机械卷扬机的工作原理及提升力的计算

  在松开提升抱闸时，要适当松开或完全松开制动抱闸。卷筒要在钻具的自重作用下旋转，以此来实现限速或自由落体快速下钻。此时，行星齿轮处于既公转又自转的运动状态。

  如图1所示，卷扬机左端卷筒闸轮上装有制动抱闸，右端提升制圈上装有提升抱闸，它们分别操纵制动抱闸和提升抱闸，使其处于不同的工作状态。卷扬机能够完全满足提升、下降、制动钻具等3种不同的工艺要求。

  松开制动抱闸，操纵提升抱闸刹住提升制圈，3只行星齿轮被提升制圈、行星齿轮支架组成的轮系系杆固定，只能自转不能公转。此时，动力使卷筒正转并缠绕钢丝绳，以达到提升钻具的目的。

  摘要：在机械发展史中，新机械的发明起着举足轻重的作用，尤其是那些很久以前就被利用并一直使用至今的机械更是发挥着无法替代的作用，岩心钻机中的卷扬机就是典型的例子。简要分析了卷扬机的工作原理及其相关联的内容，以期为日后的工作提供参考和借鉴。

  式（2）中：Dni为第n层钢丝绳的直径，mm；ni为第i挡钢丝绳的转速，r/min，由传动比计算得出。

  在岩心钻机中，卷扬机大多数都用在提升、下降钻具和起拔套管。卷扬机的右端以轴端部的外花键插入分动箱内花键来获得动力，并依靠中心齿轮、行星齿轮支架、提升制圈、3只行星齿轮和压入卷筒上的内齿圈所组成的行星齿轮传动系统完成传动。该卷扬机的结构是典型的2K-H行星齿轮式传动机构，如图1所示。

  式（3）中：P额定为动力机功率，kW；η为动力机到滑轮系统的传递效率，一般取0.8；Vni为卷扬机第n层第i挡提升速度，m/s。

  一般情况下，将卷扬机最低速时（即一档），并且卷扬机钢丝绳处于最里层时的提升力称为单绳提升力。

  该卷扬机因其简单易操作、排绳量大、可靠性强，被大范围的应用于岩心钻机中。通过对卷扬机工作原理的分析，使我们更直观地了解了卷扬机的内部构造；通过提升力计算，为卷扬机的设计提供了重要的理论依照，同时，也让有关人员更加深入地了解了卷扬机的应用情况。

  [1]成大先.机械设计手册[M].第5版.北京：化学工业出版社，2008.

  松开提升抱闸，操纵制动抱闸，逐渐刹住卷筒闸轮就可以实现制动钻具的目的。此时，内齿圈不转，行星齿轮在中心齿轮上绕卷扬机轴心公转。

  动力机通过离合器、变速箱、万向节和分动箱将扭矩传至卷筒上，卷筒转动带动钢丝绳提升、下放钻具。在相关计算中，不扣除传动时消耗的功率，也不引入动力机超载的系数，只能粗略引入其平均机械效率计算。卷扬钢丝绳计算直径如图2所示。