再談降低鉆機(jī)燃油消耗的途徑

全巴音

（神華哈爾烏素露天煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

柴油鉆機(jī)的燃油消耗量受地質(zhì)結(jié)構(gòu)、所用鉆具、操作方法等多種因素的影響，如果在日常鉆孔和保養(yǎng)中掌握一定的技巧，不但可以節(jié)省燃油，提高設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益，另外還可以提高設(shè)備出動(dòng)率，同時(shí)還能降低企業(yè)能耗。

一、節(jié)油操作方法

（一）怠速功能的正確使用

柴油鉆機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的平均油耗約為5升/小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)為2擋油門，如果長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，油耗高達(dá)18升/小時(shí)，而高速運(yùn)轉(zhuǎn)反而比較省油。為了避免燃油浪費(fèi)和發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，在鉆孔過(guò)程中必須避免長(zhǎng)時(shí)間的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。在短時(shí)間停止鉆進(jìn)的情況下，使用怠速功能可以節(jié)省燃料。在正常工作開(kāi)始時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該立即恢復(fù)到原來(lái)的速度。

（二）合理選用鉆具和工法

根據(jù)地質(zhì)情況和目前的鉆孔情況，合理選擇鉆具不僅可以減少負(fù)荷，提高穿孔速度，還可以節(jié)省燃料，保護(hù)鉆桿、短節(jié)等部件。通過(guò)使用高質(zhì)量的硬質(zhì)合金鉆頭，不僅可以減少鉆頭牙齒的消耗和軸承的磨損，而且還可以提高鉆孔速度和燃料效率。同時(shí)在作業(yè)過(guò)程中，選擇適合的鉆桿也可以有效地減少燃料消耗。在作業(yè)過(guò)程中為了減少鉆孔阻力，提高鉆孔效率，開(kāi)孔時(shí)候合理使用回轉(zhuǎn)速度和加壓。根據(jù)地質(zhì)類型、巖石或土壤的強(qiáng)度，合理選擇鉆井的加壓方式不僅可以提高工作效率，減少燃料消耗，還可以保護(hù)鉆具等相關(guān)部件。例如，鉆進(jìn)堅(jiān)硬地層應(yīng)采用點(diǎn)動(dòng)加壓方式，鉆進(jìn)松散均勻的土層用長(zhǎng)行程加壓方式。為了實(shí)現(xiàn)有效鉆孔，必須根據(jù)地質(zhì)條件采用合適的加壓和回轉(zhuǎn)速度。動(dòng)力頭速度和壓力控制不適當(dāng),不僅容易導(dǎo)致動(dòng)力頭“憋壓”,導(dǎo)致液壓油的溫度快速上升,但也導(dǎo)致設(shè)備功耗的增加,燃料浪費(fèi)。當(dāng)動(dòng)力頭“憋壓”時(shí)，操作者應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況適當(dāng)降低壓力，使動(dòng)力頭能緩慢恢復(fù)旋轉(zhuǎn)。為了防止鉆桿卡死，必須將鉆桿提起然后反復(fù)竄動(dòng)。此外，適當(dāng)控制動(dòng)力頭的旋轉(zhuǎn)和聯(lián)動(dòng)，不僅可以降低鉆孔阻力，而且可以降低鉆井過(guò)程中的油耗。

（三）正確控制油門擋位

鉆機(jī)的工作循環(huán)包括:下放鉆桿→動(dòng)力頭旋挖鉆進(jìn)→動(dòng)力頭反旋（提鉆前輔助動(dòng)作）→提升鉆桿→上車回轉(zhuǎn)→甩土→上車回轉(zhuǎn)復(fù)位。由于負(fù)載和工作條件的不同，不同操作所需的功率也不同。通過(guò)對(duì)鉆機(jī)工作狀態(tài)的分析，認(rèn)為鉆機(jī)的主要耗電周期為動(dòng)力頭的鉆升階段。很多司機(jī)在旋轉(zhuǎn)鉆井時(shí)，不管采取什么動(dòng)作把油門擋位調(diào)到最高，，這實(shí)際上是一種錯(cuò)誤的操作方法，不僅浪費(fèi)燃料，而且破壞設(shè)備。大量的測(cè)試表明，在相同的旋轉(zhuǎn)掘進(jìn)條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)耗油更少，使用低速擋油門更有效。

二、節(jié)油保養(yǎng)方法

（一）保持空氣濾清器干凈

如果空氣濾清器太臟，對(duì)空氣循環(huán)的阻力很大，混合物的燃燒不充分，則發(fā)動(dòng)機(jī)功率將會(huì)降低。試驗(yàn)表明，當(dāng)空氣濾清器部分堵塞時(shí)，燃油消耗量增加5%。司機(jī)應(yīng)確?？諝鉃V清器每100小時(shí)檢查一次，并在500小時(shí)內(nèi)更換空氣濾清器。在維護(hù)過(guò)程中，濾清器不應(yīng)通過(guò)磕碰或沖擊清洗，濾清器應(yīng)通過(guò)壓縮空氣吹洗。在將過(guò)濾器加載到過(guò)濾器的外殼之前，確保過(guò)濾器是完全干燥的。

（二）定期維護(hù)燃料系統(tǒng)

在燃油過(guò)濾不良的情況下，柴油進(jìn)入噴油泵，容易加速精密配件的磨損，降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率，增加燃油消耗。如果燃料的濕度和凍結(jié)進(jìn)入氣缸，可燃混合物被嚴(yán)重?zé)齻?，?dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率嚴(yán)重下降，燃料消耗增加。因此，有必要定期更換原油和精煉過(guò)濾器，并定期檢查燃料泵和管道是否被磨損或者損壞。如果燃料泵和管道有泄漏或損壞，必須立即修復(fù)。此外，應(yīng)該使用高質(zhì)量的燃料。使用劣質(zhì)燃料不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)低于額定功率，消耗的燃料比預(yù)期的要多，而且還會(huì)對(duì)燃料系統(tǒng)的部件造成過(guò)早的損壞，從而降低設(shè)備出動(dòng)率。

（三）定期更換機(jī)油

在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，不適當(dāng)?shù)馗鼡Q機(jī)油或機(jī)油變質(zhì)可能會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)部件的磨損，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和壽命產(chǎn)生不利影響，并增加發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗。為了達(dá)到這個(gè)目的，必須更換同一系列的機(jī)油，相同的質(zhì)量和相同的粘度必須按照使用說(shuō)明選擇，而機(jī)油必須按照指示定期更換。

（四）做好其他保養(yǎng)

良好的履帶張力調(diào)節(jié)和快速的地面清潔，可以降低行走阻力，減少燃油消耗。此外，保持液壓系統(tǒng)和水冷散熱器盡可能清潔，并在合理范圍內(nèi)保持液壓和冷卻液的溫度，將有助于提高操作效率和減少燃料消耗。

三、案例分析

以某露天煤礦先后對(duì)在用的牙輪鉆機(jī)為例進(jìn)行了不同程度的改造,其中,D245S型牙輪鉆機(jī)與DM45型牙輪鉆機(jī)比較,存在著燃油消耗偏多的缺陷。

（一）液力變矩器傳動(dòng)方案

柔性傳動(dòng)使鏈條并車成為現(xiàn)實(shí)。利用其減速功能使其后的鏈條正常工作。優(yōu)點(diǎn):傳動(dòng)柔和平穩(wěn),啟動(dòng)動(dòng)載小,振動(dòng)小,噪聲低,處理事故能力強(qiáng),對(duì)柴油機(jī)實(shí)行過(guò)載保護(hù),可延長(zhǎng)柴油機(jī)使用壽命2 000 h。起升過(guò)程可實(shí)現(xiàn)恒功率起升,提高鉆機(jī)的起升工效,在不變動(dòng)絞車檔數(shù)的情況下,可節(jié)省約13%左右的機(jī)動(dòng)起升時(shí)間。

（二）存在問(wèn)題

傳動(dòng)效率低,目前在用變矩器最高效率為85%,通常為75%～85%,鉆進(jìn)時(shí),燃油消耗比直接傳動(dòng)多。純鉆進(jìn)工效比直接傳動(dòng)低約10%。

（三）耗油偏多的原因分析

從鉆機(jī)的載荷特征看,鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)組的工作時(shí)間占純鉆進(jìn)時(shí)間的2/3以上,起下鉆時(shí)間不足1/3。而起下鉆時(shí),機(jī)動(dòng)起升時(shí)間僅占全部起下鉆時(shí)間的1/3。變矩器傳動(dòng)起升工效提高13%,鉆機(jī)生產(chǎn)時(shí)效僅提高1.3%。變矩器本身的傳動(dòng)效率較低,在高效區(qū)工作時(shí)也只有75%～85%,因此,變矩器效率低就是該型鉆機(jī)耗油偏多的主要原因。

（四）鏈條鉆機(jī)液力偶合器正車箱傳動(dòng)方案

（1）正車箱傳動(dòng)方案的提出。在保留D245S型鉆機(jī)總體結(jié)構(gòu)不作大的改動(dòng)的前提下,既保留變矩器傳動(dòng)使設(shè)備壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn),又能解決耗油偏多的問(wèn)題就成為本課題的關(guān)鍵。為此,提出了采用液力偶合器正車箱代替液力變矩器,對(duì)D245S型鉆機(jī)進(jìn)行改造,以提高燃油經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)方案。（2）液力偶合器傳動(dòng)方案。液力偶合器正車減速箱主要由2部分組成,輸入部分為液力偶合器,輸出部分為兩級(jí)同軸式齒輪減速箱。從輸入端或輸出端看,左右對(duì)稱。輸入軸和輸出軸位于同一軸線上,而且二者旋轉(zhuǎn)方向相同。將原有的3臺(tái)YB900型變矩器更換為3臺(tái)YOZJ750-2型正車減速箱,減速箱減速比為2。（3）液力偶合器正車箱傳動(dòng)特點(diǎn)。傳動(dòng)柔和,具有很好的防振和隔振作用,可實(shí)現(xiàn)鏈條并車,有利于提高由動(dòng)力機(jī)到工作機(jī)全部設(shè)備的使用壽命。對(duì)動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)起過(guò)載保護(hù)作用,同時(shí)改善動(dòng)力機(jī)的啟動(dòng)性能。工作機(jī)起步平穩(wěn),加速均勻、迅速。傳動(dòng)效率為97%,且空載時(shí)不吸收功率,與變矩器傳動(dòng)比較可減少燃油消耗,提高燃油經(jīng)濟(jì)性。操作特性接近直接傳動(dòng),容易被用戶掌握。經(jīng)正車齒輪箱的減速,滿足鏈條傳動(dòng)轉(zhuǎn)速的要求。且輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向與原設(shè)計(jì)相同,有利于實(shí)現(xiàn)原有的傳動(dòng)方式。YOZJ750-2型正車減速箱的安裝尺寸與YB900型變矩器相同,更換方便。偶合器輸出速度基本穩(wěn)定在某個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),因此其后的傳動(dòng)元件都具有較高的壽命。偶合器工作油的冷卻可通過(guò)油冷器換熱,利用柴油機(jī)的冷卻系統(tǒng)冷卻。

（五）液力偶合器耗油分析

（1）起下鉆過(guò)程分析。采用偶合器傳動(dòng)可吸收啟動(dòng)動(dòng)載荷,減小因啟動(dòng)載荷大而產(chǎn)生的壓低柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象。提升遇卡時(shí),具有過(guò)載保護(hù)功能,防止對(duì)設(shè)備的損害?？蛰d時(shí),偶合器基本不吸收功率,柴油機(jī)在調(diào)速特性曲線上工作,有利于減少手動(dòng)時(shí)間的油耗,柴油機(jī)不需怠速運(yùn)行可延長(zhǎng)柴油機(jī)壽命。滿載傳動(dòng)效率比變矩器高12%～17%。因此,起升過(guò)程實(shí)際燃油消耗低于變矩器傳動(dòng)。（2）純鉆進(jìn)過(guò)程分析。采用偶合器傳動(dòng),降低泵壓脈動(dòng)幅度,可使流量不均勻度降低50%,實(shí)際平均泵壓提高16%。解卡和鉆進(jìn)泥包時(shí),由于其具有無(wú)級(jí)調(diào)速特性,可實(shí)現(xiàn)低排量保持高泵壓。偶合器驅(qū)動(dòng)鉆井泵通過(guò)調(diào)整缸套直徑和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)給定排量和泵壓,調(diào)節(jié)方式與直接傳相同,不存在變矩器在匹配不合理時(shí)速度漂移的問(wèn)題,傳動(dòng)效率始終保持在較高的范圍,因此,比變矩器傳動(dòng)節(jié)省燃油消耗。（3）鉆機(jī)月油耗分析。月耗油量按柴油機(jī)工作720 h/月計(jì)算,其中,2/3時(shí)間鉆進(jìn),1/3時(shí)間起下鉆(起下鉆時(shí)間中1/3為機(jī)動(dòng)起升時(shí)間,2/3為手動(dòng)時(shí)間)。機(jī)動(dòng)起升時(shí)間變矩器傳動(dòng)的柴油機(jī)按滿負(fù)荷計(jì)算輸出功率,其機(jī)動(dòng)起升時(shí)間較直接傳動(dòng)減少13%,直接傳動(dòng)按兩檔之間的平均負(fù)荷計(jì)算輸出功率。手動(dòng)時(shí)間,變矩器按800 r/min怠速運(yùn)行,偶合器和直接傳動(dòng)在柴油機(jī)調(diào)速特性線上工作,按10%輸出功率計(jì)算。所計(jì)算的油耗不含柴油機(jī)輔助發(fā)電系統(tǒng)的油耗。變矩器傳動(dòng)機(jī)泵參數(shù)按最高傳動(dòng)效率進(jìn)行優(yōu)化,各工況點(diǎn)均在變矩器的最高效率點(diǎn)附近工作。

結(jié)束語(yǔ)：

環(huán)境惡劣、工作載荷大、危險(xiǎn)系數(shù)高等是鉆機(jī)作業(yè)的特點(diǎn)，隨著各種新技術(shù)在鉆機(jī)中的應(yīng)用，鉆機(jī)將朝著自動(dòng)化、智能化和信息化的方向發(fā)展，為鉆孔作業(yè)降低作業(yè)強(qiáng)度和危險(xiǎn)系數(shù)，提高勞動(dòng)效率提供裝備保障。如果在完成同等任務(wù)的情況下能夠有效地控制油耗，提高燃油效率，就可以提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。