1、第九章 冲击机构,9-1 冲击机构的功用、要求及类型一 冲击机构的功用 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。二 对冲击机构的要求1. 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；3. 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。三 冲击机构的类型 机械式 曲柄连杆-游梁式类型 超越离合器式 气动离合- 卷筒式 液压式 液压缸-游梁式 液压缸-钢丝绳式,9-2 曲柄连杆-游梁式冲击机构一 结构与工作原理 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。 该
2、机构在钻孔时，冲击齿轮被驱动，通过曲柄、连杆带动游梁作上下摆动。冲击钢丝绳一端固定在工具卷筒上，另一端绕过导向滑轮、压轮及钻塔上的天车后，用铅封方式连接到冲击钻头的可转动接头上。游梁一端铰支在支撑架上，在连杆的带动下，绕连接销上下摆动。当游梁下摆时，压轮将冲击钢丝绳下拉，而将冲击钻头提起，当游梁向上摆动时，压轮放松钢丝绳，冲击钻头自由落体运动。游梁到达上死点时，冲击钻头下落到孔底，冲击岩石，达到破碎岩石目的。,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1。由图中可以看出：对心式结构的2= 1，而偏心式结构的21。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
3、-游梁式冲击机构按照连杆与游梁的连接位置不同，可分为对心式和偏心式。见图。,二 运动分析,将s 代入s0 式，即可得到 b 点( 悬点) 的位移 s0 、速度0 和加速a0 的计算公式：,b,b1,B,B1,设机构的有关尺寸如图所示。根据图示结构和尺寸可得：,实际结构中 的长度较大，且游梁的摆角很小，故B 点的运动可用下列式子描述：,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：,钻头在孔内的运动规律 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：,由此可以看出钻头的运动规律和机构的运动规律是不一
4、致的。孔内的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：1.理想情况2.阻滞情况3.空打情况,1 2 3,四 曲柄连杆-游梁式冲击机构的特点1. 结构简单;2. 冲程较大;3. 有几种冲程可供调节;4. 有均衡载荷作用, 载荷的波动幅度较小;5. 对机构和钻具运动的同步性要求高;6. 减振弹簧易损坏。,五 冲击机构有关参数的设计(一)冲击机构冲程与极限位置的计算由图中的关系可知:,其中,滑快在极限位置时，对应曲柄所夹的锐角为:,（二）冲次与冲程的关系钻头一次冲击循环所用的时间为：,对于对心式的
5、机构：,对于偏心式的机构：,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,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：,故合理的冲次应为：,(暂不考虑k2),（三）冲击钻进功率的计算,考虑孔内各种阻力系数：,钻具的质量,钻具的提升速度,冲击机构的效率,9-3 超越离合器式冲击机构一 结构与工作原理,二 运动分析 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：,则总长,由于,的极值点,钻具的提升高度（即冲程）为：,通过分析，可以得出此种机构的特点有：1.通过改变角的大小改变冲程h。2.由于机构的结构原因，曲柄
6、回转一周，l1及l2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。3.存在载荷不均衡的问题；4.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。,经推导后可得出钻具冲程的计算公式:,9-4 液压冲击机构,一 液压缸-游梁式,二 液压缸-绳轮式1.液压缸-绳轮式冲击机构的工作原理,2. 液压缸-绳轮式冲击机构的特点(1) 该机构采用双绳提拉钻具,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换向，实现自动控制冲击，并利用时间继电器无级调节冲程和冲击频率；(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，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； b) 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。,
