卜艷嬌

摘 要：本文主要對長螺旋鉆機動力頭振動的原因進行分析，并且在此基礎(chǔ)上提出解決的措施，通過實際的裝機試驗驗證表明，對長螺旋鉆機改進的效果比較明顯。

關(guān)鍵詞：長螺旋鉆機；動力頭；振動原因；解決措施；裝機試驗

長螺旋鉆機動力頭有三種，分別是行星動力頭、液壓動力頭以及三環(huán)減速機構(gòu)動力頭。行星動力頭與液壓動力頭的造價成本與維護成本比較高，因而應(yīng)用的比較少，但是三環(huán)減速機構(gòu)動力頭因維護成本比較低，因而在使用的時候更具一定的可靠性[1]。由此可見，當前我國鉆機應(yīng)用最廣泛的還是三環(huán)減速機構(gòu)動力頭。在工作期間，三環(huán)減速機械是由兩個電機通過聯(lián)軸器帶動運轉(zhuǎn)的，通過動力作用帶動鉆桿轉(zhuǎn)動，進而實現(xiàn)鉆孔的目的。當前，長螺旋鉆機鉆孔的最大直徑長1.2米，深35米。因為鉆桿長38米，因而在起鉆的時候，動力頭一般情況下是處在40米左右的機架上。高度如此之高，一旦動力頭出現(xiàn)振動，整個機架就會跟著振動。如果共振的時候，機架就會振動的更加厲害，進而對機器的軸承以及機架的焊縫會造成一定的破壞，增加樁機的故障率，縮短了其壽命，對主機的安全性能也是無法有效的保障的[2]。

一、長螺旋鉆機動力頭振動的原因分析

（一）三環(huán)減速機構(gòu)動力頭的結(jié)構(gòu)分析

三環(huán)減速機構(gòu)動力頭的結(jié)構(gòu)主要是由箱體、兩個輸入曲軸、兩個電機以及三個齒環(huán)板、大齒輪等主要的零部件組成，如下圖一所示，每塊齒環(huán)板兩端的孔都與各自的曲軸聯(lián)接。

（二）長螺旋鉆機動力頭的工作原理分析

三環(huán)減速機構(gòu)動力頭的動力源是裝在箱體上的兩臺電力，每臺電機的功率都是55kw，如上圖一所示，兩臺電機分別通過各自的曲軸對自身的齒環(huán)板作平面重復(fù)的運動。齒環(huán)板會間歇性的對中間的大齒輪進行推動性的旋轉(zhuǎn)，中間轉(zhuǎn)動的大齒輪會帶動裝在主軸上的螺旋鉆具轉(zhuǎn)動。

（三）振動原因分析

長螺旋機動力頭的每個零部件都是經(jīng)過技術(shù)檢測，是符合規(guī)定的標準的。對于每個轉(zhuǎn)動的零部件同樣也做了相關(guān)的動力平衡檢測，排出了因為不平衡而造成的動力現(xiàn)象[3]。但是在具體的應(yīng)用過程中依舊會存在一定的振動現(xiàn)象。下面從長螺旋鉆機的機構(gòu)以及傳動路線兩個方面對振動的原因進行分析。長螺旋鉆機是兩個動力源電機，分別通過其同步的曲軸，進而傳給同一塊齒環(huán)板的兩端。一旦兩個曲軸的動力源電機旋轉(zhuǎn)受到不同阻力以及不同參數(shù)的影響，那么曲軸的角速度就無法實現(xiàn)同步[4]。齒環(huán)板是與曲軸連接在一起的，必然會受到不同程度的振動。也就是說，造成長螺旋機動力頭振動的根本原因是兩個曲軸在旋轉(zhuǎn)的過程中角速度沒有實現(xiàn)完全的統(tǒng)一。

二、解決長螺旋鉆機動力頭振動的措施

由三個齒輪組成一個同步傳動的齒輪系，齒輪系的主要作用不是用于動力的傳遞，而是要保證兩個輸入曲軸的轉(zhuǎn)角實現(xiàn)完全的一致，避免因為曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度不同產(chǎn)生一定的振動，可以說齒輪系存在的主要目的還是減少長螺旋機動力頭的振動。

三、對同步齒輪主要參數(shù)進行確定

（一）確定同步齒輪的模數(shù)

一般情況下，不同步齒輪模數(shù)的確定只需要考慮強度就行，但是同步齒輪的模數(shù)確定主要還是考慮齒輪的分度，自然是齒輪分度越小越好。但是不僅僅是考慮分度，對于齒輪的磨損度也是要考慮的。因而在對同步齒輪模數(shù)進行確定時需要遵循一定的實驗原則：m同 =m環(huán)×40%，m同是同步傳動輪系中齒輪的模數(shù)，m環(huán)是齒環(huán)板齒的模數(shù)。比如480三環(huán)減速機，齒環(huán)板齒的模數(shù)是m環(huán)=20，那么同步傳動系統(tǒng)中齒輪的模數(shù)就是m同 =20×40% =8。同步傳動系統(tǒng)中齒輪的模數(shù)為m同=8比較合適。

（二）確定同步齒輪的寬度

關(guān)于同步齒輪的寬度的確定主要還是對輪輻的厚度以及齒寬的確定。對于齒輪的寬度不需要對其強度進行考慮，但是需要考慮齒輪的剛性[6]。通過實驗得知，一般情況下，輪輻的厚度在20—25mm范圍之內(nèi)；齒輪的寬度在30—40mm范圍之內(nèi)。比如580三環(huán)減速機，其比較科學(xué)合理的輪輻厚度為25mm，齒輪的寬度為35mm。

（三）確定同步齒輪分度圓直徑

在對同步齒輪分度圓直徑進行確定之前首先要考慮兩個同步輪的直徑，盡量最大化的進行考慮。因為同步齒輪的直徑越大，其齒輪的數(shù)量就越多，有利于實現(xiàn)同步傳動。要按照箱體的空間大小盡可能大的同步齒輪分度圓直徑，之后再根據(jù)中心距的尺寸對過渡輪的分度圓直徑進行確定。比如，480 三環(huán)減速機同步輪分度圓直徑最大可以是200mm，那么根據(jù)中心距480mm，過渡輪分度圓的直徑D=480×2-200/2×2=760mm。

結(jié)語：

綜上所述，想要解決動力頭的振動問題可以應(yīng)用新型同步輪系結(jié)構(gòu)的三環(huán)減速機。不僅故障率有所減低，就連減速機的軸承壽命也會在一定程度上得到有效的延長，保障了長螺旋機的安全可靠性能。

參考文獻

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通過上文的分析，我們得知，長螺旋鉆機動力頭之所以出現(xiàn)振動，其原因還是兩個曲軸在旋轉(zhuǎn)的過程中沒有實現(xiàn)完全的統(tǒng)一。解決曲軸旋轉(zhuǎn)的同步的問題也就解決了動力頭振動的問題[5]。為了有效的保障兩個曲軸在旋轉(zhuǎn)過程中實現(xiàn)同步，需要在不改變?nèi)h(huán)減速機構(gòu)總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分別在兩個曲軸的輸入段安裝同步齒輪，要保證這兩個同步齒輪的參數(shù)完全一致。在中間的主軸安裝過渡齒輪，如上圖二所示。