第八章冲击机构.课件.ppt

1、 用于驱动冲击钻头破碎岩石，实现钻孔的目的，另外还可以利用它进用于驱动冲击钻头破碎岩石，实现钻孔的目的，另外还可以利用它进行标贯试验和其它工作。行标贯试验和其它工作。1. 保证钻头破碎岩石所需的冲击能量；保证钻头破碎岩石所需的冲击能量；2. 可根据地层情况，方便的调节冲程及冲次；可根据地层情况，方便的调节冲程及冲次；3. 尽量减少载荷的波动幅度，改善动力机的工作条件；尽量减少载荷的波动幅度，改善动力机的工作条件；4. 工作时钻机的振动小。工作时钻机的振动小。 机械式机械式 曲柄连杆曲柄连杆-游梁式游梁式类型类型 超越离合器式超越离合器式 气动离合气动离合- 卷筒式卷筒式 液压式液压式 液压缸液

2、压缸-游梁式游梁式 液压缸液压缸-钢丝绳式钢丝绳式 该冲击机构是有工具卷筒、冲击齿轮、曲柄、连杆、该冲击机构是有工具卷筒、冲击齿轮、曲柄、连杆、游梁、压轮、导向轮、冲击钢丝绳等组成。游梁、压轮、导向轮、冲击钢丝绳等组成。 钻进时动力机驱动动力轮回转，在动力轮的带动钻进时动力机驱动动力轮回转，在动力轮的带动下，连杆作平面运动。连杆又拉动游梁绕固定铰支点下，连杆作平面运动。连杆又拉动游梁绕固定铰支点上下摆动。游梁下摆，带动钢丝绳将钻头提离孔底；上下摆动。游梁下摆，带动钢丝绳将钻头提离孔底；游梁上摆，压轮放松钢丝绳，钻头在重力的作用下落游梁上摆，压轮放松钢丝绳，钻头在重力的作用下落冲击孔底岩石，达到

3、碎岩目的。动力轮连续回转，钻冲击孔底岩石，达到碎岩目的。动力轮连续回转，钻头则不断的冲击碎岩，而完成钻孔的目的。头则不断的冲击碎岩，而完成钻孔的目的。 设游梁下摆时曲柄转过的角度为设游梁下摆时曲柄转过的角度为 2，游梁上摆时转过的角度为，游梁上摆时转过的角度为 1。由图中可以看出：对心式结构的由图中可以看出：对心式结构的 2= 1，而偏心式结构的而偏心式结构的 2 1。偏心式结构对减小载荷波动有利，且有利冲击过程钻具的下落运动。偏心式结构对减小载荷波动有利，且有利冲击过程钻具的下落运动。 曲柄连杆曲柄连杆-游梁式冲击机构按照连杆与游梁的连接位置不同，游梁式冲击机构按照连杆与游梁的连接位置不同，

4、可分为对心式和偏心式。见图。可分为对心式和偏心式。见图。 cossin)cos1(2rarvrs 将将s 代入代入s0 式，即可得到式，即可得到 b 点点( 悬点悬点) 的位的位移移 s0 ，进而可得速度，进而可得速度 0 和加速和加速a0 的计算的计算公式：公式： cossin)cos1(2101010rllarllvrlls s1ll0sbb1BB1 设机构的有关尺寸如图所示。根据设机构的有关尺寸如图所示。根据图示结构和尺寸可得：图示结构和尺寸可得：slls10 实际结构中实际结构中 的长度较大，且游梁的摆角的长度较大，且游梁的摆角很小，故很小，故B 点的运动可用下列式子描述点的运动可用下

5、列式子描述：l 将两种曲柄连杆冲击机构悬点的运动的位移、速度、加速度曲线描将两种曲柄连杆冲击机构悬点的运动的位移、速度、加速度曲线描绘到一副图中，则如下图所示：绘到一副图中，则如下图所示：l 钻头在冲击过程的下落运动，如果不考虑孔内的各种阻力，可钻头在冲击过程的下落运动，如果不考虑孔内的各种阻力，可以认为是匀加速运动。其运动行程可用下面的公式计算：以认为是匀加速运动。其运动行程可用下面的公式计算：221atSzt 由此可以看出钻头的运动规律和机构的运动规律是不一致的。孔内由此可以看出钻头的运动规律和机构的运动规律是不一致的。孔内钻具的实际运动因受到孔壁的阻力、泥浆的粘度、岩粉的多少等因钻具的实

6、际运动因受到孔壁的阻力、泥浆的粘度、岩粉的多少等因素的影响，其运动更为复杂。在钻具下落过程中，钻具的运动和机素的影响，其运动更为复杂。在钻具下落过程中，钻具的运动和机构的运动可能出现下列三种情况：构的运动可能出现下列三种情况：1.理想情况理想情况2.阻滞情况阻滞情况3.空打情况空打情况mn2 23 2 SABS1 2 3 结构简单结构简单;2. 冲程较大冲程较大; 有几种冲程可供调节有几种冲程可供调节; 有均衡载荷作用有均衡载荷作用, 载荷的波动幅度较小载荷的波动幅度较小; 对机构和钻具运动的同步性要求高对机构和钻具运动的同步性要求高; 减振弹簧易损坏。减振弹簧易损坏。由图中的关系可知由图中的

7、关系可知:2222)()(erlerlh 滑快在极限位置时，对应曲柄所夹的锐滑快在极限位置时，对应曲柄所夹的锐角为角为:rlerle arccosarccos 钻头一次冲击循环所用的时间为：钻头一次冲击循环所用的时间为：nttt6021 rl对于对心式的机构：对于对心式的机构：ntt3021 对于偏心式的机构：对于偏心式的机构：ntnt663601211 对于柴油机驱动，因载荷的不均匀，钻具下落时负载小，曲柄的角对于柴油机驱动，因载荷的不均匀，钻具下落时负载小，曲柄的角速度会略大于提升时的角速度，因此需加系数速度会略大于提升时的角速度，因此需加系数故故, 9 . 0, 1 . 121 kknk

8、tnkt66)360(122111 不考虑钻具下落时孔内的各种阻力，钻具应为自由落体运动。因此：不考虑钻具下落时孔内的各种阻力，钻具应为自由落体运动。因此：ahnt2612 故合理的冲次应为：故合理的冲次应为：2111)(118. 0han (暂不考虑暂不考虑k2)8 . 07 . 0 102KmvN 考虑孔内各种阻力系数：考虑孔内各种阻力系数：3 . 11 . 1 k k vm钻具的质量钻具的质量钻具的提升速度钻具的提升速度冲击机构的效率冲击机构的效率lr0lleoo1 为了分析，将机构简化为图示结构，并设定图中标出的相应参为了分析，将机构简化为图示结构，并设定图中标出的相应参数。可得：数。

9、可得： cos2022201rlerllAC )cos(2222 rlrllDA则总长则总长)cos(2cos2220222021 rlrlrlerlllL。和和对上式求导后得到对上式求导后得到minmaxLL钻具的提升高度（即冲程）为：钻具的提升高度（即冲程）为：00minmax LLLLh )cos21cos21(2000 lrlrlrh 根据根据钻探设备钻探设备的简略推导方法得到钻头冲程的计算公式为：的简略推导方法得到钻头冲程的计算公式为： 通过分析，可以得出此种机构的特点有：通过分析，可以得出此种机构的特点有： 1. 通过改变通过改变AC与与AD间的初始角度的大小改变冲程间的初始角度的

10、大小改变冲程h。 2. 由于机构的结构原因，曲柄回转一周，由于机构的结构原因，曲柄回转一周，l1及及l2的变化规律不同，的变化规律不同，钻具在机构的带动下的运动是复杂的变速运动。钻具在机构的带动下的运动是复杂的变速运动。 3. 只要机构中链轮的速度保持适当的低速，钻具就能有效地冲击只要机构中链轮的速度保持适当的低速，钻具就能有效地冲击破碎岩石。破碎岩石。 4. 载荷波动大、振动和噪声也大、动力机工作条件差。载荷波动大、振动和噪声也大、动力机工作条件差。TT0TT0T-连轮回转一圈说用时间；连轮回转一圈说用时间；T0-钻头冲击一次循环所用时间。钻头冲击一次循环所用时间。(1) 该机构采用双绳提拉

11、钻具该机构采用双绳提拉钻具,适用于大口径冲击反循环钻进适用于大口径冲击反循环钻进;(2) 利用时间继电器控制电磁阀换向，实现自动控制冲击，并利用利用时间继电器控制电磁阀换向，实现自动控制冲击，并利用时间继电器无级调节冲击频率，通过改变油量改变冲程；时间继电器无级调节冲击频率，通过改变油量改变冲程；(3) 该冲击机构的两个冲击液压缸装在移动式回转器的箱体上，且该冲击机构的两个冲击液压缸装在移动式回转器的箱体上，且回转器在冲击钻进时是由给进液压缸支撑。冲击钻进时产生的震回转器在冲击钻进时是由给进液压缸支撑。冲击钻进时产生的震动力，一部分由给进液压缸吸收，一部分则通过钻具传到孔底，动力，一部分由给进

12、液压缸吸收，一部分则通过钻具传到孔底，因此钻机机架的震动很小因此钻机机架的震动很小;(4) 该机构在钻具下落过程中，绳轮和活塞一起随钻具下落。为减该机构在钻具下落过程中，绳轮和活塞一起随钻具下落。为减小活塞下落的阻力，设计时采取了以下措施小活塞下落的阻力，设计时采取了以下措施: a) 活塞上装有专门的板阀。活塞下落时，板阀开启。下腔的大活塞上装有专门的板阀。活塞下落时，板阀开启。下腔的大部分油液进入上腔。既减小活塞下落的阻力，又加快了活塞下落部分油液进入上腔。既减小活塞下落的阻力，又加快了活塞下落的速度；的速度； b) 下腔采用多条旁通油路回油，加快了回油速度；下腔采用多条旁通油路回油，加快了回油速度； c) 采用了倍速机构，以防止活塞的运动影响钻具的下落速度。采用了倍速机构，以防止活塞的运动影响钻具的下落速度。