臧臣坤，高明帥，魏亮亮，宋秋鋒

(1.中國地質(zhì)裝備集團有限公司，北京　100102；2.河北建勘鉆探設(shè)備有限公司，石家莊　051134)

YS系列繩索絞車的研制

臧臣坤1，高明帥1，魏亮亮1，宋秋鋒2

(1.中國地質(zhì)裝備集團有限公司，北京100102；2.河北建勘鉆探設(shè)備有限公司，石家莊051134)

摘要：：繩索取心鉆進工藝由于其不提鉆取心的高效性使其在國內(nèi)外得到廣泛的應用，繩索絞車作為關(guān)鍵部件其性能好壞對取心工藝具有重要影響。本文主要介紹了YS系列液壓絞車的主要優(yōu)點、主要部件、結(jié)構(gòu)特點以及技術(shù)參數(shù)，并簡要介紹了廠內(nèi)實驗情況。

關(guān)鍵詞：絞車；繩索；取心；鉆探；研制

中圖分類號：P634.35

文獻標識碼：A

文章編號：1009-282X(2015)06-0018-03

收稿日期：2015-10-28

作者簡介：臧臣坤(1984-)，男，工程師，2009年畢業(yè)于中國地質(zhì)科學院地質(zhì)工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中國地質(zhì)裝備集團有限公司技術(shù)中心產(chǎn)品開發(fā)部，主要從事地質(zhì)裝備的研發(fā)工作，北京市朝陽區(qū)望京西園221號博泰大廈8層，Tel：010-64843952，E-mail：zangchenkun@cgeg.com.cn。

0引言

近年來，隨著我國地質(zhì)勘探事業(yè)的快速發(fā)展，地質(zhì)鉆探任務大幅增長，深孔及中深孔數(shù)量逐年增多。而繩索取心工藝由于其可減少提鉆次數(shù)，從而大幅提高鉆進效率，在國內(nèi)得到了普遍的應用。繩索絞車作為作為繩索取心鉆進工藝中主要設(shè)備，該設(shè)備的安全、可靠、便捷，是決定巖心打撈成功與否關(guān)鍵因素之一，在很大程度上影響著鉆進效率的高低。

目前，國內(nèi)常用的立軸式鉆機配備的繩索絞車還是以機械式為主，深度較淺，手動操作剎把，工人勞動強度大，同時絞車轉(zhuǎn)速較高且不能無級調(diào)速，發(fā)生卡阻時容易將鋼絲繩拉斷。全液壓鉆機一般都配有液壓驅(qū)動的繩索絞車，但由于其沒有排繩機構(gòu)，所以絞車外形尺寸較大，造成全液壓鉆機底盤尺寸較大，不利于鉆機的穩(wěn)定性和通過性。本公司研制的電驅(qū)動繩索絞車，由于其價格較高，一般適用于孔深在2500m以上的深孔巖心鉆探施工中，所以目前絞車均不能較好的滿足2500m以內(nèi)繩索取心工藝的需求。為使液壓繩索絞車更好的適應新形勢下的巖心勘探工作，擴展液壓繩索絞車的使用空間，中國地質(zhì)裝備集團有限公司在原有電驅(qū)動繩索絞車的基礎(chǔ)上，研制了更加可靠、方便使用的滿足各種深度要求的YS系列液壓繩索絞車(圖1)，提升了繩索取心鉆探工藝的工作效率。

圖1　YS1200繩索絞車

1YS系列液壓繩索絞車概述及其優(yōu)點

繩索絞車的功能是將打撈矛下放入孔內(nèi)，打撈到巖心管后快速提升至孔口，是取心工藝主要執(zhí)行機構(gòu)。

與傳統(tǒng)繩索絞車相比，中國地質(zhì)裝備集團有限公司研制的YS系列液壓繩索絞車，運行安全可靠，操作簡單方便，適用范圍更廣，具有以下優(yōu)點：

(1)具有獨立液壓動力站及操作閥，可實現(xiàn)獨立操作或接入鉆機系統(tǒng)工作，滿足不同施工設(shè)備的要求；

(2)能實現(xiàn)無級調(diào)試，滿足取心過程中各種狀況對絞車速度的要求。

(3)具備排繩功能，減少鋼絲繩亂繩、咬繩等現(xiàn)象，延長鋼絲繩壽命，并減小絞車外形尺寸；

(4)具備張力及繩長檢測裝置，實時監(jiān)測打撈矛位置及鋼絲繩受力情況，防止孔內(nèi)事故的發(fā)生。

但是該繩索絞車也沒有實現(xiàn)自由下放或可控自由落鉤功能，不利于降低能耗，需要在下一步的工作中予以解決。

2主要部件結(jié)構(gòu)與特點

2.1　液壓及操控系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要由液壓站、液壓馬達(含減速機、剎車)、換向閥等元件組成，圖2是其液壓原理圖。

圖2　液壓原理圖

絞車采用WGB系列馬達減速機，帶有液壓剎車系統(tǒng)，該剎車位彈簧夾緊、液壓松開模式。當打撈矛上行時，壓力油一路通過單向閥進入馬達，驅(qū)動馬達正轉(zhuǎn)，另一路通過梭閥進入剎車，打開剎車；打撈矛下行時，液壓油一路進入馬達，驅(qū)動馬達反轉(zhuǎn)，另一路經(jīng)過梭閥，打開剎車，回路上設(shè)有溢流閥，回路液壓油一部分進入到溢流閥，通過設(shè)定溢流閥的壓力來確定絞車回路背壓，保證絞車下放平穩(wěn)。

井場內(nèi)如有合適的液壓源時，可直接將絞車馬達進出油管與液壓源連接。如沒有液壓源或者單獨使用時，也可選擇配備液壓動力站，使其應用范圍更廣。

2.2　排繩機構(gòu)

YS系列液壓絞車排繩機構(gòu)(圖3)延續(xù)采用雙向絲杠模式。動力由絞車尾部鏈輪通過鏈條傳送到排繩機構(gòu)鏈輪上，無需單獨動力。排繩機構(gòu)設(shè)計有手動調(diào)節(jié)裝置，在初始纏繩或亂繩后，可手動調(diào)節(jié)排繩輪至合適位置，調(diào)整到位后強制排繩?？赏ㄟ^更換不同減速比的鏈輪實現(xiàn)排繩機構(gòu)適用不同規(guī)格的鋼絲繩。此類排繩機構(gòu)在本公司研制的電驅(qū)動繩索絞車上已經(jīng)過驗證，排繩效果好。此次將排繩輪更換為帶軸承并具有一定寬度的滑輪，可減少鋼絲繩對排繩輪的磨損，導輪采用球軸承，在矩形導軌上移動，約束少，摩擦力小，可保證絲杠沿導軌自由移動。排繩效果進一步增強，并延長絲杠使用壽命。

圖3　排繩機構(gòu)

2.3　張力及繩速監(jiān)測機構(gòu)

YS系列液壓絞車配備有張力及繩速監(jiān)測機構(gòu)(圖4)，通過張力傳感器記錄鋼絲繩的變形計算出鋼絲繩的張力，同時霍爾傳感器會記錄導輪的轉(zhuǎn)速進而得出鋼絲繩運行速度和下放長度。最終實現(xiàn)實時顯示打撈矛的位置及鋼絲繩的受力狀態(tài)，實現(xiàn)對打撈作業(yè)的數(shù)字化顯示，提高打撈成功率。將該裝置背板焊接在鉆塔或者桅桿上，通過鉸接使監(jiān)測裝置可隨鋼絲繩擺動，降低由鋼絲繩的晃動帶來的數(shù)據(jù)誤差，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。

圖4　監(jiān)測裝置

2.4　絞車主體

為了增加滾筒的強度，YS系列液壓絞車卷筒采用整體焊接式；絞車框架(圖5)采用分體式設(shè)計，側(cè)板、橫撐、底板均采用螺栓連接；馬達及減速機通過螺栓把合在卷筒及側(cè)板上，尾軸也是通過螺栓固定在卷筒另一側(cè)上，通過尾軸將動力經(jīng)鏈輪傳遞給排繩機構(gòu)。采用此方案設(shè)計可以降低絞車的安裝難度，易于檢修及維護(圖6)。

圖5　絞車框架

圖6　絞車主體

2.5　操控臺

YS系列液壓絞車設(shè)計有獨立操控臺，可單獨操作。通過操作手柄的上下行及推動幅度實現(xiàn)絞車正反轉(zhuǎn)及其轉(zhuǎn)速的控制。同時操作臺內(nèi)裝有可編程的顯示屏，可將張力及繩速傳感器傳回的信號處理后輸出，實時顯示鋼絲繩及打撈矛的狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)字化施工。

3主要技術(shù)參數(shù)

針對液壓繩索絞車適用的范圍，中國地質(zhì)裝備集團有限公司研制了YS800、YS1200、YS2000、YS3000四款全液壓繩索絞車，其技術(shù)參數(shù)見表1。

4繩索絞車應用情況

YS800及YS1200兩款繩索絞車目前均配置在全液壓鉆機上，沒有單獨動力源。YS1200液壓絞車在場內(nèi)進行了試驗，孔徑75mm，試驗深度63m，巖心打撈成功率高，巖心完整，采取率高(圖7)。在整個試驗中，絞車運行平穩(wěn)，各項參數(shù)均達到了設(shè)計要求，完全滿足現(xiàn)場施工的要求。

表1　YS系列液壓繩索絞車參數(shù)表

圖7　現(xiàn)場巖心

5結(jié)語

YS系列液壓繩索絞車由液壓驅(qū)動，速度控制穩(wěn)定、調(diào)速平滑。絞車安裝了測試裝置、排繩機構(gòu)等，在現(xiàn)場施工中表現(xiàn)優(yōu)異。具有鋼絲繩排列整齊、延長鋼絲繩的使用壽命、施工安全可靠等優(yōu)點，減少提鉆次數(shù)，提高取心成功率，提高工作效

率，減少孔內(nèi)事故發(fā)生機率。通過配置液壓動力站，可作為獨立操作系統(tǒng)適用于任何施工場地，適用范圍廣，經(jīng)濟性好。在未來繩索取心施工中具有非常現(xiàn)實的經(jīng)濟效益和很大的應用前景。

參考文獻：

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[3]古衛(wèi)鵬，劉凡柏、張金昌. 繩索取心絞車技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程), 2015(7).