钻机的动力和传动装置分析
钻机工作原理
钻机工作原理
钻机是一种用于地下钻探和开采的机械设备，其工作原理主要
包括钻杆传递动力、钻头进行钻进和岩屑排出等过程。
下面将详细
介绍钻机的工作原理。
首先，钻机的工作原理涉及到钻杆传递动力。
钻机通常由柴油
机或电动机提供动力，通过传动装置将动力传递给钻机主机，再由
主机将动力传递给钻杆。
钻杆通过旋转传递动力给钻头，从而实现
钻进作业。
钻杆的传递动力过程需要保证传递的稳定性和高效性，
以确保钻机的正常工作。
其次，钻机的工作原理还包括钻头进行钻进的过程。
钻头是钻
机的主要工作部件，它通过旋转和下压的方式对地下岩石进行钻进。
钻头通常由钻具和钻头组成，在钻进过程中，钻头将钻具带动旋转，同时通过下压力将钻头推进岩石，实现钻孔作业。
钻头的钻进过程
需要根据地质情况进行合理的选择和调整，以提高钻进效率和保证
钻孔质量。
最后，钻机的工作原理还涉及到岩屑排出的过程。
在钻进过程中，钻头产生的岩屑需要及时排出钻孔，以保证钻进的顺利进行。
钻机通常通过钻杆内部的泥浆或空心钻杆的方式将岩屑排出到地面，同时也可以通过泵送系统将泥浆循环使用，以减少对地下水文环境
的影响。
岩屑排出的过程需要保证排出的及时性和连续性，以确保
钻孔的质量和作业的顺利进行。
综上所述，钻机的工作原理主要包括钻杆传递动力、钻头进行
钻进和岩屑排出等过程。
钻机在实际作业中需要根据地质情况和工
程要求进行合理的选择和调整，以提高钻进效率和保证工程质量。
希望本文对钻机工作原理有所帮助。
钻机组成及各部分的工作原理
钻机组成及各部分的工作原理钻机是一种用于地下或水下钻探的设备，它由多个部分组成，每个部分都有着特定的工作原理。
本文将从整体结构和各部分的工作原理两个方面来介绍钻机。
一、钻机的整体结构钻机通常由底座、钻杆、钻头、钻具、钻杆回转系统、提升系统、驱动系统和控制系统等部分组成。
1. 底座：钻机的底座是支撑整个机器的基础，具有稳定性和承重能力。
它通常由钢铁材料制成，能够承受高强度的工作环境。
2. 钻杆：钻杆是将动力传递给钻头的关键部分，由多根连接在一起的钢管组成。
钻杆的长度和直径根据钻探深度和孔径大小来确定。
3. 钻头：钻头是钻机的工作部分，通过旋转和冲击地层来实现钻探的目的。
钻头通常由合金钢制成，具有较强的硬度和耐磨性。
4. 钻具：钻具是连接钻杆和钻头的部分，可以使钻杆和钻头保持连接并传递动力。
钻具通常包括套管、钻铤和钻杆接头等。
5. 钻杆回转系统：钻杆回转系统是使钻杆和钻头产生旋转运动的部分。
它通常由液压系统和传动装置组成，能够提供足够的扭矩和转速。
6. 提升系统：提升系统用于控制钻杆的上下运动，实现钻杆的进给和回收。
它通常由液压缸、钻塔和卷筒等组成，能够实现高效的提升作业。
7. 驱动系统：驱动系统是提供动力给钻机各部分的关键部分，通常由柴油机或电动机等驱动装置组成。
驱动系统能够提供足够的功率和转速，满足钻机的工作需求。
8. 控制系统：控制系统是对钻机进行操作和控制的部分，通常由液压系统、电气系统和自动控制装置等组成。
控制系统能够确保钻机的稳定运行和安全作业。
二、钻机各部分的工作原理1. 钻杆和钻头：钻杆通过钻具连接在一起，传递驱动力给钻头。
钻头在旋转的同时，利用冲击力将地层破碎，实现钻探的目的。
2. 钻杆回转系统：钻机的液压系统和传动装置提供足够的扭矩和转速，使钻杆和钻头产生旋转运动。
旋转运动可使钻头均匀地破碎地层，提高钻探效率。
3. 提升系统：提升系统通过液压缸、钻塔和卷筒等实现钻杆的上下运动，控制钻杆的进给和回收。
冲击钻机构造
冲击钻机构造
冲击钻机构造：
①动力系统：包含电动机或内燃机，提供钻孔所需的旋转动力；
②传动机构：通过齿轮、链条或皮带将动力传递至钻杆，实现高速旋转；
③冲击机构：包含冲击活塞、配气阀、缓冲弹簧等，产生高频往复冲击力；
④钻杆与钻头：钻杆连接动力输出端与钻头，传递旋转与冲击力，钻头用于破岩钻孔；
⑤操纵手柄：设有开关、调速、正反转控制等功能，便于操作者掌控钻机工作状态；
⑥减震装置：如橡胶垫、弹簧等，吸收钻孔过程中的震动，提升操作舒适性与设备寿命；
⑦防护外壳：包围动力系统与传动部分，提供机械保护与防尘、隔音效果；
⑧辅助部件：包括深度尺、吸尘装置、冷却系统等，辅助精准钻孔、改善工作环境。
钻机驱动设备与传动系统
钻机驱动设备与传动系统1. 引言钻机驱动设备与传动系统是钻井工程中至关重要的部分，它们负责控制钻头的旋转和下压力，以实现钻井的顺利进行。
本文将介绍钻机驱动设备与传动系统的工作原理、主要部件以及常见故障处理方法，以增加读者对该系统的了解。
2. 工作原理钻机驱动设备与传动系统的工作需要运用机械原理和转动传动原理。
通过驱动系统的转动，可使钻杆和钻头产生旋转，实现钻进地层的目的。
同时，钻机的驱动系统还需要通过传动系统的设计和控制，调节钻头的下压力，确保钻进过程的稳定性。
3. 主要部件3.1 钻机主驱动装置钻机主驱动装置通常由电机和装有花键轮的变速箱组成。
电机作为驱动源，通过电路控制使变速箱中花键轮旋转，进而带动钻杆和钻头的旋转。
3.2 钻机主传动轴钻机主传动轴位于钻机主驱动装置和井口装置之间，负责将电机传递的动力传到钻杆和钻头上。
主传动轴通常由高强度合金材料制成，以承受大扭矩和重负荷。
3.3 钻机变速箱钻机变速箱位于钻机主驱动装置内，用于改变驱动装置输出的转速。
通过变速箱的设计，可以实现适应不同井深和地层条件下的钻井作业。
3.4 钻机离合器钻机离合器用于控制钻机主驱动装置的连接和断开。
在钻井作业中，需要频繁地进行钻杆和钻头的连接和断开，离合器的可靠性和灵活性对钻机的作业效率有着重要的影响。
3.5 钻机液压系统钻机液压系统用于控制钻杆下压力的调节和控制。
通过液压系统的工作，可以实现对钻杆下压力的精确控制，以适应不同地层的钻进要求。
4. 常见故障与处理方法4.1 电机故障当钻机主驱动电机发生故障时，往往会导致钻机无法正常工作。
处理方法包括检查电源线路是否正常连接，检查电机是否过热，以及检查是否存在电机绕组短路等问题。
4.2 变速箱故障变速箱是钻机驱动传动系统中的关键部件之一，一旦发生故障，会影响钻井作业的顺利进行。
常见的变速箱故障包括齿轮磨损、轴承故障等。
处理方法通常是对故障部件进行更换或修理。
4.3 钻机离合器故障钻机离合器的故障会导致钻杆和钻头的连接和断开无法正常进行。
第二章 钻机驱动与传动
(5) 扭矩曲线较平坦，适应性系数小(1.05～1.15)，过载能力有限；转速
调节范围窄(1.3～1.8)；噪音大，影响工人健康；与电驱动比较，驱动传动 效率低，燃料成本高等。
24
钻井机械
第二章 钻机的驱动与传动
二、柴油机驱动特性 (一般了解) 柴油机驱动特性就是柴油机自身的特性， 包括外特性、负荷特性和调速特性。 1．外特性 当喷油量为最大时，性能参数Ne、Me 、 ge、GT随n变化的规律性，即外特性。 外特性是正确选择及合理使用发动机的基 础。（参考Z12V190B柴油机外特性） (1)曲线定量地指明了不同转速下的Ne、Me
第二章 钻机的驱动与传动
转盘需要倒车，绞车一般不需要倒车。倒车方案，花样繁多，但究其实质， 不外以下几种：
(1) 齿正车、链倒车(齿轮传动正车、链传动倒车) 大庆130钻机就是齿正车、
链倒车，但1号机组本身不能倒车。有的钻机，齿正车传动副和链倒车传动副 安置在同一传动箱的两根平行轴上。
(2) 链正车、齿倒车 链条钻机必须采用齿传动倒车，如F320-3DH钻机等，
和ge的值。
(2)曲线指明了最大功率Nmax、最大扭矩 Mmax、最大功率时扭矩Me、最小耗油量gemin 及相应的经济转速，可确定适应性系数Ｋ和 合理的工作转速范围。
25
钻井机械 2．负荷特性
第二章 钻机的驱动与传动
定转速下油耗ge随功率Ne而变化的
规律，称负荷特性。（参见Z12V190B
型柴油机负荷特性曲线） 依据负荷特性，可确定动力机在定 转速下工作时的经济负荷，即耗油率 最小时柴油机的功率范围。方法：由 坐标原点引射线与ge曲线相切，切点
钻井机械
第二章 钻机的驱动与传动 第一节 概 述
钻机驱动设备与传动系统PPT课件
机肘，都应让它在调速线上工作。
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④ 通用特性
• 最内层的等油耗率曲线 表明发动机最经济的工 作范围。
• Z12V190B柴油机的通 用特性曲线
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(4) 石油机械常用柴油机
• ① Z190系列钻机柴油机
•
济南柴油机厂研制生产的Z190系列柴油机
包括有 Z8V190，Z8V190-1，Z8V190-2和
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6.2 石油钻机液力传动装置
• 石油钻机传动装置有机械式的也有其他形 式的，机械式如螺旋、齿轮、皮带、链条、 万向轴等。石油机械功率大，工况特殊， 有些制定了专用标准，如套筒滚子链，石 油钻机用万向联轴器等。但这些传动装置 与一般机械相同。
• 除此外，石油机械还常用液力传动装置如 液力变矩器，液力偶合器等，本节主要介 绍这些传动装置。
则以耗电量、功率因数来表征。
• ⑤ 使用经济性
•
除已特别指明的燃料经济性之外，使用
经济性尚应包括：对工作地区的适应性、启动
性能、控制操作的灵敏程度、工作的可靠性、
安全性、持久性及维护保养难易性等。
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• 表6-1 石油机械常用驱动设备的适应性系数和 调速范围的参考数值
类型
KsLeabharlann M max Me• 偶合器只能在高转速比（即i nT nB 0.96
）
工况下工作，否则效率过低，功率损失大。液
力偶合器只能传递扭矩，不能变矩，因此又称
液力联轴器。
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(2) 液力变矩器（涡轮变矩器）
•
变矩器结构如图所示。导轮与外壳相连，是不
转动的，叶片大都为空间扭曲形状。与偶合器相比，
取样钻机工作原理
取样钻机工作原理一、引言取样钻机是一种用于地质勘探和矿产资源勘查的设备。
它可以获取地下岩石和土壤的样本，以进行分析和深入研究。
本文将深入探讨取样钻机的工作原理，介绍其组成部分和工作过程。
二、取样钻机的组成部分取样钻机主要由以下几个组成部分构成：1. 钻头钻头是取样钻机的核心部件，其形状和结构根据不同的勘探需求而变化。
常见的钻头类型包括岩石取样钻头、环状取样钻头和洞槽钻头等。
钻头通常由高硬度的合金钢制成，以便能够在地下岩石中进行钻探。
2. 钻杆钻杆是将钻头连接到钻机上的部件。
它一般由多节组成，可以根据需要进行增减。
钻杆通常由高强度合金钢制成，以保证其在高负荷下的稳定性和耐用性。
3. 钻机主体钻机主体是取样钻机的核心部件，其包括钻机的动力装置、传动装置和控制装置。
动力装置一般由柴油发动机或电动机组成，用于提供钻机的动力。
传动装置则用于将动力转化为旋转力，驱动钻杆和钻头进行钻探。
控制装置用于控制钻机的工作状态和参数。
4. 钻孔附件钻孔附件包括钻进液、钻探岩芯管和取芯器等。
钻进液主要用于冷却钻头、排出钻屑和稳定钻孔。
钻探岩芯管用于接收岩芯样品，并保证其完整性。
取芯器则用于将岩芯样品从岩芯管中取出。
5. 辅助设备辅助设备包括起重工具、液压系统和控制仪器等。
起重工具用于搬运、安装和拆卸钻机及其附件。
液压系统提供钻机的动力源和工作动力，保证钻机的正常工作。
控制仪器用于监测和控制钻机的工作状态和参数。
三、取样钻机的工作过程1.安装钻机：首先，将钻机放置在需要进行钻探的位置，并进行稳固的安装。
2.安装钻杆和钻头：将钻杆依次连接起来，将钻头安装在钻杆的末端。
3.启动钻机：启动钻机的动力装置，开启液压系统，并将控制仪器设置为所需的参数。
4.钻进液注入：将钻进液注入钻孔中，通过钻杆内的管道输送至钻头。
钻进液的注入可以起到冷却钻头、稳定钻孔和排出钻屑的作用。
5.开始钻探：开始启动钻机的转动装置，驱动钻头开始旋转并向下进入地下。
钻机组成及各部分的工作原理
钻机组成及各部分的工作原理钻机是一种工程机械设备，主要用于地下工程、石油勘探和矿山开采等领域。
它由多个部分组成，每个部分都有其特定的工作原理和功能。
钻机主要由下面几个部分组成：1.钻杆和钻头：钻杆是连接钻机和钻头的部分，通常由多段管道组成。
钻杆通过旋转传递扭矩和推力给钻头，使其进入地下或岩石中进行钻探。
钻头通常由钢制成，具有特殊的切削工具，可根据需要切削地下岩石。
2.钻机架：钻机架是支撑钻机各个部分的主要结构。
它通常由重型金属构件制成，以提供稳定的平台。
钻机架具有可调节的高度和角度，使钻机能够适应不同的钻探需求。
3.钻机动力系统：钻机通常由内燃机或电动机提供动力。
内燃机通常使用汽油或柴油作为燃料，并通过传动系统将动力传递给钻杆和钻头。
电动机通过电源供电，并通过电动传动系统传递动力给钻杆和钻头。
4.钻机液压系统：液压系统主要用于控制钻机的各个部分，如旋转机构、提升机构和推进机构。
它通过液压泵将液体高压输送到不同的液压缸和马达中，从而实现对钻机各个部分的控制。
5.钻机控制系统：控制系统是钻机的大脑，它接收来自操作员的指令，并将其转换为相应的机械运动。
控制系统通常由电子控制器和传感器组成，用于监测和控制钻机的各个参数，如转速、扭矩和推力。
钻机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1.安装钻杆和钻头：将钻杆连接到钻机架上，并将钻头安装在钻杆的末端。
然后通过液压系统提供的推力将钻头推入地下或岩石中。
2.旋转钻杆：通过钻机的动力系统将旋转力传递给钻杆，从而使钻头以旋转的方式切削地下岩石。
旋转的方向和速度可以根据需要进行调节。
3.提升钻杆：钻杆通常以一定的角度向下钻探，并且在钻进过程中需要不断提升和再次推进。
通过液压系统提供的推力和吊绳将钻杆提升到适当的高度，然后再次推进。
4.冷却和清理：钻探过程中产生的高温会对钻头和钻杆造成损害，因此需要通过液压系统提供的冷却液对其进行冷却。
同时，冷却液还可以将岩石屑和碎片从钻孔中冲洗出来，以保持钻孔的清洁。
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通常所说的柔特性，是指K值大的同时R值亦 大。即随外载变化时动力机自动增矩减速或减 矩增速的范围宽。
而硬特性则是K值大而R却小，即外载变化很 大时，动力机速度变化很小。
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3.燃料(能源)的经济性 指的是提供同样功率时所消耗的燃料(能源)
费用。对柴油机，燃气轮机以耗油率来表征； 电动机则以耗电量，功率因素来表示。
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2.转盘 在钻进过程中，随着井深及岩层的变化，需
要及时改变钻压及转速。转盘要求动力系统的 力矩及转速调节范围是5～10。
在处理事故时，要求能细微调转速，又能倒 转。当钻具遇卡时，为了防止扭断钻杆，需要 设置限制力矩装置，达到限定力矩值时能自动 停止旋转。
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3.钻井泵 钻井泵一般利用变换缸套的办法来调节排
钻机的动力和传动 装置分析
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3.1概述 机械系统的动力装置(驱动装置或原动机)是机
械系统的重要组成部分。
2
Байду номын сангаас
它是执行系统的动力来源，它的性能的优劣直接 决定着机械系统的工作性能和构造特征。因此，合 理选择机械系统的动力装置的型式变成为机械设计 中的重要问题之一。
3
根据动力装置与执行机构之间的联系，分为 直接驱动和间接驱动两类。
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根据能量的转换方式，分电力驱动,内燃机驱动， 复合驱动等。
由于钻机在野外工作，因内燃机的机械特性不能 适应钻机工作，使柴油机直接驱动的钻机传动系统 相当繁杂。
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为了简化钻机传动系统，改善钻机的驱动性 能，钻机也采取复合驱动的型式，如内燃电 力驱动的电驱动钻机，内燃液力驱动的链条 钻机等。
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3.1.1 驱动设备特性指标和外特性 各类动力机有一些共同的技术经济指标，可
量。但在更换缸套之前，亦利用减速来调节 排量，以便使功率利用比较充分。
为此要求动力传动系统具有一定的调速范 围，R＝1.3～1.5即可满足要求。
钻井泵一般为无载启动，启动不频繁，对 启动转矩、超载能力的要求低于绞车，但为 了克服钻井过程中可能出现的蹩泵，要求动 力传动系统具有短时过载能力。
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3.1.3 钻机的传动装置 由动力机到工作机的传动系统，有的很简单，
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5.使用经济性 除已特加指明的燃料经济性之外，使用经济
性还包括：对工作地区的适应性；启动性能； 控制操作的灵敏程度：工作的可靠性；安全性； 持久性及维护保养的难易性能等。
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所谓动力机的外特性，指的是输出力矩M随 输出转速而变化的规律性，即
M=f(n) 常用曲线表示，称为动力机的外特性曲线。
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大庆130钻机和ZJ45J型钻机采用E型V带并 车.
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由于柴油机输出速度过高，而需要在并车前增 加减速箱以满足皮带传动线速度不合过高的要求。
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后来的ZJ32J-2型钻机采用了新型窄V型联 组胶带并车。
现。
16
曲线3是柴油 机直接驱动，机 械传动分级变速 时的起升曲线， 功率利用不充分， 阴影三角面积是 未被利用的功率。
17
根据绞车的工作特点，其对动力驱动与传动系 统的要求为：
(1)能无级变速，以充分利用功率； (2)速度调节范围，R＝5～10； (3)具有短时过载能力，以适应启动动载、振 动冲击及克服轻度卡钻的需要； (4)启动性能好，有灵敏可靠的控制与离合装 置。
在现场检修拆换链条比拆换皮带方便；链传 动效率较皮带传动为高。
中深井钻机配两台柴油机，并车链传动比较 简单。
而超深井钻机如ZJ60L配四台柴油机，并车
传动链装置比较复杂，安装工作量大。
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2.皮带并车 柴油机直接驱动的钻机采用皮带并车是我
国钻机的一大特色。主要是因为皮带传动结 实简单，允许一定的传动打滑和具有超载时 自动打滑的特性，起到了安全保护作用，所 以一直为我国油田工人所接受。缺点是常规V 型皮带大功率传动时根数较多，结构不紧凑， 寿命不长。
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它们都是三台柴油机经过三台变矩器使其输出转 速从柴油机的1100～ 1200r／min降至750～ 850r／min ，以保证并车链条线速度低于16～ 20m／s，(链条传动的最高线速度限制)。因为并 车链条线速度仍然较高，故必须采用小节距多排链 条传动。
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并车链传动副与皮带并车相比，由于链传 动在密封箱中采用油泵强制润滑，寿命较皮 带长；
比如单独驱动；有的则相当复杂，比如统一驱动 的钻机。
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后者的传动系统要将数台动力机的动力合并，并 分配给各工作机，同时为满足绞车和转盘对动力的 要求，要解决变速变矩及反转等问题。
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所以钻机的传动系统具有各种不同的并车、 减速、变速、倒车机构，而形成了多种传动方 案。多台动力机的并车传动是钻机传动的一个 特点。一般地，采用链条并车传动的称为链条 钻机，采用皮带并车传动的称为皮带钻机，而 电驱动钻机则将两台电动机装在同一输入轴的 左右两端实现并车。
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现代钻机用动力机的适应性系数K和调速范围 R的参考数据见表9-1。
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9.1.2 三大工作 机负载特点及对驱 动特性的要求 1.绞车 若大钩提升速度 V随 大钩载荷Q的变化而相 应地按QV＝C的规律 即如图9-1等功率曲线 1变化,这是最理想的情 况，动力机提供的起
升功率利用最充分。
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绞车载荷随起钻过 程中立根数目的逐渐 减少而呈阶梯状连续 下降，若提升速度V 也能随立根数的每一 次减少而增加，即按 曲线2工作，则是绞 车功率利用最充分的 情况。但在机械变速 为有限档的条件下， 只有在动力驱动装置 能自动变速时才能实
直接驱动是把原动机的运动和动力直接或通 过传动装置传递给执行系统，这是机器一般采 用的方式。
4
间接驱动是在原动机与执行机构之间，先将原 动机输出的机械能转换为其它能量，例如电能或液 能，然后再将这种能量转换为机械能直接或通过传 动装置传递给执行机构。如柴油机－液力驱动钻机， 电驱动钻机都是间接驱动的实例。
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1.链并车 尽管统一驱动的柴油机台数只有2～4台，当采用 有确定传动比的链条并车装置时，由于不可能把所 有柴油机调成同一转速，为了均衡各柴油机的负载， 必须在柴油机输出轴上联接一台液力变矩器。
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统一驱动的深井钻机以三台柴油机并车为典 型，如国产ZJ45钻机(图9-7)，罗马尼亚的 F320-3DH型钻机等。