煤炭TK-3型液压钻机回转器技术改造研究

　　上世纪80年代中期，全国有数十家煤田地质勘探队装备了原煤炭部石家庄机械厂参照日本同类产品研制的TK-3型液压立轴岩芯钻机，并以此机型作为主要的钻探设备，运用于煤炭地质钻探金刚石钻进、绳索取芯技术新工艺的试验。但在使用中发现，该机型的液压卡盘及操纵机构，操作稍有不当，极易产生液压卡盘失灵、卡死主动钻杆的故障，且现场难以修复，必须更换设备才能恢复生产。即使是技术相当熟练的操作人员也难以避免。由于事故频繁发生，严重影响了钻探施工效率的提高和施工安全。因此，大多数煤田地质勘探队因该机型存在的上述问题而弃置不用，造成巨大的浪费，甚至中止了金刚石钻进、绳索取芯技术新工艺的推广应用。如何解决这一技术难题，重新启用TK-3型钻机，我局组织技术攻关，提出了两套改造方案。

　　一、故障分析

　　1、故障产生及状况

　　TK-3型钻机在进行变速、取芯、倒杆、加接钻杆等操作时都必须停车。此时，当立轴转动未完全停稳时，如操作液压卡盘，瞬间即发生主动钻杆被液压卡盘的卡瓦卡死的故障。要恢复回转功能，只有松开回转器顶部压套，取下蝶形弹簧才能松开卡瓦。但此时因蝶形弹簧被压缩，其压力为374．78KN，该压力通过卡瓦导向座的斜面而产生增力，作用在卡瓦的径向卡紧力约500KN左右。如此巨大的压力，在现场是无法处理的，只有拆下回转器，连同6米多长的主动钻杆，运回队部机修车间用专用机械才能修理。由此，既增加了修理难度、造成安全隐患、拖延工期还导致生产成本上升。

　　2、故障原因分析

　　由回转器结构及工作原理可知，当钻机停止钻进，液压卡盘内卡瓦与六方钻杆侧面保持一定间隙，此时若离合器带车或其它原因使立轴转动，立轴带动卡盘体、卡瓦同时转动，即使只转过很小的角度 (小于30°)，卡瓦也会在极短的时间内与六方钻杆最大外径接触，钻杆棱边紧紧顶住并推动卡瓦，卡瓦被迫偏离正常的工作位置位移，卡瓦的斜面再推动导向座上升，使导向座超出正常高度而离开卡盘油缸的控制范围，导致液压卡盘失效。而导向座上升又迫使蝶形弹簧进一步压缩，在蝶形弹簧的巨大强力作用下，卡瓦咬死钻杆，此时液压卡盘已失效，操作液压卡盘已不能使卡瓦动作。

　　根据以上过程分析表明，故障的根本原因在于：卡瓦与六方钻杆的平面位置不能相对固定并同步转动，一旦卡瓦与钻杆平面错位，故障即发生，且时间极短暂，假定立轴每秒仅转动一圈，那么相对钻杆转动30°角度仅十二分之一秒。根据测算，仅需转动12°30′，钻杆就能完全被挤死，其时间小于十二分之一秒，操作人员措手不及。TK-3型钻机的使用说明书要求：“松紧卡盘时，立轴必须停止运转”。由此可见，发生此类故障，人为的误操作仅是外因，内因是该设备客观存在事故隐患。因此，要杜绝此类事故，只能消除设备内部存在的缺陷，才能实现本质安全。