章主要討論機械式升降系統(tǒng),升降系統(tǒng)由升降機、鋼絲繩、天車、游動滑車、提引鉤或U型環(huán)、提引器組成?？纵^深時，多數(shù)滑車系統(tǒng)有死繩端，死繩上可安裝指重表，供主動鉆桿減壓鉆進，指示鉆具重量與平衡孔底壓力。23§7-2升降系統(tǒng)的作用及鉆進工藝對升降系統(tǒng)的要求（一）升降系統(tǒng)在鉆進過程中的作用

（1）升降鉆具與套管；

（2）利用升降系統(tǒng)懸掛鉆具；（3）進行強力起拔，處理孔內事故或完成其他輔助特種工作。（二）鉆進工藝對升降系統(tǒng)的要求在鉆孔過程中，升降系統(tǒng)的主要作用是升降鉆具，升降工序時間占整個鉆孔工作時間的比值，隨孔增加。一般占整個鉆孔工作時間的1/3-1/2。因此升降系統(tǒng)的完善程度，直接影響鉆探效率與質量。所以，升降系統(tǒng)應滿足以下基本要求:

（1）提升速度大小、級數(shù)、調速范圍與起重量的確定，應最大限度的降低升降工序的機動時間和盡可能的提高功率利用率；（2）起下鉆時，由于操作或孔內情況的變化，使升降系統(tǒng)承受較大的動載荷；孔內卡鉆時須進行強力起拔。因此要求升降系統(tǒng)的結構與強度應能適應這種負荷特性；（3）升降鉆具時，微動升降動作頻繁，這種動作能否準確完成，直接影響鉆進效率和處理孔內事故的速度和效果因此要求升降機起放靈敏，平穩(wěn)可靠。（4）升降機的操縱位置應便于操作者觀察孔口；（5）升降機的布局應有利于排繞鋼絲繩。4§7-3機械式升降系統(tǒng)特性參數(shù)的選擇縮短起下鉆時間的途徑之一，是完善升降機的技術性能。表明升降系統(tǒng)性能的主要參數(shù)是升降機的最大起重量和提升速度。

（一）升降機的最大起重量鉆機技術性能參數(shù)中標注的最大起重量，指的是單繩起重量。淺孔和次深孔鉆機，一般都不用游動滑車，其最大起重量應不小于額定孔深的大鉤載荷。中深和深孔鉆機，其升降機最大起重量常比額定孔深的大鉤載荷小若干倍，所以鉆進一定深度后，就采用游動滑車組。最大起重量取決于大鉤載荷和滑車系統(tǒng)結構；而大鉤載荷決定于孔深。

1．大鉤載荷式中

——每米鉆桿質量產生的重力，；

——鉆桿柱長度，；

——卡塞系數(shù)，淺孔取2，深孔取1.5，石油鉆取1.25。；52．升降機的最大起重量式中：——有效鋼繩數(shù)；

——滑車系統(tǒng)效率。

值由滑車系統(tǒng)結構類型決定。

滑車系統(tǒng)結構鉆探常用的兩種滑車系統(tǒng)結構——卡塞系數(shù)，淺孔取2，深孔取1.5，石油鉆取1.25。

6有死繩滑車系統(tǒng)

無死繩滑車系統(tǒng)

為游動滑車組的動滑車數(shù)。兩類滑車系統(tǒng)的比較：（1）當一定時，無死繩的提升載荷較大，運動速度較低，有死繩的恰好相反；（2）有死繩的滑車結構，可使鉆塔載荷對稱分布；（3）有死繩結構，在死繩端可裝指重表；深孔鉆機均采用有死繩滑車系統(tǒng)。J（b）J7運動時，動滑車系統(tǒng)的效率與值的關系見下表：也可用下列公式計算值：式中——每個滑輪運動阻力系數(shù)，取1.02~1.04。1234560.97-0.960.95-0.930.92-0.900.90-0.880.87-0.850.85-0.828（二）升降機提升速度升降機提升速度指的是卷筒纏繞鋼絲繩的速度。1.卷筒最高纏繩速度取決于提引器的最高上升速度，兩者的關系為：受安全規(guī)程限制，提引器最高安全上升速度由立根長度（或鉆鉆塔高度）確定。見下表：立根長度，

69-1215提引器最高上升速度，11.52提引器最高上升速度表9影響的因素是:(1)動力機額定功率；(2)提升額定孔深的大鉤載荷；

(3)滑車系統(tǒng)結構。式中——動力機至卷筒的總傳動效率。一般取0.8-0.852.卷筒最低纏繩速度與上述三者的關系式為:及10孔深，100-150300600-8001000-12002000動滑輪數(shù)x定滑輪數(shù)

1X22X33X4高速，~1.5~2.02.5~3.23.2~4.54.5~7.5低速，0.30.5

0.511.0~1.3

3.調速范圍升降機的調速范圍一般取3-6。巖心鉆機升降機和回轉器多共用一個傳動鏈，因此要與回轉器的調速范圍結合考慮。例如XY-4型鉆機，升降機的調速范圍為3.78.

考慮到滑車系統(tǒng)結構，安全規(guī)程以及國內外巖心鉆機的實際情況，推薦卷筒最高纏繩速度和最低纏繩速度于下表:0X1~~~11表A4．升降機提升速度檔數(shù)和合理的中間速度為了縮短提升機動時間和提高功率利用率，增加速度檔數(shù)是有利的；但是檔數(shù)過多，會使鉆機結構復雜。

1至5檔變速的升降機不同速比時的提升機動時間與功率利用率列入以下表A、表B；表A是速比為2時的1至3檔變速的升降機的與。是在完全利用功率的條件下，根據(jù)與關系計算的；12表B是國內外典型鉆機3至5檔變速的升降機的提升速度數(shù)據(jù)，并根據(jù)它們的數(shù)據(jù)計算出

和的值表B13式中——第速；

——第1速；

——速度序號；

——提升速度檔數(shù)。

分析表A、B可以看出：（1）提升速度從1檔增到3檔，縮短提升機動時間，提高功率利用率的作用是明顯的，這說明一般巖芯鉆機起碼應該具有三個速度,如若繼續(xù)增加檔數(shù)，盡管可以繼續(xù)降低值和提高值；但是隨著檔數(shù)增加，降低值和提高值的效果俞來俞小。因此，采用機械變速箱，升降機檔數(shù)，取3~6檔已足夠了。淺孔鉆機，為簡化結構，取3檔；深孔鉆機，檔數(shù)可多些。（2）選擇合理的鄰速比對提高功率利用率和降低提升時間十分重要。這是因為：速比合理，即便檔數(shù)相同，也可提高和縮短值，總的看來，等比級數(shù)排列的中間速度，效果并不理想。

從提高和縮短值出發(fā)，建議用下列公式確定中間速度，即:14

由于巖芯鉆機升降機常與回轉器共用一個傳動鏈，因此在確定升降機速度排列時還應考慮回轉器轉速排列要求，而且通常以滿足回轉器轉速排列為主，兼顧升降機轉速排列要求。同時還要照顧變速箱的確定原則。15行星式升降機行星式升降機

升降機根據(jù)傳動方式不同,分為液壓傳動式和機械傳動式兩大類。液壓傳動式升降機雖然具有結構簡單，無級調速等許多優(yōu)點，但需要較高的油壓，多用于全液壓式鉆機。機械傳動式升降機按照結構型式分為錐摩擦傳動式、片式摩擦離合器式、行星輪系式等多種類型。

由于行星式升降機具有傳動平穩(wěn)、傳動效率高、傳動功率大、操作方便、結構緊湊、工作安全可靠等優(yōu)點，是應用最廣泛的一種升降機。§7-4升降機的類型錐摩擦式升降機16行星式升降機錐摩擦傳動式升降機17行星式升降機18

§7-5行星式升降機的組成、類型與工作原理

一行星式升降機的組成及類型

行星式升降機主要有升降機軸、卷筒、下降抱閘、行星輪系、提升抱閘等組成。圖示升降機的卷筒用軸承支撐在升降機軸的中部,其右端固定有內齒圈。行星輪系為2K-H型。提升制圈用軸承裝在升降機軸上。三個行星輪的輪軸一端支撐在提升制圈上。兩抱閘為雙制塊式，分別套裝在下降制圈和提升制圈的外圓上。

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行星式升降機根據(jù)內齒圈和行星輪軸的安裝位置不同分為第一類和第二類。第一類行星式升降機的內齒圈與卷筒固定,行星輪軸一端支撐在提升制圈上。第二類的內齒圈固定在提升制圈上,而行星輪軸的一端支撐在卷筒上,因此造成兩類行星式升降機性能上的下列差別:1.第一類行星式升降機的傳動比小于第二類行星式升降機;2.第一類行星式升降機卷筒的轉向與中心輪的轉向相反,而第二類的卷筒轉向與中心輪相同;3.第二類升降機的受力條件比第一類升降機好。20行星式升降機結構示意圖升降機軸分動箱傳動齒輪中心齒輪行星齒輪軸架行星輪卷筒制動抱閘內齒圈提升抱閘21二第一類行星式升降機的工作原理提升鉆具

提升鉆具時，將下降手把上抬,下降抱閘放松卷筒;而提升手把下壓，抱閘制動提升制圈。由于提升制圈被制動，行星輪不能自轉，輪系變成定軸輪系。中心輪的順時針轉動帶動行星輪逆時針自轉。行星輪的轉動驅動內齒圈和卷筒逆時針轉動，纏繞鋼絲繩，提升鉆具。22ωH＝0ωbωgωa提升鉆具

抱閘9剎住提升制圈，同時抱閘7松開，行星輪5及其軸4不能繞升降機軸1公轉，即行星輪公轉角速度ωH=0。在角速度為ωa的中心輪帶動下，行星輪可繞其軸以ωg自轉，并帶動內齒圈8以ωb的角速度轉動，纏繞鋼繩，提升鉆具232.制動鉆具

制動鉆具時,將提升手把上抬,提升抱閘松開提升制圈;而將下降手把向下搬,下降抱閘制動卷筒。卷筒停止轉動。鉆具被停留在孔內某一位置。此時由于內齒圈不能轉動,行星輪除了在中心輪的驅動下逆時針自轉外,還以順時針方向繞中心輪公轉。24制動鉆具

抱閘7剎住下降制圈，同時抱閘9松開，卷筒與內齒圈被閘住不轉ωb＝0,鉆具停止升降。此時，行星輪自轉又公轉，并帶動行星架一起公轉。ωb＝0ωgωaωH25

下降鉆具時，提升手把上抬，放松提升制圈；下降手把處于控制狀態(tài),在鉆具重力的作用下，卷筒順時針轉動而放繩，鉆具下落。此時由于內齒圈及中心輪都為順時針轉動，故行星輪也順時針公轉。行星輪的自轉可能有三種情況，即順時針轉動、沒有自轉、逆時針轉動。行星輪的自轉狀態(tài)不僅與中心齒輪和內齒圈的轉速有關，同時與各齒輪的齒數(shù)有關。根據(jù)相對運動的原理,推導出三種自轉狀態(tài)的條件為：

時,行星輪沒有自轉;當

當

當

時,行星輪與中心輪轉向相同;時,行星輪與中心輪轉向相反。3.下降鉆具26下降鉆具ωbωgωaωH

兩抱閘均松開，鉆具在自重作用下下降，并通過鋼繩使卷筒旋轉方向與提升時相反。行星輪自轉又公轉，自轉方向及速度取決于齒圈、中心齒輪的轉速。27微動控制

微動控制升降，是指微提輕鉆具，微放重鉆具，處理事故時微控鉆具的升降等操縱狀況。微動控制要借助于兩個抱閘的配合來實現(xiàn)。ωbωgωaωH28第一類行星式升降機在三種工況下輪系的運轉狀態(tài)提制下畫動29§7-6行星式升降機的結構形式分析一行星輪軸的支撐方式

簡支式及懸臂式二動力的輸入方式

靠近孔口式及遠離孔口式XY-4型鉆機升降機XY-5型鉆機升降機30三卷筒的驅動方式

內齒圈驅動及行星輪軸驅動四卷筒的結構

焊接式及鑄造式五升降機的軸端結構

安裝錨頭輪、手搖提升裝置、水冷裝置、水剎車、加壓器及其他傳動裝置。31XY-4型鉆機升降機升降機冷裝置的工作原理32升降機水剎車的結構與工作原理XY-5鉆機水剎車轉子33液體在水剎車轉子與定子水室內的運動及環(huán)流力矩的形成液體的牽連運動與慣性液流液體的相對運動與環(huán)流液體的絕對運動與環(huán)流力矩34水剎車的工作特性100%50%30%Mzdn1n2n30—轉矩系數(shù)，主要與水剎車的結構有關;35水剎車工作時，滑動齒輪與升降機左端的內齒圈相結合，轉子在水室內相對于定子和液體做回轉運動，產生由環(huán)流力矩和摩擦力矩組成的回轉阻力矩。當水剎車的回轉阻力矩與下降鉆具的重力作用于卷筒上的轉動力矩相平衡時，鉆具以勻速或接近勻速下降。水剎車的工作示意圖36XY-5鉆機37XU-1000水剎車38七抱閘（制動器）的結構抱閘的結構形式半帶式、帶式、雙閘瓦式39XY-4型鉆機抱閘的結構

該抱閘屬閘瓦式抱閘，由手柄l,凸輪2、連桿11,閘瓦座7、剎車帶13、支架14等構成。40XY-5型鉆機抱閘的結構412.抱閘的安裝位置一側置及兩側置423.抱閘的制動方式手動式和液壓制動式434.抱閘支點的位置ab抱閘支點與鋼繩拉力在升降機軸同側抱閘支點與鋼繩拉力在升降機軸兩側44§7-7升降機的設計計算一抱閘制動力的計算

1.下降鉆具時,下降抱閘所需的制動力矩

制動正在下了落過程中的鉆具,卷筒除承受鉆具重力產生的靜力矩外,同時受有鉆具下落的慣性力產生的附加動力矩。因此,下降抱閘所需產生的制動力矩應為:

在實際計算中,多