長(zhǎng)行程立軸式鉆機(jī)的設(shè)計(jì)思路探討

凌 剛

(湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司,湖南長(zhǎng)沙 410007)

長(zhǎng)行程立軸式鉆機(jī)的設(shè)計(jì)思路探討

凌 剛

(湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司,湖南長(zhǎng)沙 410007)

在對(duì)比立軸式鉆機(jī)和全液壓鉆機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了立軸式鉆機(jī)的一種新的設(shè)計(jì)思路,用以解決立軸式鉆機(jī)在長(zhǎng)行程給進(jìn)、斜孔鉆進(jìn)、運(yùn)輸搬遷中的不足,以進(jìn)一步拓展國(guó)產(chǎn)立軸式巖心鉆機(jī)的使用空間。

長(zhǎng)行程;立軸式鉆機(jī);鉆機(jī)設(shè)計(jì);巖心鉆探

0 引言

在巖心鉆探施工中,巖心鉆機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備,目前巖心鉆機(jī)主要有傳統(tǒng)立軸式和全液壓動(dòng)力頭式 2種,但在我國(guó),立軸式巖心鉆機(jī)仍占據(jù)絕對(duì)的主導(dǎo)地位,而歐美市場(chǎng)則以全液壓動(dòng)力頭為主。2005年以來,全液壓巖心鉆機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用推廣速度逐漸加快,到目前為止,國(guó)內(nèi)已有十余家企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)了全液壓巖心鉆機(jī),競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈,同時(shí)也重新激起了業(yè)內(nèi)對(duì)“巖心鉆機(jī)是機(jī)械傳動(dòng)好還是液壓傳動(dòng)好”這一老話題的討論。

相比較立軸式鉆機(jī),全液壓巖心鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:(1)給進(jìn)行程長(zhǎng);(2)工作平穩(wěn);(3)孔上鉆桿柱導(dǎo)向性好、采用機(jī)上加接鉆桿;(4)易于實(shí)現(xiàn)斜孔鉆進(jìn);(5)搬遷方便。但其缺點(diǎn)也是很明顯的,主要體現(xiàn)在:(1)造價(jià)高;(2)動(dòng)力消耗大、傳動(dòng)效率低;(3)提下鉆輔助時(shí)間長(zhǎng);(4)保養(yǎng)維修技能要求高、備件價(jià)格高;(5)處理事故能力較差。

立軸式巖心鉆機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)與全液壓巖心鉆機(jī)剛好相反,有專家提出,如果能把全液壓巖心鉆機(jī)的長(zhǎng)行程、斜孔鉆進(jìn)、搬遷方便等優(yōu)點(diǎn)搬到立軸式巖心鉆機(jī)上來,那么立軸式巖心鉆機(jī)發(fā)展前景將會(huì)優(yōu)于全液壓巖心鉆機(jī)。在這個(gè)指導(dǎo)思想的指引下,筆者提出一種新型立軸式巖心鉆機(jī)思路并作進(jìn)一步探討。

1 長(zhǎng)給進(jìn)行程的實(shí)現(xiàn)

立軸式巖心鉆機(jī)行程的限制是因?yàn)榱⑤S箱的離地距離不高。由于油缸安裝于立軸箱上,油缸大腔朝下,活塞桿帶動(dòng)卡盤,可以移動(dòng)的行程不長(zhǎng),國(guó)內(nèi)立軸式鉆機(jī)的立軸行程因機(jī)型的不同一般在 300～800 mm之間。而全液壓巖心鉆機(jī)的動(dòng)力頭是在導(dǎo)軌上運(yùn)行的,活塞桿固定于架子下端,油缸大腔朝上,帶動(dòng)動(dòng)力頭,因而油缸不受高度的影響,可以做得很長(zhǎng),國(guó)內(nèi)中深孔液壓鉆機(jī)動(dòng)力頭行程都在 3～3.6 m之間,淺孔液壓鉆機(jī)動(dòng)力頭的行程在 1.5 m左右。

怎樣實(shí)現(xiàn)立軸式鉆機(jī)長(zhǎng)行程給進(jìn),一直是鉆機(jī)設(shè)計(jì)者們?cè)谒伎冀鉀Q的問題。如果改變立軸式鉆機(jī)油缸安裝形式,其結(jié)構(gòu)和全液壓鉆機(jī)的油缸安裝結(jié)構(gòu)一樣,這樣立軸式鉆機(jī)的行程是否也可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)行程給進(jìn)呢?液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)有桅桿導(dǎo)軌架,立軸式鉆機(jī)也有塔機(jī)一體式鉆機(jī),在塔機(jī)一體鉆機(jī)下桅桿架加上導(dǎo)軌,將立軸式鉆機(jī)的橫梁卡盤通過拖架安裝在導(dǎo)軌上,拖架用長(zhǎng)行程油缸帶動(dòng),去掉原有立軸式鉆機(jī)上的傳動(dòng)件——立軸,直接用六方主動(dòng)鉆桿傳動(dòng)扭矩,具體實(shí)現(xiàn)原理如圖 1所示。

傳動(dòng)路線為:動(dòng)力傳遞到回轉(zhuǎn)器后,內(nèi)六方立軸導(dǎo)管帶動(dòng)外六方主動(dòng)鉆桿實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn),橫梁卡盤組件在油缸的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)給進(jìn)、提升,主動(dòng)鉆桿上接水龍頭,此傳動(dòng)路線完全與以往立軸式鉆機(jī)的傳動(dòng)路線一樣,只是改變了油缸給進(jìn)、提升的方式。

圖1 長(zhǎng)給進(jìn)行程局部圖

2 斜孔鉆進(jìn)的實(shí)現(xiàn)

立軸式鉆機(jī)施工斜孔主要是通過轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)器來改變主軸的角度而實(shí)現(xiàn)的,卡盤裝在導(dǎo)軌架上以后,只要解決導(dǎo)軌架與回轉(zhuǎn)器同步轉(zhuǎn)動(dòng),就可輕易實(shí)現(xiàn)斜孔鉆進(jìn)了。國(guó)內(nèi)塔機(jī)一體立軸式鉆機(jī)結(jié)構(gòu)比較成熟,也已為許多客戶所接受,其支承架與回轉(zhuǎn)器連成一體(如圖 2所示),桅桿連接在支承架上,變幅油缸一頭連接機(jī)架,一頭連接支承架,操縱變幅油缸換向閥就可以帶動(dòng)支承架、下桅桿架、橫梁卡盤、回轉(zhuǎn)器繞回轉(zhuǎn)器中心轉(zhuǎn)動(dòng),從而方便實(shí)現(xiàn)斜孔鉆進(jìn)。

圖 2 回轉(zhuǎn)器與塔架一起繞回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)

3 運(yùn)輸搬遷的實(shí)現(xiàn)

全液壓鉆機(jī)的運(yùn)輸搬遷有 3種方式:一是安裝在履帶底盤上,二是安裝在汽車拖架上,三是安裝在簡(jiǎn)易的輪式拖架上。這 3種方式同樣可以運(yùn)用到立軸式鉆機(jī)上來,圖 3是立軸式巖心鉆機(jī)安裝在履帶底盤上的示意圖。

圖3 安裝履帶底盤的立軸式鉆機(jī)

這里需要提出的是,加裝底盤 (架)后,塔機(jī)一體鉆機(jī)的鉆塔起降方式必須改變,以方便鉆機(jī)的整體搬遷。

改變結(jié)構(gòu)如圖 4,支承架后側(cè)與下桅桿的后側(cè)加裝一起塔油缸,下桅桿與支承架用鉸座連接,整個(gè)鉆塔就可以向動(dòng)力方向放下。

圖4 后升降塔結(jié)構(gòu)示意圖

放鉆塔前,卡盤夾住主動(dòng)鉆桿中下部,利用起塔油缸和卡盤將主動(dòng)鉆桿從回轉(zhuǎn)器中拔出。

經(jīng)過改變后,鉆塔放下后安置在鉆機(jī)上,將上桅桿打折減小整機(jī)長(zhǎng)度,并將鉆塔固定在后架上,實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的整體搬遷。

圖5 整機(jī)搬遷時(shí)鉆塔擺放示意圖

4 結(jié)論

經(jīng)過以上 3個(gè)方面設(shè)計(jì)的新型立軸式巖心鉆機(jī)與全液壓巖心鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)比較:

(1)行程:立軸式鉆機(jī)同樣可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)行程給進(jìn)。

(2)工作平穩(wěn):卡盤安裝于導(dǎo)軌架上,動(dòng)力傳遞方式與全液壓巖心鉆機(jī)保持了一致,平穩(wěn)性問題同樣可得到解決。

(3)孔上鉆桿柱導(dǎo)向性好、采用機(jī)上加接鉆桿:卡盤橫梁組件安裝于導(dǎo)軌上,由長(zhǎng)油缸帶動(dòng),主動(dòng)鉆桿柱的導(dǎo)向性得到了保證,但因傳動(dòng)扭矩的原因,不能實(shí)現(xiàn)機(jī)上加接鉆桿,但因立軸式鉆機(jī)有移動(dòng)油缸,鉆機(jī)可整體后移,讓開孔口,起下鉆具的輔助時(shí)間減短,加上長(zhǎng)行程給進(jìn),能不能機(jī)上加接鉆桿已不重要。

(4)易于實(shí)現(xiàn)斜孔鉆進(jìn):塔機(jī)一體形式,回轉(zhuǎn)頭與塔架一同旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)了斜孔鉆進(jìn)的功能。

(5)搬遷方便:有條件的地方在安裝底盤后,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搬遷。

圖 6是鉆機(jī)的整體效果圖。

可見經(jīng)過新的設(shè)計(jì)后,立軸式巖心鉆機(jī)完全擁有全液壓巖心鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)立軸式巖心鉆機(jī)獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)仍然保留了下來:(1)造價(jià)低;(2)動(dòng)力消耗小、傳動(dòng)效率高;(3)提下鉆輔助時(shí)間短;(4)保養(yǎng)維修技能要求低、備件價(jià)格低;(5)處理事故能力較強(qiáng)等。從分析情況得知,此種長(zhǎng)行程給進(jìn)立軸式巖心鉆機(jī)體現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前該型鉆機(jī)正在緊張的試制,已有客戶提前訂貨。

圖6 鉆機(jī)整體效果圖

可以預(yù)期,這種鉆機(jī)一旦推出,必將有著廣闊的市場(chǎng)前景,必將對(duì)立軸式鉆機(jī)的發(fā)展起到推動(dòng)作用。

[1] 劉躍進(jìn).巖心鉆探設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2007,34(1):39-43.

[2] 彭一江,韓蘭新.新型高效節(jié)能立軸巖心鉆機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2008,35(10):23-27.

[3] 盧春陽,歐陽志強(qiáng).XY-4L型巖心鉆機(jī)的研制與應(yīng)用[J].地質(zhì)裝備,2010,(1).

[4] 高富麗,劉躍進(jìn),張偉.我國(guó)地質(zhì)鉆探技術(shù)裝備現(xiàn)狀分析及發(fā)展建議[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2009,36(1):3-8.

[5] 王扶志,張志強(qiáng),宋小軍.地質(zhì)工程鉆探工藝與技術(shù)[M].湖南長(zhǎng)沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社,2008.

Design Ideas of Long Stroke Spindle Core Drilling Machine

LING Gang(Hunan Flydisc New Material Co.,Ltd., Changsha Hunan 410007,China)

Based on the comparison of advantages and disadvantages of spindle core drilling machine and full hydraulic power head drillmachine,a new design idea for spindle core drillingmachine was put for ward to solve the deficiencies in long stroke feeding,inclined holes drilling and transportation,so as to further extend the application range of domestic spin2 dle core drillingmachine.

long stroke;spindle core drillingmachine;drill design;core drilling

P634.3+1

A

1672-7428(2011)05-0008-03

2011-03-23;

2011-04-19

凌剛(1971-),男(漢族),湖南長(zhǎng)沙人,湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司總經(jīng)理、工程師,機(jī)械制造工藝與設(shè)備專業(yè),從事鉆探設(shè)備研究與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及制造等工作,湖南省長(zhǎng)沙市雨花區(qū)曙光路 232號(hào),lg@fdmaterial.com。