新型串联双绞车的研制
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[摘 要]为了实现拖车钻机施工快速、高效的要求，专门设计研发了可满足拖车钻机两套提升系统的串联双绞车。双绞车采用花键串联，结构紧凑，传递效率高，提升能力强，安全可靠。实现了主动钻杆不放倒起下钻、加减根作业，大大提升了钻井效率。
[关键词]双绞车 串联 拖车钻机
中图分类号：TE377 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0320-01
近几年，随着国家经济的快速发展，工农业对水资源的需求越来越大，特别是我国西北，中西部干旱地区的找水工程，拖车式钻机以其搬迁转场方便快捷，省时省力，辅助时间短，满足了用户对钻机高效、快速、经济的需求。在竞争激烈的钻井工程施工中具有很大的优越性。拖车钻机为了实现高效施工，目前市场上的拖车钻机大都配有两个绞车，但主副绞车提升能力相差较大，主绞车提升能力强，主要用于正常钻进及起下钻，副绞车提升能力弱，常用于起吊钻具等。由于主绞车只有一台，在钻井过程中，钻具加减时需要将主动钻杆放倒，摘挂大钩，辅助时间长，效率低，双主绞车能够实现正常钻进与加减根起下钻分别由绞车单独提升控制，主动钻杆不用放倒，可以大大提升钻效，目前拖车钻即使有大能力副绞车，也是基于原主绞车基础上再增加一台绞车，采用链条传动，并行安装，虽然可以实现主动钻杆不放倒，但钻机两绞车提升能力不相同，传动链长，效率低，安全性差，操作不集中，结构分散等缺点。基于以上现状，石家庄煤矿机械有限责任公司研发了一种新型串联一体双绞车用于SPT-800型拖车钻机。
1 SPT-800型拖车钻机概述
SPT-800型拖车钻机是转盘回转式拖车钻机，主要适用于第四系松散地层、砂层及一般软岩石层。可用于水井、水文地质勘探、原地浸出采铀井、注浆孔等工程的施工。
该拖车钻主要由：底盘、折叠钻塔、双绞车钻机、泥浆泵、液压泵站、动力机组、辅具等部分组成。其中折叠钻塔承载能力大，外形美观，钻塔上设有环形轨道，与双绞车配合可实现主动钻杆让开井口，实现塔上无人操作。
2 双绞车主要结构及工作原理
串联双绞车是为了实现主动钻杆不放倒，满足钻机两套提升系统，结合拖车钻施工特点，专门为提高拖车钻机施工效率而设计开发的。
2.1 双绞车主要特点：
⑴ 两绞车均可作为主绞车提升钻柱，提升能力相同；
⑵ 两绞车采用花键串联直驱，传动效率高，结构紧凑；
⑶ 提升毂及制动毂在卷筒同侧，卷筒中心靠近天车中心，结构紧凑。
2.2 双绞车主要技术参数：
主绞车单绳最大提升力：60 kN；
副绞车单绳最大提升力：60 kN；
提升速度：0.94、1.57、3.1 m/s
游动系统：4×3（主绞车），3×3（副绞车）
钢丝绳直径：φ18mm；
卷筒容绳量：150m；
2.3 双绞车结构
如图，绞车轴2上装有绞车大齿轮1和中心齿轮7，绞车大齿轮1接受变速箱传来的动力，驱动绞车轴2转动，卷筒9是由两盘轴承套装在绞车轴2上，不直接与绞车轴2发生传动关系，绞车轴2轴端为矩形花键，通过花键套10支撑在中间轴承座11上，在中心齿轮8的外侧，行星架4通过两盘轴承支撑在绞车轴2上，四个游星齿轮7通过轴承装在游星齿轮轴5上，提升毂3通过双键与行星架4联接，内齿圈6用螺钉固定在卷筒9上。外侧绞车轴是由内侧绞车轴2经过花键套10来驱动的，其它结构与内侧绞车相同。两个绞车可单独运行，提升能力相同，满足拖车钻两套游动系统提升及下放。（见图1）
2.4 工作原理
在提升毂3 和卷筒9 的外周上设有抱闸，卷筒有三种工作状态如下：
⑴ 提升：制动把抬起，制动闸带松开卷筒9制动圈，提升把压下，提升闸带抱紧提升毂3，中心齿轮8驱动游星齿轮7原位自转，游星齿轮7啮合内齿圈6旋转，内齿圈6与卷筒9固定为一体，所以卷筒旋转，缠绕钢丝绳，即提升钻具状态。
⑵ 制动：制动把压下，闸带抱紧卷筒9制动圈，提升把抬起，闸带松开提升毂3制动圈，此时卷筒不转，而中心齿轮8带动游星齿轮7自转并沿内齿圈6公转，即为制动状态。
⑶ 下降：提升把抬起，慢抬制动把，放松闸带对卷筒9制动圈的制动，由于钻具自重，使卷筒反向回转，即为降下状态。
3 工厂试验及实际应用情况
2014年11月，在公司生产组装完毕，12月在厂内钻机试验场内进行了绞车提升能力试验，重砣总质量为6吨，钻机在一挡时，两绞车分别对其进行提升制动试验，首先提升高度3米以上，松开制动装置，重物自由下落，行程不小于1米。开始制动，制动平稳可靠。然后提升全程高度，连续提升三次，中途制动平稳可靠，钻机空运转平稳，噪声低于同类钻机，离合器轻松省力，换挡灵活可靠，各项试验数据均达到了钻机的设计技术参数的要求。
2015年底，配置了该双绞车的SPT-800拖车钻在山西侯马一水井工地顺利开钻，一经使用便显示出双绞车独特的优势。该井为一口600米深的农田灌溉水井，开孔直径达φ600mm，在加根作业中，主动钻杆与钻柱卸开后由主绞车提升并靠与钻塔内侧，副绞车提升钻杆与孔内钻柱接好后将钻柱放入井内，随后主绞车提升主动钻杆与钻柱接好，然后转盘驱动钻具开始钻进作业，主副绞车交替工作，完美配合，效率极高，在表土层平均进尺可达5米/小时 以上，大大高于普通单绞车钻机钻效，得到了用户高度认可和赞扬。
4 结语
目前水文水井钻机的结构和种类随着钻探方法、工艺、应用领域的发展不断变化，串联双绞车钻机因此诞生，随着钻井施工对设备的便捷性、高效性和经济性要求的提高，双绞车钻机因其较高的钻进效率，简洁紧凑的结构，强大的提升能力显示出其独特的优越性，必将受到用户的广泛认可，发展空间巨大。今后我们会根据钻机的实际应用情况及用户要求，不断改进创新，努力把双绞车钻机打造成经典高效的新一代机型。
参考文献
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作者简介
李文志（1982- ），男，河北石家庄人，石家庄煤矿机械有限责任公司机电工程师，主要从事钻探装备机械设计开发工作。