全液压钻机新型夹持器的设计分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com全液压钻机新型夹持器的设计分析于今，张雅楠(重庆大学机械工程学院)摘要：介绍一种新型夹持器。该新型夹持器为对称结构布置，采用9。力放大斜面，靠碟簧夹紧，在液压力作用下松开，用于钻机自动装卸钻杆时保证可靠夹紧，结构简单，操作安全方便。当出现断电等异常情况时，该新型夹持器能够在碟簧作用下保持夹紧状态。阐述其基本结构原理和设计计算过程，并用SolidWorks软件对其进行了三维结构设计；为验证夹紧力是否满足工作要求，用COSMOSMotion软件模拟实际工况，对碟簧产生的夹紧力进行了仿真分析，分析结果与设计计算结果相符，证实了该设计的可行性。关键词：夹持器；碟簧；

2、液压；夹紧力夹持器作为钻机的一个重要部件，其主要作用具，防止跑钻事故。本文设计的夹持器即属于此种是在自动装卸钻杆时，与钻机的马达协调运动，实类型。现钻杆间对接、脱离，钻头拆卸等，必要时夹持钻(2)常开式夹持器：一般采用液压夹紧、弹簧松具，防止钻具滑移l”。因此，其性能的好坏将直接影开的方式，在不工作时处于松开状态。这种夹持器响到钻机整机的性能、钻进效率以及钻孔质量等。的结构与常闭式夹持器相似，不同的是弹簧和液压本文设计的新型夹持器采用对称结构，巧妙地利用缸使卡瓦产生的运动方向与常闭式相反。夹持器靠9。力放大斜面，结构简单，体积小，依靠碟簧夹紧钻液压缸的推力产生夹持力，油压的下降将直接引起杆，在

3、液压力作用下松开，夹紧、松开动作迅速，能夹持力的下降，一般需在油路上设置性能可靠的液自动定心，可极大地提高钻机装卸钻杆效率。当发压锁来保持油压[21。生断电等异常情况时，该夹持器为夹紧状态，安全(3)液压松紧型夹持器：夹紧、松开都由液压实可靠，可防止跑钻事故的发生，为安全生产提供了现，两侧液压缸进油口分别通高压油时，卡瓦跟随一定的保障。活塞运动向中心收拢，夹紧钻具，改变高压油入口，卡瓦则背离中心，松开钻具『3i。此类夹持器结构较为1液压夹持器的分类和特点简单，但夹紧力容易受油压变化影响，当出现断电等(1)常闭式夹持器：依靠弹簧的预紧力夹紧钻异常情况时存在一定的安全隐患。具，液压松开。在不工作时

4、，处于夹紧钻具状态。常(4)复合式液压夹持器：有主液压缸和副液压用在钻进大角度倾斜孔的钻机上。其基本结构为一缸，副液压缸侧连接一组碟簧，当高压油进入主液组经过预压缩的弹簧作用在斜面或杠杆等增力机压缸，推动主液压缸缸体移动，通过顶柱将力传给构上，使卡瓦座产生轴向移动，带动卡瓦径向移动，副液压缸侧的卡瓦座，碟簧被进一步压缩，卡瓦座移夹紧钻具；高压油进入卡瓦座与外壳形成的液压动；同时，主液压缸侧卡瓦座在弹簧力作用下移动，缸，进一步压缩弹簧，使卡瓦座和卡瓦产生反向运松开钻具。需要夹紧时，副液压缸在油路上与动力动，松开钻具。此类夹持器结构紧凑，工作可靠。夹头反转相连，当钻机反转拧卸钻具时，高压油进入持力

5、大小取决于弹簧预紧力，不受油压变化的影副液压缸，副液压缸活塞对卡瓦座产生推力，与压响，而且可在突然停电时实现快速、可靠地夹紧钻缩的碟簧共同作用夹紧钻具[21。复合式液压夹持器作者简介：于今(1964一)，男，贵州安顺人，副教授，博士，研究方向：机电一体化、流体智能传动及控制。～25—学兔兔www.xuetutu.com开口量大、开启压力低、体积小、性能可靠，可以实现突然断电时钻具夹紧，但其结构设计比较复杂，重量非对称布置，在某些特定的使用场合可能引起一定的偏载。2新型液压夹持器的设计2．1主要结构及工作原理本文设计的碟簧液压夹持器属于常闭型，其内部结构如图1所示，采用上、下、左、右4个夹头，但

6、图2夹持器外部结构2．2设计计算2．2．1夹持能力计算工作要求：钻杆最大钻人深度l=80m，转矩=1500N·m，钻杆直径d=50mm，钻杆单位长度质量q=6．56kg／m。文中设计夹持器用于拆卸钻杆时夹紧作用，正常钻进时夹持器不工作，因此夹持器只承受进人岩层部分钻杆的重量，与动力部分连接的最后端一截钻杆及钻头重量由夹紧卡盘和机1．液压缸壳体2．螺母3．缸头4．活塞杆5．左侧架承受。钻垂直孔，拆卸钻杆时，所需夹持器的夹紧碟簧安装位置6．拉杆7．左夹头8．上夹头9．钻力为最大，设计计算按极限情况考虑，此时夹持器杆10．下夹头11．右夹头12．右侧碟簧安装位置要克服两个方向的力【3l。图1夹持器内

7、部结构(1)克服钻杆自重[31夹持所需最大摩擦力只有上、下夹头的卡瓦内侧圆弧面与钻杆表面为f~=G=qlg=6．56×80×10=5248N(1)30。接触(非整段圆弧全接触)。左、右夹头的夹头端式中：——竖直方向最大摩擦力，N；与上、下夹头通过9。力放大斜面接触，另一端通过．G——钻杆自重，N；内螺纹分别与左、右液压缸的活塞杆连接。左、右夹口——钻杆单位长度质量，kg／m；头两侧均有液压缸和碟簧