液压技术在钻机上的应用
司钻培训教材
司钻培训液压控制系统教材一、概述1.液压传动的优缺点液压传动与控制是以液体（油、高水基液压油、合成液体）作为介质来实现各种机械量的输出（力、位移或速度等）的。
它与单纯的机械传动、电气传动相比，具有以下优点：（1）单位功率的重量轻、结构尺寸小。
（2）反应速度快。
（3）大范围内实现无级调速，而且调速性能好，调速范围可达200-250。
（4）能传递较大的力或转矩。
传递较大的力或转矩是液压传动的突出优点。
（5）易实现功率放大。
（6）操纵、控制调节比较方便、省力，易实现自动化。
尤其和电气控制结合起来，能实现复杂的顺序动作和远程控制。
（7）液压系统易于实现过载保护。
由于用油作为传动介质，故能自动润滑，元件使用寿命较长。
（8）液压元件已标准化、系列化和通用化，便于设计和选用。
液压传动与控制目前尚有一些缺点：（1）有一定的泄漏现象，使容积效率降低，不易实现定比传动，而且会污染环境。
（2）油液在流动中产生一定的阻力损失。
在高压高速下会使油温升高，影响油的粘性和元件的寿命。
（3）液压元件的制造精度要求高，使用维护比较严格。
（4）液压系统的故障原因有时不易查明。
2. 液压系统的基本组成一个最简单的液压传动系统必须由下列几部分组成：F S V其中F代表力，S代表行程，V代表速度。
控制阀主要包括方向控制阀、流量控制阀、压力控制阀。
方向控制阀的种类主要有换向阀、单向阀、液控单向阀等。
方向控制阀用于控制进入回路的油流的通断及改变流向。
流量控制阀的种类主要有节流阀、调速阀、分流集流阀等。
流量控制阀用于控制液压执行元件的运动速度。
压力控制阀的种类主要有溢流阀、顺序阀、减压阀、压力继电器等。
压力控制阀使系统能够实现稳压、减压、调压、保压、增压或利用压力变化实现执行机构顺序动作。
3. 液压技术在钻机上的应用由于液压技术拥有的诸多优点，特别是能传递较大的力或转矩这一显著优点，近几年来，液压技术在钻机上得到了广泛的应用。
主要体现在：钻台液压机具的应用。
钻机液压系统简介
液压阀件位 在司钻房内，安装在操 在液压站里，液压阀件不进
置
作台上。
司钻房。
液压管线
须进司钻房，包括与液 不进司钻房，只信号电缆与 压站的连接管线和与制 液压站相连。 动执行机构的连接管线。
液压盘刹功能描述
➢ 工作制动: 通过操作刹车阀的控制手柄，调节工作钳对制动盘 的正压力，从而为主机提供大小可调的刹车力矩，满足送钻、 起下钻等不同工况的要求。
➢ 紧急制动: 遇到紧急情况时，按下紧急制动按钮，工作钳、安 全钳全部参与制动，实现紧急刹车。
➢ 过卷保护:当大钩提升重物上升到某位置，由于操作失误或其它 原因，应该工作制动而未实施制动时，过卷阀发出信号，工作 钳和安全钳全部参与刹车，实施紧急制动，避免碰天车事故。
➢ 驻车制动: 当钻机不工作或司钻要离开司钻房时，拉下驻车制 动手柄，安全钳刹车，以防大钩滑落。
电磁换向阀
两位四通
液控换向阀
3WH6B53图形符号
比例减压阀
气控换向阀 4WP6D50图形符号
继动阀
液控式与电控式的区别
操作方式
液控式
电控式
操作原理
手动液压控制。 由司钻直接操作液压司 钻阀、驻车阀和紧急制 动阀来实现工作刹车、 驻车和紧急制动等功能 的操作。
电控液压控制。 由司钻直接操作电子刹把、 驻车按钮和紧急制动按钮来 控制相关的电磁阀件，从而 实现工作刹车、驻车和紧急 制动等功能的操作。
➢压力控制元件 ➢流量控制元件 ➢方向控制元件
电液换向阀
中位
左位
右位
PSL 德国HAWE比例多路换向 型阀
PSL-5多路阀，“O”机能，控制B口压
力
P
P
P
PSL-5多路阀，“J”机能，控制A、B口压力
液压系统培训讲义(钻机液压系统)
钻井二公司 安青龙
目录
1.液压系统组成
2.液压盘刹系统原理图 3.液压系统使用注意事项 4.ZJ30/1700DB钻机空气系统
液压系统的组成
能源装置：
它是 把机械能转换成油液液压能的装置，一般常见的形式就是 液压泵，它给液压系统提供压力油，使整个装置动起来。 它是把油液的液压能转换成机械能的装置，比如作直线运动的 液压缸，或者作回转运动的液压马达。
统的压力，则应将“机具泵”的排量调小，否则可能会烧毁电机。
注意事项
1. 液压系统的故障大多数是由于油液污染而造成的，外购的新液压油 (大桶
装)是未经处理的不符合液压系统使用不洁净油品。向油箱中加入时，必须用 组合泵站本身的加油过滤装置，只须将其软管放入油桶，打开吸油管路上的 球阀即可过滤液压油，其加油量应保证在工作中使液位始终高于油标上的最 低液位线。严禁水或不同种类的油进入液压油中。冬季使用低凝液压油YCN32 或YC-N46，夏季使用抗磨液压油YB-N46。要定期（3～6 个月）更换液压 油。保证了液压油的洁净，也就保证了液压系统的正常运行。
执行装置：
控制调节装置： 它是控制液压系统中向阀等液压元件的总成，这些元件是保证系统正 常工作的必不可少的组成部分。 它们是除了上述三项以外的其他装置，如油箱、滤油器、油管 等。它们对保证液压系统可靠、稳定、持久的工作，有重大作用
辅助装置：
2. 各接头、管线拆开后应进行包扎，快速接头应用相应护盖、护冒封堵，避
免沙尘进入系统。
3. 井架、钻机整体起放时，应由专人观察情况，并指挥操作人员正确操作。 4. 液压系统内各阀件在出厂前均以进行调节，在使用过程中应有专人管理，
液压钻机在海洋石油钻井中的运用浅析
液压钻机在海洋石油钻井中的运用浅析摘要：液压钻机又称为液缸提升型钻机，是以钻机的提升系统和旋转系统的动力源全部由液压泵提供为主要特点的一类钻机，由于液压设备的传动力矩大，控制简单方便，易于实现自动化、智能化等优点，液压钻机已成为钻修井装备中重要的一员。
本文以WC19-1WHPA平台的DS250-PL钻机为例分析液压钻机在海洋石油钻井中的优缺点及运用推广价值。
关键词：液压钻机；液压动力单元(HPU)；液压顶驱；管子处理装置文昌19-1A平台的DS250-PL液压钻机是中海油首例应用的全进口液压智能钻机，该液压钻机提升能力为225吨，主要包括管子处理装置、伸缩式井架、液压顶驱、液压吊卡、液压转盘、动力卡瓦、动力大钳、液压鼠洞、正压防爆司钻房、液压动力单元HPU1/HPU2等设备；可完成自动上钻、甩钻、起下钻、钻进、倒划眼等主要钻井工序。
其中，能集中代表液压钻机传动简约化、操作集成化、作业自动化特点的设备有液压站、井架、司钻房、管子处理装置等。
液压动力单元为整机提供动力，由两套对称布置的分站HPU1/HPU2组成。
单台液压动力单元由一台600V,、3ph、60Hz 、563KW的西门子变频电机带动3个35Mpa的柱塞泵、1个21Mpa的柱塞泵，单台液压动力单元的油箱容积为3000L。
两套分站即可以双机并用（正常工况），也可以一用一备（当其中一台需要停机维保时），保障整个钻进过程中对动力的需求。
井架为液缸举升式，液缸的行程为17米，最大钩载为250MT,最大下压为25MT。
与通常用机械钻机相比其结构简化了滑轮绳系，采用增力倍距的绕绳方式，在充分利用液压系统传动力矩大的优点的同时，实现了游吊系统提升距离是液压缸行程两倍的运动关系，从而增加了游吊系统的运动范围。
井架上有一台安全载荷为2.5吨的辅助吊车，吊车可以围绕井架在200度范围内旋转，有效保证钻台物件的移动。
系统配套一台TD250液压顶驱，顶驱最大扭矩为5300daNM(60rpm),转速为0-190rpm,中心管直径3”(76mm),上提下放的速度为1m/s,顶驱可以向鼠洞方向伸出，最大行程为1.855米。
多功能全液压潜孔钻机技术参数与工作原理
多功能全液压潜孔钻机技术参数与工作原理多功能全液压潜孔钻机技术参数与工作原理多功能全液压潜孔钻机设备是消化吸收国产液压锚固钻机及隧道管棚液压钻机的先进技术，并结合国内实际情况而设计制造的性能优异的履带式多功能全液压钻机，配套液压动力头是原德国KLEMM 公司生产的HD 系列进口原装动力头，张家口市宣化恒通鑫钻孔机械是国内唯一生产此钻机的厂家。
钻机的钻架可在三个平面内调节，特别设计的摆动机构使得钻架在水平和垂直方面均能方便地定位。
另外钻臂还可以±15度轴向摆动旋转，这些特性使钻机在所有的工况下均可施工。
钻HTYM808多功能全液压钻机应用领域一、铁路隧道探测及注浆孔钻进（风化岩及完整基岩上钻进）⒈如果岩石普氏硬度f≤10，利用进口动力头回转及冲击，需配专用快换钎杆及钎头，采用高压水排渣，亦可以利用进口动力头回转及冲击，实现一边钻孔一边注浆，防止渗漏水涌出。
⒉如果岩石普氏硬度f ＞10, 利用进口动力头回转，冲击利用高压气动潜孔锤进行潜孔钻进；同时把高压水通过冲击器注入孔内进行除尘。
二、铁路隧道管棚孔钻进（覆盖层跟管钻进）⒈如果管棚孔深度≤30米，且砂卵石比较小，可利用进口动力头回转实现单作用双回转，即内钻杆、套管同时回转及冲击，采用高压水排渣，降低施工成本。
⒉如果管棚孔深度＞30米，可利用进口动力头实现内钻杆、套管同时回转，冲击利用中高压气动潜孔锤配偏心/对心扩孔钻具实现，把高压水通过冲击器注入孔内。
三、城市高层建筑基坑的锚索孔钻进（覆盖层跟管钻进）施工工艺同铁路隧道管棚钻进工艺一样。
四、地源热泵及水电围堰注浆孔的钻进 1. 如果覆盖层深度≤30米，且砂卵石比较小，可采用进口动力头回转实现单作用双回转，即内钻杆、套管同时回转和冲击，采用高压水排渣，起拔套管效率高，降低施工成本。
在基岩上利用中高压气动潜孔锤空气钻进，钻进深度达250米。
2. 如果覆盖层深度＞30米，或砂卵石比较大，可利用进口动力头实现内钻杆、套管同时回转，冲击利用中高压气动潜孔锤配偏心/对心扩孔钻具实现。
液压钻机试验台的设计和应用
第1期（总第131期）机械管理开发2013年2月No.1（SUM No.131）MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Feb.20130引言煤矿用液压钻机是煤矿开采的钻探工具，在煤层抽放瓦斯、钻探打孔中起着很重要的作用，主要特点应有：煤矿钻机具有液压卡盘和夹持器系统，利用钻机的反转功能、实现钻杆自动拆卸，操作更为方便、安全、可靠，大大减轻工人劳动强度，有效提高钻机的效率。
随着高瓦斯矿井的增加，煤矿液压钻机的使用是否可靠、能够保证质量将会直接影响瓦斯抽放能力的大小，也会直接影响井下采掘环境是否达标、能否正常生产。
为了检验煤矿液压钻机的质量，根据MT /T199—1996《煤矿用液压钻车通用技术条件》和MT /T198—1996《煤矿用液压凿岩机通用技术条件》有关液压钻机基本性能参数表的内容和出厂检验项目，我们设计了液压钻机试验台，它是计算机控制模式的多通道、多参数的测试台，集采集、记录、处理、绘图、显示、打印、数据管理于一体，它可检测工作液压条件下，不同负载状态的液压钻车基本性能参数（例如流量、转速、转矩、拉压力等），用以确保液压钻机质量。
1试验台的组成结构试验台主要由台架、测试装置、数据采集装置等组成，见图1。
73 N · m1N m·150035018002000350200120020t图1试验台组成图1.1台架组成台架：由底座、测试台、地沟组成。
底座由水泥浇注而成，测试台由六条直径25mm 的螺栓固定在底座上；地沟长3260mm ，宽3300mm ，位于地下50cm 处，上面用工字钢焊接顶棚覆盖。
设计地沟既是为了钻机试验时的固定，也是为了液压油的收集；因在试验过程中要有两个不同部位的测试，在移动过程中难免出现漏油现象，加设地沟既方便又环保。
试验时，先将钻机放在地沟上固定，而在不同测试部位上将钻机头与不同传感器相连测试。
1.2测试装置主要由10000N ·m 磁粉制动器、联轴器、转矩传感器、拉压力传感器、万向联轴器组成。
顶部驱动钻井装置的技术应用
顶部驱动钻井装置的技术应用随着科技的发展，社会的进步，新的技术也逐渐被开发和利用。
在石油开采领域，传统的钻井装置难以满足当下的高效、经济和安全的要求，也逐渐被新的钻井装置所取代。
顶部驱动钻井装置就是一种新的钻井装置，是集机械、电气、液压技术于一体的现代化高科技钻井装置，是当今石油钻井领域的前沿技术，与交直流变频电驱系统和井下钻头增压系统并称近代钻井装备的三大技术成果。
顶部驱动钻井装置可适用于2000米到9000米深的钻井，其适用范围广。
本文主要通过对顶部驱动钻井装置的技术应用探讨，以期对顶部驱动钻井装置提出合理优化的建议。
标签：顶部驱动;技术;应用引言：顶部驱动钻井装置可节约20%至30%的钻井时间，尤其是对于斜井和高难度定向井，其经济性更好。
对于顶部驱动钻井装置的技术应用研究，提高顶部驱动钻井装置在复杂情况下的工作效率以及稳定性，保证钻井装置的安全性，增加其使用寿命，具有很现实的意义。
一、液压技术在顶部驱动钻井装置的应用液压技术在顶驱装置应用广泛。
液压驱动是顶驱两大主要驱动方式之一（另一驱动方式为电驱动）。
液压驱动可实现比电驱动更大的无级调速范围，其运行更加平稳，溢流阀的存在防止了过载，液体的可压缩性减少了冲击，可通过压力的调节实现更大的扭矩，操作方便，可满足不同转速的多种钻探工艺。
而且，液压驱动顶驱系统比电驱顶驱系统体积小，质量轻、运输及安装比电驱更为方便，其制造和使用成本低。
随着液压技术发展，尤其是高压液压技术和高效散热技术的发展，顶驱系统越来越多的应用液压技术已成为顶驱发展的一个趋势[1]。
頂驱的辅助传动也采用液压系统。
液压泵对液压油加压，使液压油产生压力，推动液压马达的转动，完成液体压力到机械能的转化。
通过方向阀，可改变液压油的流动方向，进而改变液压马达的转动方向，通过溢流阀控制压力值，可改变液压马达的转速，通过截止阀可实现液压马达的停止运动。
而过滤装置主要对液压油起过滤作用，增加了液压系统的使用寿命。
液压钻机原理
液压钻机原理液压钻机是一种利用液压传动原理进行工作的钻机，它具有结构简单、工作稳定、效率高等优点，在矿山、建筑、地质勘探等领域有着广泛的应用。
本文将从液压钻机的原理入手，介绍其工作过程和应用特点。
液压钻机的原理是利用液压传动来实现钻进、提升和回转等工作。
在液压钻机中，液压系统起着至关重要的作用。
液压系统由液压泵、执行元件、控制元件、油箱、管路等组成。
液压泵将机械能转化为液压能，通过管路输送至执行元件，控制元件则根据需要控制液压系统的工作。
当液压钻机工作时，液压泵会将液压油输送至液压缸，驱动钻杆进行钻进或提升。
同时，通过控制元件对液压缸进行控制，实现钻机的回转和停止等功能。
在整个工作过程中，液压传动系统能够实现高效、精准的动作控制，确保钻机的稳定工作。
液压钻机相比传统的机械钻机具有许多优势。
首先，液压钻机具有结构简单、零部件少、维护方便的特点，能够降低维护成本和维修时间。
其次，液压钻机具有工作稳定、噪音小、振动小的特点，能够提高工作环境的舒适度和安全性。
此外，液压钻机还具有工作效率高、动作灵活等优点，能够满足不同工况下的作业需求。
在实际应用中，液压钻机被广泛应用于矿山、建筑、地质勘探等领域。
在矿山中，液压钻机可以用于地下巷道的掘进、矿井的支护等工作，能够提高工作效率和安全性。
在建筑领域，液压钻机可以用于桩基础的钻孔、地下管道的铺设等工程，能够提高工程质量和进度。
在地质勘探中，液压钻机可以用于岩芯钻探、地下水的勘探等工作，能够提高勘探效率和准确性。
总之，液压钻机作为一种利用液压传动原理进行工作的钻机，具有结构简单、工作稳定、效率高等优点，在矿山、建筑、地质勘探等领域有着广泛的应用前景。
通过对液压钻机原理的深入了解，可以更好地掌握其工作原理和应用特点，为实际工作提供更好的指导和支持。
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液压技术在钻机上的应用
摘要:液压技术由于具有功率比重大、配置柔性大、操纵控制方便等优势,在工、农业生产中得到了广泛的应用。
而与一般工业生产相比,钻机具有工作环境恶劣,高速载重,能耗大等工况特点,因此,在钻机上大量地应用着液压技术。
本文将着重介绍液压技术在钻机上的应用情况。
关键词:液压技术钻机控制系统
自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,液压技术已有二百多年的历史。
但直到20世纪30年代它才较为普遍地应用到了机床及工程机械中。
到20世纪60年代以后,液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。
而当前的液压技术正向着迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展[1]。
近年来,随着液压技术的日趋成熟,其应用范围也越来越广泛。
其在钻机上的应用就是一个很明显的示例。
液压技术在钻机上的应用开始于20世纪的40年代,最初主要是用于给进机构。
[2]而随着液压技术的快速发展,液压技术在钻机上的应用也越来越普遍。
1968年由瑞典Atlas Copco公司开发的第一台全液压钻机Diamec250问世,此后不久美国、日本都研制成功了自己的全液压钻机。
与机械钻机相比,全液压钻机具有功重比大,控制性能好等优点,因此很快得到了推广和应用。
目前,国内外钻机的主导型式已
是全液压顶驱式,其品种和数量都快速增多。
伴随着液压技术的发展,钻机的发展走过了三个阶段:手把给进式钻机;油压给进式钻机以及全液压钻机。
1 油压给进式钻机
在经历了早期的手把给进式钻机之后,随着合金钻机技术的进一步成熟和发展以及液压技术的长足发展与应用,油压给进式钻机应运而生。
油压给进立轴式钻机的特点:给进工序与部分辅助工序实现了液压控制;性能较为先进,并且易于控制,因此钻进效率高;工作平稳,操作集中、灵便、安全,劳动强度有所降低;机械传动,纵向布局,结构紧凑,但解体性能较手把钻机差。
下面就以较为经典的XY-4型钻机介绍一下油压给进式钻机[3]。
XY-4型钻机属机械传动油压给进立轴式钻机,除适用于金刚石钻进外,也能满足硬质合金钻进、钢粒钻进和各种水文、工程钻进的需要。
该钻机本身的组成是由机械传动系统和液压传动系统及机架等部分组成。
该液压系统可实现的功能包括:立轴上升、下降、停止或称重;松紧卡盘;拧卸钻具;钻机前后移动等。
2 全液压钻机
伴随着液压技术的进一步发展与完善,全液压钻机也随之出现。
全液压钻机是一种用油压驱动和控制所有运转部件的钻机。
在油压给进钻机的基础上,它将回转、给进和升降钻具等机构全用液压驱动,把整个操纵引向更自动化,仪表化的现代水平[4]。
全液压钻机按结构型式,可分为立轴式全液压钻机和动力头式全液压钻机两种。
立轴式全液压钻机是较早研制的全液压钻机,它保留着立轴式回转器,齿轮传动变速箱和升降机等装置,但回转器和升降机采用一台或二台油马达驱动;其钻进时的加减压力、调速以及升降钻具等,均集中于操纵台上进行,并有仪表测试,有利孔内钻进情况的观察分析。
全液压动力头钻机具有以下特点[5]:钻机工作过程中的所有动作均由液压系统中的液压元件完成,大大减轻了操作者的劳动强度,操作人员数量大幅度减少;实现了无级调速及钻压的精确控制,可根据地层条件、机具情况优选钻进参数,更适合金刚石钻进;回转器可沿桅杆移动(故称动力头),实现了长行程给进,不仅大幅度增加了纯钻进时间,还由于钻进过程连续,可大幅度减少孔内事故发生的几率并提高岩心采取率。
3 液压系统的控制技术
液压钻机性能的优劣,主要取决于液压系统性能的好坏。
而液压系统的性能则是依赖于其控制系统来实现的。
目前,常见的全液压钻机采用的是定量泵加溢流阀的控制系统,主要由回转回路和钻进回路组成,其中钻进回路提供了钻头的前进动力,回转回路克服了回转负载转矩。
液压钻机在钻进过程中,有可能碰到坚硬的障碍物或者地质条件发声明显改变的情况,这时回转负载将会迅速改变,液压系统的压力也会应改变,产生压力冲击和钻头速度失稳的现象。
如果压力过高则会打开溢流阀,系统的能量严重损失且发热严重,甚至引发安全事故。
而如果在液压钻机上采用负载感知的智能液压容错技术[6],则能够根据实际负载情况自动的调节液压系统的压力,使得钻机的推进力与实际负载相匹配,从而提高钻机的钻机质量和能量利用效率,同时消除安全隐患,大大提高钻头的使用寿命和整个钻机的可靠性。
智能液压容错技术的实现可以通过在钻机原液压系统中增加负载感应调压阀等元件。
负载感应调压阀带有压力测量单元和逻辑控制单元,能够根据马达负载的变化来调节液压回路的驱动油压,从而调节钻头推进力,有效避免卡钻等现象。
另外,在煤矿钻机中,液压智能控制器也可实现上述目标[7]。
液压智能控制器不需电控,自动调节煤矿钻机推进力,防止马达过载,避免钻头卡死、损坏等。
4 结语
随着液压技术的不断发展,其在钻机上的应用也越来越广泛,越来越成熟。
从最初的只控制给进系统到如今的控制绝大部分运转部件,液压技术在钻机上的应用取得了长足的发展,可以说已经到了比较成熟的阶段。
但是,在应用过程中仍然存在一些问题(如液压控制功能需进一步完善)。
随着液压技术的不断进步,其在钻机上的应用也会走向更高的层次。
参考文献
[1] 左建民.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,1991.
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[4] 于萍,孙友宏,赵大军,等.谈液压技术在钻掘设备中的应用[J].探矿工程,2003,z1:325.
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[6] 何沛霖,黄国勤,于今.智能液压容错技术在钻机的应用[J].兵工自动化,2011,30(11):72-73.
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