液压凿岩机的原理和特点
发布时间：
2022-03-15
液压凿岩机是液压凿岩钻车的核心部件，其钻进效率直接影响液压凿岩机的工作效率、应用成本和效益创造。从液压凿岩机的工作原理出发，分析了影响凿岩效率的主要因素，为液压凿岩机设计和现场应用中优化液压凿岩机性能参数匹配、提高液压凿岩车工作效率、提高经济效益提供参考。
液压凿岩机是液压凿岩钻车的核心部件，其钻进效率直接影响液压凿岩机的工作效率、应用成本和效益创造。从液压凿岩机的工作原理出发，分析了影响凿岩效率的主要因素，为液压凿岩机设计和现场应用中优化液压凿岩机性能参数匹配、提高液压凿岩车工作效率、提高经济效益提供参考。
液压凿岩机的基本结构由四大机构组成，即冲击机构、回转机构、缓冲机构和冲洗机构以及润滑防尘系统。为了完成冲击钻井，液压凿岩机须具有四种功能：冲击、推进、旋转和冲洗。
(1)凿岩机撞击的主要作用是破碎岩石。高压油驱动液压凿岩机气缸内的冲击活塞往复运动。当活塞向右移动并加速到一定速度时，活塞冲击钻具，将能量以应力波的形式传递到岩石上，使岩石破碎。冲击能量和冲击频率是液压凿岩机的两个主要指标。
(2)凿岩机的推进有两个作用：一是将凿岩机和钻具推向岩石工作面，使钻头在钻进时始终与岩石接触；第二，从岩石孔中取出钻具，准备钻下一个孔。推进力也是凿岩的主要指标之一。
(3)回转的主要作用是使钻头每次冲击时转到一个新的位置，同时在回转过程中剥离破碎的岩石表面。转矩和转速是其主要指标。
(4)凿岩机冲洗的作用是将破碎的岩屑从孔中排出。如果冲洗不充分，钻屑就不能完全从孔底冲走，钻屑在钻进中会被反复凿磨，不仅会减慢钻进速度，还会加速钻头的磨损，甚至造成卡钻。冲洗介质是加压水或压缩空气。以压力水为介质时，根据通过凿岩机的位置，可分为中心供水和侧供水两种方式。
液压凿岩机在冲击钻进过程中的能量传递是以应力波的形式进行的。固体中的应力波通常分为纵波和横波。钻杆中的应力波属于纵波，包括压应力波和拉应力波。钻杆端部受到冲击后，以压缩应力波(称为入射波)的形式向钻头方向传播。当压缩应力波到达钻头与孔底的接触面时，不同的接触状态会出现不同的结果。
(1)当凿岩机的压缩应力波到达钻头时，钻头与岩孔底部没有接触，压缩应力波会全部从钻头端部反射回来，并以拉应力波的形式迅速向钻尾方向返回，到达钻尾端面时，反射为第二入射压缩应力波。此时，如果钻头仍然不与孔底接触，压缩应力波将再次被完全反射，这种情况将会重复，直到能量完全消耗在钻杆的抗波性上，钻孔无法有效进行。
(2)当凿岩机的压缩应力波到达钻头时，钻头与岩孔底部接触良好。当应力波到达钻头端面时，只有一小部分作为拉应力波反射回来，大部分以压应力波的形式进入岩石，使孔底岩石碎裂。
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