朱冬鈺+王海鑌

摘 要：在機(jī)械發(fā)展史中，新機(jī)械的發(fā)明起著舉足輕重的作用，尤其是那些很久以前就被利用并一直使用至今的機(jī)械更是發(fā)揮著不可替代的作用，巖心鉆機(jī)中的卷揚(yáng)機(jī)就是典型的例子。簡要分析了卷揚(yáng)機(jī)的工作原理及其相關(guān)內(nèi)容，以期為日后的工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：巖心鉆機(jī)；卷揚(yáng)機(jī)；工作原理；提升力

中圖分類號：TU602 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.115

在巖心鉆機(jī)中，卷揚(yáng)機(jī)主要用于提升、下降鉆具和起拔套管。卷揚(yáng)機(jī)的右端以軸端部的外花鍵插入分動箱內(nèi)花鍵來獲得動力，并依靠中心齒輪、行星齒輪支架、提升制圈、3只行星齒輪和壓入卷筒上的內(nèi)齒圈所組成的行星齒輪傳動系統(tǒng)完成傳動。該卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)是典型的2K-H行星齒輪式傳動機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

1 工作原理

如圖1所示，卷揚(yáng)機(jī)左端卷筒閘輪上裝有制動抱閘，右端提升制圈上裝有提升抱閘，它們分別操縱制動抱閘和提升抱閘，使其處于不同的工作狀態(tài)。卷揚(yáng)機(jī)可以滿足提升、下降、制動鉆具等3種不同的工藝要求。

1.1 提升鉆具

松開制動抱閘，操縱提升抱閘剎住提升制圈，3只行星齒輪被提升制圈、行星齒輪支架組成的輪系系桿固定，只能自轉(zhuǎn)不能公轉(zhuǎn)。此時，動力使卷筒正轉(zhuǎn)并纏繞鋼絲繩，以達(dá)到提升鉆具的目的。

鉆具的質(zhì)量比較輕（比如提升空提引器），如果需要在提升狀態(tài)時調(diào)整提升速度，可以適當(dāng)放松提升抱閘。此時，行星齒輪既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)降低提升速度的目的。

1.2 下降鉆具

在松開提升抱閘時，要適當(dāng)松開或完全松開制動抱閘。卷筒要在鉆具的自重作用下旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)限速或自由落體快速下鉆。此時，行星齒輪處于既公轉(zhuǎn)又自轉(zhuǎn)的運(yùn)動狀態(tài)。

1.3 制動鉆具

松開提升抱閘，操縱制動抱閘，逐漸剎住卷筒閘輪即可實(shí)現(xiàn)制動鉆具的目的。此時，內(nèi)齒圈不轉(zhuǎn)，行星齒輪在中心齒輪上繞卷揚(yáng)機(jī)軸心公轉(zhuǎn)。

2 提升力計(jì)算

動力機(jī)通過離合器、變速箱、萬向節(jié)和分動箱將扭矩傳至卷筒上，卷筒轉(zhuǎn)動帶動鋼絲繩提升、下放鉆具。在相關(guān)計(jì)算中，不扣除傳動時消耗的功率，也不引入動力機(jī)超載的系數(shù)，只能粗略引入其平均機(jī)械效率計(jì)算。卷揚(yáng)鋼絲繩計(jì)算直徑如圖2所示。

每層鋼絲繩的計(jì)算直徑為：

第n層： . （1）

例如：第一層：D1=D內(nèi)+d.

第二層： .

第三層： .

…

式（1）中：D內(nèi)為卷筒直徑，mm；d為鋼絲繩直徑，mm。

卷揚(yáng)機(jī)每層鋼絲繩第i擋的提升速度（單繩）為：

式（2）中：Dni為第n層鋼絲繩的直徑，mm；ni為第i擋鋼絲繩的轉(zhuǎn)速，r/min，由傳動比計(jì)算得出。

卷揚(yáng)機(jī)每層鋼絲繩的提升力（單繩）為：

式（3）中：P額定為動力機(jī)功率，kW；η為動力機(jī)到滑輪系統(tǒng)的傳遞效率，一般取0.8；Vni為卷揚(yáng)機(jī)第n層第i擋提升速度，m/s。

一般情況下，將卷揚(yáng)機(jī)最低速時（即一檔），并且卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩處于最里層時的提升力稱為單繩提升力。

3 結(jié)論

該卷揚(yáng)機(jī)因其操作簡單、排繩量大、可靠性強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于巖心鉆機(jī)中。通過對卷揚(yáng)機(jī)工作原理的分析，使我們更加直觀地了解了卷揚(yáng)機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造；通過提升力計(jì)算，為卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)，同時，也讓相關(guān)人員更加深入地了解了卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用情況。

參考文獻(xiàn)

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].第5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]劉鴻文.材料力學(xué)[M].第4版.北京：高等教育出版社，2004.

〔編輯：白潔〕