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一種新型的安全接頭

文檔作者：張杰文檔來源：甘肅煤田地質(zhì)局133隊工程公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年10月19日
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總第151期
doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2012．03．021
種新型的安全接頭
張 杰
(甘肅煤田地質(zhì)局133隊工程公司，甘肅白銀730913)
摘要：文章闡述了鉆探施工中預(yù)防與處理孔內(nèi)事故的重要性，介紹了研制的一種新型接頭，對比了新型
接頭與老式接頭的優(yōu)缺點，從而得出新型接頭的優(yōu)越性。該隊靈臺勘探區(qū)施工工地366鉆機，在采用新型
安全接頭技術(shù)方面取得了良好的效果，展示了新型接頭在煤田鉆探中應(yīng)用的廣闊前景。
關(guān)鍵詞：鉆探施T-；預(yù)防與處理孔內(nèi)事故；安全接頭
中圖分類號：1：'634．4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1005—2798{2012)03．0046—03
在鉆探施工中，孔內(nèi)事故是生產(chǎn)中最大的障礙
之一，因此，預(yù)防與處理孔內(nèi)事故在生產(chǎn)技術(shù)管理工
作中占有很大比例，尤其是應(yīng)樹立以預(yù)防為主，排除
為輔的指導(dǎo)思想。為此，基于常見接頭設(shè)計的優(yōu)缺
點以及以往井內(nèi)事故的教訓(xùn)，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、
使用壽命長、性能可靠的安全接頭通過在靈臺工地
生產(chǎn)中366鉆機的試用，驗證了該接頭的實用性。
366鉆機施工的靈北獨店1606號孔，設(shè)計孔深1
100 m，2011年3月7日開孔，5月7日封孔驗收；靈
涇川3215號孔，設(shè)計孔深1 325 m，5月17日開孔，
7月14日封孔驗收；兩鉆孔均被驗收為甲級孔，取
得了較顯著的生產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益。同期進(jìn)入靈臺
工地的還有365鉆機，由于采用的是牙嵌式安全接
頭，無論是鉆月效率還是鉆孑L等級，都與366鉆機差
之甚遠(yuǎn)
1 關(guān)于新型安全接頭結(jié)構(gòu)的介紹
安全接頭的結(jié)構(gòu)如圖1所示，是由上接頭和下
接頭兩部分組成，采用12 mm方扣的扣型連接，公
扣外圈套有厚為10 1Tim的鋼墊圈一個，螺絲絲扣上
緊前，在鋼墊圈的兩側(cè)纏上棉絲或麻絲，在母扣中，
有一枚厚為3 mm的紫銅墊圈，在絲扣上緊后，由公
扣端面壓緊紫銅墊圈，以上兩個作用都是為了減小
摩擦力，使其容易倒開。
圖1 新型安全接頭剖面
2 新型安全接頭與其他安全接頭的比較
在生產(chǎn)中通過對不同安全接頭的使用，將該新
型安全接頭與其他安全接頭優(yōu)缺點比較如下。
2．1 牙嵌式安全接頭
牙嵌式安全接頭加工時比較費力，浪費成本，其
牙嵌部分由于加工比較困難，導(dǎo)致裝配精密度比較
差。在上下鉆時容易倒開，曾發(fā)生過多次巖心管脫
落事故。其次，在鉆進(jìn)過程中，由于鉆具的擺動以及
牙嵌部位的限制，其方扣的磨損比較厲害，使其使用
壽命大大縮短，所以，工人們對該鉆頭的評價普遍較
差，不愿使用。
2．2 拉斷接頭
在過去幾年的生產(chǎn)中，曾使用過一段時間，但首
先，由于加工比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本大；其次，其拉斷面
積不容易掌握，拉斷面積過大會導(dǎo)致出現(xiàn)事故時不
能及時拉斷，拉斷面積過小又會導(dǎo)致在正常施工中
的斷裂，增加了事故率；再者，該接頭的使用壽命比
較短?；谝陨显?，該接頭也很快被棄用。
2．3 新型接頭
目前使用的該種新型安全接頭，其結(jié)構(gòu)比較簡
單，加工比較容易，使用壽命更長，性能也更可靠。
其缺點是每次起下鉆都需要卸開檢查，檢驗其可靠
性，然后再擦油安裝，增加了工程量。
3 新型安全接頭的結(jié)構(gòu)分析
在生產(chǎn)過程中，鉆具連接的緊固性，是安全生產(chǎn)
的重要保障，因而就需要接觸面上具有更大的摩擦
力，但是對于安全接頭，不但要求它的連接緊固性，
而且需要在處理事故時又能很容易地卸開，因此，在
設(shè)計中摩擦力的大小，決定了該接頭在生產(chǎn)中的實
收稿日期：2011—11-29
作者簡介：張杰(1968一)，男，河南滎陽人，工程師，從事鉆探技術(shù)研究與工程項目管理工作。
2012年3月
用性、安全性、可靠性。
3．1 平面摩擦
張 杰：一種新型的安全接頭 第21卷at 3期
3．1．1 平面摩擦力
以圖2為例對摩擦力進(jìn)行分析，根據(jù)靜止物體
的受力平衡條件，當(dāng)在滑塊上增加一推力P，隨著推
力P的不斷增大，物體和地面的靜摩擦力也不斷增
加，當(dāng)P增加到某一特定值時，物體處于靜止與滑
動的臨界點，如再增加推力，物體就按照該力的方向
以某一速度 滑動，該臨界點的摩擦力就叫做靜摩
擦力。運動后的摩擦力就叫做動摩擦力。
圖2 物體平面滑動受力不恿
從大量的科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐中，可以知道摩
擦力F與所受的法向壓力成正比，用公式表示為：
F=fN：-廠Q (1)
式中：廠為摩擦系數(shù)。
3．1．2 摩擦角
在分析圖2中A的受力情況時，為了方便計算，
有時常以法向力Ⅳ與摩擦力F的合力R來代替他
們的作用，R稱為支撐面的全反力，可以看出全反力
與接觸面法線間的夾角，通過受力分析，可以得到
受力示意，如圖3所示。將隨著摩擦力的增大而增
大，當(dāng)摩擦力達(dá)到最大值時，這個夾角也達(dá)到最大
值，此時夾角稱為摩擦角，以符號P表示。
圖3 物體滑動合力分析
由圖3可得：
tan = = N =f (2)
式中 為摩擦系數(shù)；0為合力與接觸面的夾角。
從該公式可以得到，摩擦角的正切值等于摩擦
系數(shù)。
3．2 槽面摩擦
3．2．1 槽面摩擦力
如圖4(a)所示，楔形滑塊 與槽型導(dǎo)軌有兩個
接觸面，這兩個面之間的夾角以2B來表示，滑塊與
導(dǎo)軌接觸面間的摩擦系數(shù)為
設(shè)在滑塊 上加一垂直向下的力Q(包括滑塊
的自身重力)，接觸面對滑塊的支撐力為N，由于受
力平衡條件可以得到：
Q一2NsinB=0
Ⅳ =
二SlIlD
(3)
(4)
圖4 槽面摩擦受力分析
如果沿導(dǎo)軌的軸線方向加一驅(qū)動力P使滑塊A
做勻速滑動，則接觸面上將產(chǎn)生一個反向的摩擦力
，此時滑塊的受力情況如圖4(c)所示，由受力平
衡條件可得到接觸面摩擦力 為：
，
F= Q (5)
3．2．2 相當(dāng)摩擦系數(shù)
為了簡化對槽面摩擦的分析，令：
，
(6)
將(6)式代人(5)式可得到：
F=foQ (7)
將(7)式與公式(1)比較可知：摩擦系數(shù)為 的
槽面摩擦力相當(dāng)于摩擦系數(shù)為 的平面摩擦力，在
計算摩擦力時，用廠0代替廠，就可將槽面摩擦看作平
面摩擦，所以將 稱作相當(dāng)摩擦系數(shù)。
與相當(dāng)摩擦系數(shù)對應(yīng)的摩擦角稱為相當(dāng)摩擦系
角，用符號 。來表示，則有：
tan(p0= (8)
即相當(dāng)摩擦系數(shù) 在數(shù)值上等于相當(dāng)摩擦角
的正切值。
3．2．3 平面磨擦與槽面摩擦的比較
由公式(5)可以看出，由于 角總是小于90。，
則sinB總是小于1，所以在Q和／相同的條件下，槽
面摩擦力總是大于平面摩擦力，且 愈小槽面摩擦
力愈大。
由于三角螺旋牙形角20通常為60。，所以根據(jù)
相當(dāng)摩擦系數(shù)公式有：
f f
· 55f (9)
即三角螺旋的相當(dāng)摩擦系數(shù) 是方牙螺旋摩
擦系數(shù)廠的1．155倍，這就說明三角螺旋的摩擦力
比方牙螺旋的摩擦力大，由于安全接頭又需要能在
一定力作用下自動倒開，所以摩擦力也不能太大，故
采用方牙螺紋更合適。
47
張杰：一種新型的安全接頭 第21卷第3期
3．3 目 鎖
在推動一個物體時，如果給物體一個垂直方向
的力P，則無論P有多大，物體都不會動，如圖5所
示。如果現(xiàn)在把力P傾斜一個的角度，力P雖然很
大，但物體仍然不能運動，這就是自鎖現(xiàn)象。當(dāng)這個
角度逐漸變大到達(dá)某一角度 時，物體便開始運動
了。
(a) (b)
圖5 物體受力自鎖分析
在圖5中的滑塊上施加一個與垂直方向夾角為
僅的力P，，根據(jù)力的分解，力P 可以分解為水平方向
的分力P和垂直方向的力Q，如圖6所示。
圖6 白鎖條件分析
根據(jù)力的分解原理P和Q兩個分力可表示為：
P=Pgintx Q=P~osa (10)
所以有：
P：Q =Qtan (11)
因為阻止滑塊運動的摩擦力F=fN=fQ=
Qtan~o，所以滑塊要移動必須使P>F，如果P< ，由此可知：當(dāng) < 時，無論推力
P 有多大滑塊都不會移動。因此 < ，就是滑塊的
自鎖條件。
現(xiàn)該安全接頭的參數(shù)為：方牙螺紋，頭數(shù) ：1，
外徑為50 mm，內(nèi)徑48 mm，螺距為12 mm，摩擦系
數(shù)f=0．15，摩擦角為8。32”，將螺旋升角的正切值
與摩擦角的正切值比較，有：
tan = = —
12
2-rrr~ 2-rr tan =— — =— x—23

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