第一節(jié) 產(chǎn)品技術發(fā)展現(xiàn)狀

牙輪鉆機是一種包括有機械系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的產(chǎn)品。所有這些都融合于一體，以提供滿足既定市場條件所需的穿孔、行走及控制功能。

機械系統(tǒng)實質(zhì)上是鉆機的主體結構和支承部分。機械系統(tǒng)由底盤與行走驅(qū)動裝置、主機架、鉆架及加壓／提升驅(qū)動裝置組成。

壓縮空氣系統(tǒng)通常由兩臺空壓機組成。大空壓機提供用于穿孔中清洗和冷卻鉆頭、將鉆屑排至孔外所需的壓縮空氣。由一臺相對較小的空壓機提供的輔助性壓縮空氣，主要用于為鉆機提供控制用壓氣，如制動器和聯(lián)軸器所需的壓氣。

液壓系統(tǒng)困鉆機的型式而異。它為鉆進、輔助及控制功能提供動力。鉆進功能包括回轉(zhuǎn)、加壓／提升和行走等，而輔助功能則包括啟動鉆架、千斤頂、卸扣、油缸、卷纜筒及鉆架絞車。

電氣系統(tǒng)實質(zhì)上是補充或代替液壓系統(tǒng)的功能。在柴油是鉆機的主要動力的場合下，電力則限于照明和控制功能。在電力是鉆機的主動力的場合下，電氣系統(tǒng)包括所有鉆進功能、控制功能和許多輔助功能。電氣系統(tǒng)由三個相互依存的動力實體組成：交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)及其它的電子裝備系統(tǒng)。交流系統(tǒng)給交流電動機、直流整流器及控制器、照明系統(tǒng)及控制裝置提供電力。直流系統(tǒng)可用于驅(qū)動回轉(zhuǎn)、提升／加壓及行走功能。電子系統(tǒng)用于控制某些輔助功能、自動化功能及監(jiān)測功能。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

由于采用了不同的或更流行的技術和操作經(jīng)驗，牙輪鉆機已得到了發(fā)展。鉆機上采用的液壓、電力及電子技術系統(tǒng)的程度愈高和機械驅(qū)動系統(tǒng)的程度愈低，那種鉆機的資本投入就愈大，作業(yè)費用就愈低。

1、在牙輪鉆機上采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)，主要是開路系統(tǒng)，就全部或部分取消了需要大量維修時問和效率低的許多機械驅(qū)動系統(tǒng)，如直角傳動系統(tǒng)、中間軸傳動系統(tǒng)、帶式傳動系統(tǒng)和鏈式傳動行走系統(tǒng)。過去20年間，在牙輪鉆機上推廣閉路靜液力驅(qū)動系統(tǒng)，提高了液壓系統(tǒng)的能量效率。而今，在較小鉆機上，具有現(xiàn)代控制系統(tǒng)的開路和閉路液壓系統(tǒng)兩者都得到了廣泛的應用，提供了經(jīng)濟有效的動力。

2、在大型牙輪鉆機上引用電力(電動機一發(fā)電機組)驅(qū)動系統(tǒng)提供了一種能量效率比早期的機械和液壓驅(qū)動系統(tǒng)更高的驅(qū)動系統(tǒng)。業(yè)已證明，該系統(tǒng)中的電力組件的尺寸和重量在幾個方面都是一個重要的因素。它們明顯增大了鉆機的工作重量，它們對驅(qū)動提供了額外的慣性。最初的驅(qū)動裝置具有華特—利奧納式三磁場控制系統(tǒng)，易于維修，但由它對系統(tǒng)的溫升和環(huán)境高溫敏感，工作效率明顯下降。70年代初，直流驅(qū)動的控制系統(tǒng)改進為固態(tài)技術，消除了對溫度的敏感性，提供了很可靠的高效驅(qū)動系統(tǒng)。自80年代初以來，電動機一發(fā)電機組驅(qū)動系統(tǒng)已處于由靜態(tài)(SCR—DC，即半導體控制整流器一直流)整流與控制系統(tǒng)所取代的過程。這類系統(tǒng)代表著向能保證更為經(jīng)濟的一種技術前進的步伐。

3、應用電子技術的牙輪鉆機，約在l5年前就已進入了市場。采用一些早期的模擬技術來履行鉆機上的自動化元件的功能，并提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。這類系統(tǒng)取得的成功雖然有限，但它們的確為鉆進系統(tǒng)提供了某些保護性措施。不久前，具有可編程邏輯控制器的固態(tài)技術的發(fā)展取得了更大的成功。這類系統(tǒng)在單臺鉆機的應甩范圍和功能方面往往受到限制，再者，只是在把自動化和監(jiān)測系統(tǒng)組成一完整操作單元方面獲得了有艱的成功。過去l0年已投入應用的這類系統(tǒng)已證實是有用的，它們已取得了節(jié)省費用和提高生產(chǎn)率的效果。80年代初投入應用的自動化系統(tǒng)，它可根據(jù)異常的鉆頭背壓調(diào)整推壓力，并在實時基礎上調(diào)整回轉(zhuǎn)扭矩，因而預防了許多回轉(zhuǎn)電機和鉆頭的損壞 已經(jīng)應用的一些監(jiān)測系統(tǒng)取得了不同程度的成功。

第三節(jié) 國內(nèi)外技術未來發(fā)展趨勢 分析

1、機械系統(tǒng)

未來的驅(qū)動裝置將是全封閉系統(tǒng)，將免除多數(shù)日常的維修。監(jiān)測將實現(xiàn)標準化。齒輪箱和液壓油油箱的油位連同溫度讀數(shù)一起將使操作者能觀察到實況，當超出極限時就自動停車。振動傳感裝置將直接置于軸承上，當振動信號超出預調(diào)極限時就會警示操作者。將利用 分析 器正確診斷哪個軸承或齒輪需要維修。

未來的多數(shù)鉆機將采用齒條和沒有加壓鏈的加壓系統(tǒng)，這種系統(tǒng)為鉆具提供了最穩(wěn)定的給進機構。齒條和齒輪系統(tǒng)可保持很高的軸壓力，這是因為回轉(zhuǎn)機構系剛性地裝在鉆架內(nèi)，并對鉆具提供了一約束端以大大加強其從鉆架獲得加載的能力。當正確對正和妥當支撐以降低系統(tǒng)的振動時，應由受控扭矩而特別注意鉆具。依程序連接和卸開接頭時亦應與鉆扦整體進行。提高生產(chǎn)率的關鍵是提高回轉(zhuǎn)速度。如果鉆具偏離中心線轉(zhuǎn)動或讓鉆具明顯偏斜時。就會大大增強振動。

對于所有接頭，自動化接桿裝置將準確把各接頭扭緊至規(guī)定的極限位置。這將使接口的磨損最輕，并使任何扭緊得不當?shù)慕宇^產(chǎn)生的振動問題最小。同樣，松開鉆桿的扭矩扳手經(jīng)受的磨損與鉆架無關，因為不再需甩回轉(zhuǎn)機構來卸開接頭。也不會在鉆架中形成應力。還將更加強調(diào)鉆桿的接卸機構。目前的鉆桿接卸機構沒有對鉆桿的磨損和對傾斜鉆孔中在連接接頭時足能使其妥當定位的補償功能，未來的鉆桿接卸裝置將對準鉆桿，以便盡量減小每個接頭裝卸時的任何問題。

未來的鉆機將采用完全均衡的重型結構，以便當施加重載荷時均勻地偏斜。硬巖中鉆孔需要重型結構，以便減弱將引起明顯磨損的振動和加強不足以有效傳遞載荷的任何接頭或結構。

所有這些系統(tǒng)都將是自動化的。除補充鉆頭和鉆桿外，操作者不必走到平臺上去。操作室將采甩防墜落物裝置，并將按人類工程學設計，以盡量減小設備產(chǎn)生的任何噪聲或振動。消音技術，如抵消主要噪聲振動的自噪聲將甩于操作室和鉆機周圍其它重要地點，以盡量減輕在機房、操作室以及鉆機周圍的危害。

2、液壓系統(tǒng)

由于鉆孔業(yè)要求減少日常維修工作量，未來的液壓系統(tǒng)將限于配合間歇式操作的裝置。寒冷的環(huán)境和大型設備上的巨大振動將比電力系統(tǒng)要更快地使液壓系統(tǒng)惡化。從而，未來多數(shù)大功率的驅(qū)動裝置將是電力的。多數(shù)液壓系統(tǒng)將采用比例控制裝置，以頂替操作者的感覺，并將裝備自動調(diào)平裝置和其它電子控制的液壓系統(tǒng)，以適應鉆孔過程的作業(yè)。

3、排碴壓氣系統(tǒng)

未來的壓氣系統(tǒng)將有以PLC（可編程序邏輯控制器）為基礎的控制裝置，以保證輸出的排碴壓氣量能適應不同巖層條件下的孔徑和鉆桿直徑。根據(jù)實測的孔徑和鉆桿直徑，操作者即可調(diào)整鉆機達到最高生產(chǎn)率時的壓縮機排氣量。壓氣向上排碴的功能對鉆頭的鉆進速度有明顯的影響，從而需要適當控制排碴氣流速度。一般而言，在未來的鉆機上，將要求更大的壓氣量。以保持排碴速度在6000～7000英尺min左右（1英尺=0.3048m）。

4、電氣系統(tǒng)

多數(shù)未來的鉆機的頂部回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構和主要動力系統(tǒng)將由目前的靜態(tài)直流裝置演變到未來的靜態(tài)交流裝置。緊湊的結構和這些裝置的堅固程度，結合現(xiàn)代控制系統(tǒng)。將使這些驅(qū)動裝置能對鉆機提供優(yōu)良的服務。所有裝置將是無鏈條的。并將裝備全封閉式齒輪箱。

5、電子系統(tǒng)

在鉆機結構上．最明顯的變化將是電子控制裝置對主動力驅(qū)動系統(tǒng)的接口。由于以最低單位輸入功率達到最大穿孔速度，推進速度將隨回轉(zhuǎn)速度和鉆頭類型的變化而受到控制。因穿孔速度將受到控制，從而鉆頭便以對應于鉆頭類型的精確恒定的穿孔速度推進。振動將減至最小，功率的消耗量將減到最小，而推進速度將達到最高，因為產(chǎn)生的將是理想的巖屑。


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