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全液压坑道钻机卡盘胶筒工作失效机理分析 邵俊杰 常江华 张建明 刘桂芹 （煤炭科学研究总院西安研究院西安 710077） 摘 要：全液压坑道钻机是煤矿井下防治瓦斯灾害的主要设备，液压卡盘是其重要工作 部件，而其中的胶筒则是最易损坏的零件。通过分析胶筒的工作原理和工作过程，模拟了胶 筒的局部大应变现象，发现其失效原理是卡瓦与端压环之间存在间隙，胶筒受到挤压发生啃 噬；提出了相应的改进措施，即增加尼龙垫圈隔离胶筒和间隙的直接接触。该分析对于提高 卡盘的工作可靠性具有重要的意义。 关键词：卡盘胶筒 失效 非线性分析 钻机 The Analysis of faliure mechanism of chunk rubber in hydraulic tunnel drilling rigs Shao Jun-jie Chang Jiang -hua Zhang Jian-ming Liu Gui-qin (Xi’an branch of China Coal Research Institute, Xi’an, 710077) Abstract: Hydraulic tunnel dirlling rig is the main device to prevent underground gas disaster in coal mine. The chunk rubber is the most easily damaged part in drilling rigs . Firstly, the local large strains of chunk rubber apperaed in woking process is simulated with Abaqus . The faliure mechanism of chunk rubber is that the rubber is crused in the gap between compression ring and slips. The improved scheme, to add a nylon gasket between compression ring and slips, is subsequently presented. The simulation is helpful to improve the reliability of chunk. Keywords: Chuck rubber; Faliure, Non-linear analysis , drilling rigs 1. 引言 我国是以煤为主的能源消费国家，几乎95%的煤炭资源来自于井工开采。由于我国煤层 赋存条件复杂多变，各种动力灾害事故多有发生，其中瓦斯灾害在重特大事故中占有比例最 高。瓦斯抽采作为防治煤矿瓦斯灾害的根本途径，其实现需高效可靠的煤层钻孔技术与装备。 全液压坑道钻机是瓦斯抽采钻孔施工的主要装备，其性能直接影响着瓦斯抽采效率。液 压卡盘是坑道钻机的重要工作部件，主要用于夹紧钻杆，向钻杆传递转矩和轴向力，从而完 成钻进和提钻。胶筒则是液压卡盘的关键元件，也是卡盘在工作过程中最易损坏的零件。由 [1,2] 于胶筒在工作过程中经常失效，致使卡盘漏油而失去工作能力 ，严重影响液压卡盘甚至 [3-5] 钻机整机的工作可靠性。尽管石油行业已对封隔器的胶筒受力行为做了大量的研究 ，但 1 与钻机卡盘胶筒的工作原理不同。为此，本文在分析胶筒工作原理的基础上，采用有限元方 法对其工作过程进行仿真，获得其失效原因并提出相应的结构改进措施。 2. 胶筒力学行为 钻机工作过程中，液压卡盘既要承受轴向载荷和回转扭矩，又需频繁的开合。图1 所示 为液压卡盘的结构，主要由卡盘体、前后端盖、胶筒、卡瓦以及弹簧等零件组成。卡盘的工 作原理是将高压油注入胶筒与卡盘体所形成的密闭容腔