第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

牙輪鉆機(jī)是一種包括有機(jī)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(jī)械系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是鉆機(jī)的主體結(jié)構(gòu)和支承部分。機(jī)械系統(tǒng)由底盤與行走驅(qū)動裝置、主機(jī)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(jī)組成。大空壓機(jī)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(jī)提供的輔助性壓縮空氣，主要用于為鉆機(jī)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(jī)的型式而異。它為鉆進(jìn)、輔助及控制功能提供動力。鉆進(jìn)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(shí)質(zhì)上是補(bǔ)充或代替液壓系統(tǒng)的功能。在柴油是鉆機(jī)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(jī)的主動力的場合下，電氣系統(tǒng)包括所有鉆進(jìn)功能、控制功能和許多輔助功能。電氣系統(tǒng)由三個(gè)相互依存的動力實(shí)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(jī)、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(diǎn)或流程

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

1、在牙輪鉆機(jī)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(shí)問和效率低的許多機(jī)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?zhǔn)絺鲃有凶呦到y(tǒng)。過去20年間，在牙輪鉆機(jī)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(jī)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(yīng)用，提供了經(jīng)濟(jì)有效的動力。

2、在大型牙輪鉆機(jī)上引用電力(電動機(jī)一發(fā)電機(jī)組)驅(qū)動系統(tǒng)提供了一種能量效率比早期的機(jī)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(gè)方面都是一個(gè)重要的因素。它們明顯增大了鉆機(jī)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(jìn)為固態(tài)技術(shù)，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(jī)一發(fā)電機(jī)組驅(qū)動系統(tǒng)已處于由靜態(tài)(SCR—DC，即半導(dǎo)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(jì)的一種技術(shù)前進(jìn)的步伐。

3、應(yīng)用電子技術(shù)的牙輪鉆機(jī)，約在l5年前就已進(jìn)入了市場。采用一些早期的模擬技術(shù)來履行鉆機(jī)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(jìn)系統(tǒng)提供了某些保護(hù)性措施。不久前，具有可編程邏輯控制器的固態(tài)技術(shù)的發(fā)展取得了更大的成功。這類系統(tǒng)在單臺鉆機(jī)的應(yīng)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(yīng)用的這類系統(tǒng)已證實(shí)是有用的，它們已取得了節(jié)省費(fèi)用和提高生產(chǎn)率的效果。80年代初投入應(yīng)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(shí)時(shí)基礎(chǔ)上調(diào)整回轉(zhuǎn)扭矩，因而預(yù)防了許多回轉(zhuǎn)電機(jī)和鉆頭的損壞 已經(jīng)應(yīng)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(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

1、機(jī)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(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)況，當(dāng)超出極限時(shí)就自動停車。振動傳感裝置將直接置于軸承上，當(dāng)振動信號超出預(yù)調(diào)極限時(shí)就會警示操作者。將利用 分析 器正確診斷哪個(gè)軸承或齒輪需要維修。

未來的多數(shù)鉆機(jī)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(jìn)機(jī)構(gòu)。齒條和齒輪系統(tǒng)可保持很高的軸壓力，這是因?yàn)榛剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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(qiáng)其從鉆架獲得加載的能力。當(dāng)正確對正和妥當(dāng)支撐以降低系統(tǒng)的振動時(shí)，應(yīng)由受控扭矩而特別注意鉆具。依程序連接和卸開接頭時(shí)亦應(yīng)與鉆扦整體進(jìn)行。提高生產(chǎn)率的關(guān)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(shí)。就會大大增強(qiáng)振動。

對于所有接頭，自動化接桿裝置將準(zhǔn)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(dāng)?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(guān)，因?yàn)椴辉傩杷剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來卸開接頭。也不會在鉆架中形成應(yīng)力。還將更加強(qiáng)調(diào)鉆桿的接卸機(jī)構(gòu)。目前的鉆桿接卸機(jī)構(gòu)沒有對鉆桿的磨損和對傾斜鉆孔中在連接接頭時(shí)足能使其妥當(dāng)定位的補(bǔ)償功能，未來的鉆桿接卸裝置將對準(zhǔn)鉆桿，以便盡量減小每個(gè)接頭裝卸時(shí)的任何問題。

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

所有這些系統(tǒng)都將是自動化的。除補(bǔ)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(xué)設(shè)計(jì)，以盡量減小設(shè)備產(chǎn)生的任何噪聲或振動。消音技術(shù)，如抵消主要噪聲振動的自噪聲將甩于操作室和鉆機(jī)周圍其它重要地點(diǎn)，以盡量減輕在機(jī)房、操作室以及鉆機(jī)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(shè)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(yīng)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(chǔ)的控制裝置，以保證輸出的排碴壓氣量能適應(yīng)不同巖層條件下的孔徑和鉆桿直徑。根據(jù)實(shí)測的孔徑和鉆桿直徑，操作者即可調(diào)整鉆機(jī)達(dá)到最高生產(chǎn)率時(shí)的壓縮機(jī)排氣量。壓氣向上排碴的功能對鉆頭的鉆進(jìn)速度有明顯的影響，從而需要適當(dāng)控制排碴氣流速度。一般而言，在未來的鉆機(jī)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(jī)的頂部回轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)和這些裝置的堅(jiān)固程度，結(jié)合現(xiàn)代控制系統(tǒng)。將使這些驅(qū)動裝置能對鉆機(jī)提供優(yōu)良的服務(wù)。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(jī)結(jié)構(gòu)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(dá)到最大穿孔速度，推進(jìn)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(yīng)于鉆頭類型的精確恒定的穿孔速度推進(jìn)。振動將減至最小，功率的消耗量將減到最小，而推進(jìn)速度將達(dá)到最高，因?yàn)楫a(chǎn)生的將是理想的巖屑。


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