YS系列绳索绞车的研制

臧臣坤，高明帅，魏亮亮，宋秋锋

(1.中国地质装备集团有限公司，北京　100102；2.河北建勘钻探设备有限公司，石家庄　051134)

YS系列绳索绞车的研制

臧臣坤1，高明帅1，魏亮亮1，宋秋锋2

(1.中国地质装备集团有限公司，北京100102；2.河北建勘钻探设备有限公司，石家庄051134)

摘要：：绳索取心钻进工艺由于其不提钻取心的高效性使其在国内外得到广泛的应用，绳索绞车作为关键部件其性能好坏对取心工艺具有重要影响。本文主要介绍了YS系列液压绞车的主要优点、主要部件、结构特点以及技术参数，并简要介绍了厂内实验情况。

关键词：绞车；绳索；取心；钻探；研制

中图分类号：P634.35

文献标识码：A

文章编号：1009-282X(2015)06-0018-03

收稿日期：2015-10-28

作者简介：臧臣坤(1984-)，男，工程师，2009年毕业于中国地质科学院地质工程专业，现就职于中国地质装备集团有限公司技术中心产品开发部，主要从事地质装备的研发工作，北京市朝阳区望京西园221号博泰大厦8层，Tel：010-64843952，E-mail：zangchenkun@cgeg.com.cn。

0引言

近年来，随着我国地质勘探事业的快速发展，地质钻探任务大幅增长，深孔及中深孔数量逐年增多。而绳索取心工艺由于其可减少提钻次数，从而大幅提高钻进效率，在国内得到了普遍的应用。绳索绞车作为作为绳索取心钻进工艺中主要设备，该设备的安全、可靠、便捷，是决定岩心打捞成功与否关键因素之一，在很大程度上影响着钻进效率的高低。

目前，国内常用的立轴式钻机配备的绳索绞车还是以机械式为主，深度较浅，手动操作刹把，工人劳动强度大，同时绞车转速较高且不能无级调速，发生卡阻时容易将钢丝绳拉断。全液压钻机一般都配有液压驱动的绳索绞车，但由于其没有排绳机构，所以绞车外形尺寸较大，造成全液压钻机底盘尺寸较大，不利于钻机的稳定性和通过性。本公司研制的电驱动绳索绞车，由于其价格较高，一般适用于孔深在2500m以上的深孔岩心钻探施工中，所以目前绞车均不能较好的满足2500m以内绳索取心工艺的需求。为使液压绳索绞车更好的适应新形势下的岩心勘探工作，扩展液压绳索绞车的使用空间，中国地质装备集团有限公司在原有电驱动绳索绞车的基础上，研制了更加可靠、方便使用的满足各种深度要求的YS系列液压绳索绞车(图1)，提升了绳索取心钻探工艺的工作效率。

图1　YS1200绳索绞车

1YS系列液压绳索绞车概述及其优点

绳索绞车的功能是将打捞矛下放入孔内，打捞到岩心管后快速提升至孔口，是取心工艺主要执行机构。

与传统绳索绞车相比，中国地质装备集团有限公司研制的YS系列液压绳索绞车，运行安全可靠，操作简单方便，适用范围更广，具有以下优点：

(1)具有独立液压动力站及操作阀，可实现独立操作或接入钻机系统工作，满足不同施工设备的要求；

(2)能实现无级调试，满足取心过程中各种状况对绞车速度的要求。

(3)具备排绳功能，减少钢丝绳乱绳、咬绳等现象，延长钢丝绳寿命，并减小绞车外形尺寸；

(4)具备张力及绳长检测装置，实时监测打捞矛位置及钢丝绳受力情况，防止孔内事故的发生。

但是该绳索绞车也没有实现自由下放或可控自由落钩功能，不利于降低能耗，需要在下一步的工作中予以解决。

2主要部件结构与特点

2.1　液压及操控系统

液压系统主要由液压站、液压马达(含减速机、刹车)、换向阀等元件组成，图2是其液压原理图。

图2　液压原理图

绞车采用WGB系列马达减速机，带有液压刹车系统，该刹车位弹簧夹紧、液压松开模式。当打捞矛上行时，压力油一路通过单向阀进入马达，驱动马达正转，另一路通过梭阀进入刹车，打开刹车；打捞矛下行时，液压油一路进入马达，驱动马达反转，另一路经过梭阀，打开刹车，回路上设有溢流阀，回路液压油一部分进入到溢流阀，通过设定溢流阀的压力来确定绞车回路背压，保证绞车下放平稳。

井场内如有合适的液压源时，可直接将绞车马达进出油管与液压源连接。如没有液压源或者单独使用时，也可选择配备液压动力站，使其应用范围更广。

2.2　排绳机构

YS系列液压绞车排绳机构(图3)延续采用双向丝杠模式。动力由绞车尾部链轮通过链条传送到排绳机构链轮上，无需单独动力。排绳机构设计有手动调节装置，在初始缠绳或乱绳后，可手动调节排绳轮至合适位置，调整到位后强制排绳。可通过更换不同减速比的链轮实现排绳机构适用不同规格的钢丝绳。此类排绳机构在本公司研制的电驱动绳索绞车上已经过验证，排绳效果好。此次将排绳轮更换为带轴承并具有一定宽度的滑轮，可减少钢丝绳对排绳轮的磨损，导轮采用球轴承，在矩形导轨上移动，约束少，摩擦力小，可保证丝杠沿导轨自由移动。排绳效果进一步增强，并延长丝杠使用寿命。

图3　排绳机构

2.3　张力及绳速监测机构

YS系列液压绞车配备有张力及绳速监测机构(图4)，通过张力传感器记录钢丝绳的变形计算出钢丝绳的张力，同时霍尔传感器会记录导轮的转速进而得出钢丝绳运行速度和下放长度。最终实现实时显示打捞矛的位置及钢丝绳的受力状态，实现对打捞作业的数字化显示，提高打捞成功率。将该装置背板焊接在钻塔或者桅杆上，通过铰接使监测装置可随钢丝绳摆动，降低由钢丝绳的晃动带来的数据误差，提高监测数据的准确性。

图4　监测装置

2.4　绞车主体

为了增加滚筒的强度，YS系列液压绞车卷筒采用整体焊接式；绞车框架(图5)采用分体式设计，侧板、横撑、底板均采用螺栓连接；马达及减速机通过螺栓把合在卷筒及侧板上，尾轴也是通过螺栓固定在卷筒另一侧上，通过尾轴将动力经链轮传递给排绳机构。采用此方案设计可以降低绞车的安装难度，易于检修及维护(图6)。

图5　绞车框架

图6　绞车主体

2.5　操控台

YS系列液压绞车设计有独立操控台，可单独操作。通过操作手柄的上下行及推动幅度实现绞车正反转及其转速的控制。同时操作台内装有可编程的显示屏，可将张力及绳速传感器传回的信号处理后输出，实时显示钢丝绳及打捞矛的状态，实现数字化施工。

3主要技术参数

针对液压绳索绞车适用的范围，中国地质装备集团有限公司研制了YS800、YS1200、YS2000、YS3000四款全液压绳索绞车，其技术参数见表1。

4绳索绞车应用情况

YS800及YS1200两款绳索绞车目前均配置在全液压钻机上，没有单独动力源。YS1200液压绞车在场内进行了试验，孔径75mm，试验深度63m，岩心打捞成功率高，岩心完整，采取率高(图7)。在整个试验中，绞车运行平稳，各项参数均达到了设计要求，完全满足现场施工的要求。

表1　YS系列液压绳索绞车参数表

图7　现场岩心

5结语

YS系列液压绳索绞车由液压驱动，速度控制稳定、调速平滑。绞车安装了测试装置、排绳机构等，在现场施工中表现优异。具有钢丝绳排列整齐、延长钢丝绳的使用寿命、施工安全可靠等优点，减少提钻次数，提高取心成功率，提高工作效

率，减少孔内事故发生机率。通过配置液压动力站，可作为独立操作系统适用于任何施工场地，适用范围广，经济性好。在未来绳索取心施工中具有非常现实的经济效益和很大的应用前景。

参考文献：

[1]潘飞，臧臣坤，孙军盈，等. DB40000型变频电驱动绳索绞车的研制与应用[J]. 地质装备, 2014(2).

[2]何磊、沈怀浦、杜江. YSJ3000型深孔绳索取心液压绞车的研制[J]. 地质装备, 2011(11).

[3]古卫鹏，刘凡柏、张金昌. 绳索取心绞车技术发展综述[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程), 2015(7).