YCJF－20型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用

唐愛國，王玉吉，李慶彬

(山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠，山東濟(jì)南 250014）

YCJF－20型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用

唐愛國，王玉吉，李慶彬

(山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠，山東濟(jì)南 250014）

簡要介紹了YCJF－20型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能參數(shù)以及應(yīng)用情況。

全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī);結(jié)構(gòu)特點(diǎn);施工效率

1 概述

YCJF－20型鉆機(jī)是我廠在YCJF－25型鉆機(jī)成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為滿足用戶施工中小口徑鉆孔灌注樁的要求而精心設(shè)計(jì)的一種機(jī)型。該機(jī)型傳承了YCJF－25型鉆機(jī)的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和成熟技術(shù)，并對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使鉆機(jī)性能更加穩(wěn)定，系統(tǒng)匹配更加合理，結(jié)構(gòu)布局更加緊湊，外觀線條更加順暢，搬遷運(yùn)輸更加方便。

2 YCJF－20型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)的特點(diǎn)

(1）鉆機(jī)為全液壓傳動(dòng)，采用獨(dú)特的液壓油缸沖擊方式，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低，功率消耗小，過載保護(hù)好。

(2）鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)了機(jī)、液、電一體化，自動(dòng)沖擊和自動(dòng)給進(jìn)采用單片機(jī)控制，操作集中、方便、省力、安全、可靠。自動(dòng)沖擊方式和手動(dòng)沖擊方式可隨意選擇，沖擊行程、沖擊頻率可無級(jí)或有級(jí)調(diào)整，能適應(yīng)多種地層的施工要求。

(3）鉆機(jī)具有自動(dòng)放繩給進(jìn)功能，在沖擊過程中，根據(jù)沖擊鉆頭進(jìn)尺情況，可適時(shí)、適量自動(dòng)放繩，充分發(fā)揮鉆頭的沖擊能量，避免打空錘，可有效地提高鉆進(jìn)效率。也可以選擇手動(dòng)放繩，靈活掌握沖擊給進(jìn)。

(4）鉆機(jī)沖擊方式獨(dú)特，實(shí)現(xiàn)了鉆頭平穩(wěn)提升，自由下落。鉆頭質(zhì)量大，沖擊功高，能適應(yīng)大口徑施工。鋼絲繩、彈簧等主要工作部件使用壽命長，鉆機(jī)易損件少，使用成本低。

(5）鉆機(jī)配有液壓步履，在施工現(xiàn)場可方便移位。液壓步履裝在鉆機(jī)底盤上，與鉆機(jī)一體運(yùn)輸，不用拆卸。

(6）鉆機(jī)鉆塔起、落為液壓控制，平穩(wěn)、安全、操作方便。

3 YCJF－20型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)的性能參數(shù)

(1）鉆孔直徑:0.7～2.0 m

(2）鉆孔深度:80 m

(3）鉆頭最大質(zhì)量:6 t

(4）沖擊行程:0.1～1.3 m

(5）沖擊頻率:0～30次/min

(6）主卷揚(yáng)提升能力:100 kN

(7）主卷揚(yáng)鋼絲繩規(guī)格:6×37－26×110 m

(8）副卷揚(yáng)機(jī)提升能力:30 kN

(9）副卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩規(guī)格:6×37－15－1700× 90 m

(10）工具卷揚(yáng)機(jī)提升能力:20 kN

(11）工具卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩規(guī)格:6×37－13－1700×60 m

(12）鉆塔額定負(fù)荷:250 kN

(13）鉆塔有效高度:7.5 m

(14）排渣方式:泵吸反循環(huán)

(15）主電機(jī)功率:55 kW

(16）主泵額定壓力:19 MPa

(17）副泵額定壓力:16 MPa

(18）主機(jī)質(zhì)量:14 t

(19）運(yùn)輸尺寸(長×寬×高）:7370 mm×2300 mm×3030 mm

4 YCJF－20型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

YCJF－20型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)主要由液壓動(dòng)力站、操作臺(tái)、主卷揚(yáng)機(jī)、液壓油缸沖擊機(jī)構(gòu)、鉆塔、液壓步履、底盤、副卷揚(yáng)機(jī)、工具卷揚(yáng)機(jī)組成。

4.1 液壓動(dòng)力站

液壓動(dòng)力站主要由電動(dòng)機(jī)，主、副液壓泵，油箱，冷卻器，電控柜等組成。主泵采用斜軸式變量柱塞泵，給沖擊機(jī)構(gòu)和主卷揚(yáng)機(jī)提供壓力油，主泵輸入功率為55 kW，轉(zhuǎn)速1480 r/min，額定工作壓力19 MPa，最高工作壓力20 MPa。副泵為齒輪泵，給液壓步履、副卷揚(yáng)、工具卷揚(yáng)和操作系統(tǒng)提供壓力油，副泵輸入功率5.5 kW，轉(zhuǎn)速1440 r/min，額定工作壓力16 MPa，最高工作壓力17 MPa。油箱容積180 L，使用32號(hào)低凝液壓油，油箱內(nèi)設(shè)有回油濾器和吸油濾器，用以過濾液壓油中的雜質(zhì)。冷卻器用以降低液壓油溫度。

4.2 操作臺(tái)

操作臺(tái)主要由電控箱和液壓閥組成。電控箱主要是控制主泵、副泵、冷卻器、工具卷揚(yáng)機(jī)的啟動(dòng)與關(guān)閉;控制手動(dòng)沖擊與自動(dòng)沖擊、手動(dòng)放繩與自動(dòng)放繩、副泵壓力的增加與減小的切換;在自動(dòng)沖擊狀態(tài)下，由單片機(jī)自動(dòng)控制沖擊油缸換向;在自動(dòng)放繩狀態(tài)下，由單片機(jī)自動(dòng)控制主卷揚(yáng)機(jī)適時(shí)、適量自動(dòng)放繩;操作臺(tái)中間的液壓比例先導(dǎo)閥用來控制主卷揚(yáng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止和主、副卷揚(yáng)機(jī)的制動(dòng);右側(cè)的液壓換向閥用于手動(dòng)控制沖擊油缸換向;左側(cè)的液壓換向閥用于控制副卷揚(yáng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止;左下側(cè)的減壓閥手輪用于控制主泵的排量，可以用來改變主卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度或者沖擊油缸的沖擊頻率;操作臺(tái)上的壓力表顯示主泵(主泵泄荷，副泵工作時(shí)顯示的是副泵的壓力）工作壓力和先導(dǎo)閥的工作壓力。

4.3 主卷揚(yáng)機(jī)

主卷揚(yáng)機(jī)主要由液壓馬達(dá)、減速機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)和制動(dòng)裝置組成，卷揚(yáng)機(jī)為雙筒，帶有差動(dòng)裝置，用于調(diào)整兩根沖擊鋼絲繩的拉力平衡和提升鉆頭。液壓馬達(dá)可以正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，由主泵和副泵分別供油，主泵供油用于主卷揚(yáng)機(jī)提升或下降鉆頭，速度可無級(jí)調(diào)整。副泵供油用于主卷揚(yáng)給進(jìn)放繩或收繩，速度恒定。

4.4 液壓油缸沖擊機(jī)構(gòu)

液壓油缸沖擊機(jī)構(gòu)主要由沖擊油缸和沖擊輪組組成。沖擊油缸為一特殊設(shè)計(jì)油缸，通過沖擊輪組和鋼絲繩提升、下降鉆頭，實(shí)現(xiàn)沖擊鉆進(jìn)工作。沖擊輪組除了傳遞油缸對(duì)鋼絲繩的拉力外，還在上下運(yùn)動(dòng)中起導(dǎo)向作用。

4.5 鉆塔

鉆塔主要由起塔油缸、底座、塔身、塔梁、緩沖裝置、天車等部分組成。通過起塔油缸可將鉆塔豎起與放平，使鉆機(jī)處于工作狀態(tài)或運(yùn)輸狀態(tài)，緩沖裝置主要用于吸收沖擊輪組的沖擊振動(dòng)，并對(duì)沖擊鋼絲繩導(dǎo)正，天車用于副卷揚(yáng)和工具卷揚(yáng)。

4.6 液壓步履

液壓步履可以使鉆機(jī)在同一工地上短距離移動(dòng)，對(duì)正孔位也比較方便。液壓步履主要由鐵履、橫梁、滾輪組、油缸、液壓操作閥組成。通過操縱閥可控制油缸運(yùn)動(dòng)，使鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)上下、前后、左右移動(dòng)。

4.7 底盤

底盤主要用于安裝聯(lián)接鉆機(jī)各個(gè)部件，其中孔口裝置主要是安裝、拆卸排渣管時(shí)的工作平臺(tái)。

4.8 副卷揚(yáng)機(jī)

副卷揚(yáng)機(jī)主要用于提升或下降排渣管，該卷揚(yáng)機(jī)具有快速下放功能。當(dāng)沖擊鉆頭在孔內(nèi)遇卡時(shí)，可用副卷揚(yáng)機(jī)提動(dòng)沖錘沖擊、振動(dòng)被卡住的鉆頭，解除卡鉆問題，沖錘質(zhì)量以500～800 kg為宜。

4.9 工具卷揚(yáng)機(jī)

工具卷揚(yáng)機(jī)用于施工現(xiàn)場起吊配套鉆具和工具使用。

該鉆機(jī)的組成除了上述部件外，還配套有沖擊錘頭、排渣管、反循環(huán)鉆進(jìn)用6BS型砂石泵、3PNL型泥漿泵及泥漿管線等。

5 YCJF－20型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)的應(yīng)用情況

YCJF－20型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)自投放市場以來，先后在蘭渝鐵路白龍江3號(hào)特大橋、濟(jì)南市濟(jì)洛路洛口橋、成都繞城高速公路工地、四川巴東至陜西高速公路等多個(gè)工地施工，施工口徑多為1.2～1.8 m。還有多臺(tái)鉆機(jī)被國內(nèi)工程集團(tuán)帶到非洲進(jìn)行路橋施工。見圖1～3。

圖2 鉆機(jī)在武漢市工地施工現(xiàn)場

圖3 鉆機(jī)反循環(huán)泵排出的完整卵礫石

在某些地層情況下，該鉆機(jī)也可以采用正循環(huán)鉆進(jìn)工藝。如在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工時(shí)，為防止施工過程中塌孔，該沖擊鉆機(jī)一般采用正循環(huán)鉆進(jìn)方式。由6BS型砂石泵、3PN型泥漿泵、三通逆止閥、膠管組成的泥漿系統(tǒng)，可直接進(jìn)行正、反循環(huán)工藝轉(zhuǎn)變，操作簡單。

通過多個(gè)施工工地與不同類鉆機(jī)進(jìn)行施工效率對(duì)比，在施工相同口徑、相同地層條件的情況下，與回轉(zhuǎn)鉆機(jī)相比施工效率如下:

(1）在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工時(shí)，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是沖擊反循環(huán)鉆機(jī)的1.2倍;

(2）在卵、礫石層和基巖中施工時(shí)，沖擊反循環(huán)鉆機(jī)的效率是回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的3倍，一般在礫徑為5 cm以下的礫石層效率要提高2倍以上，5～10 cm的礫石層效率要提高3倍以上;鉆進(jìn)5級(jí)以下的巖石，效率是回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的5～6倍。如遇大漂石、大塊石、硬度較高的花崗巖回轉(zhuǎn)鉆機(jī)很難進(jìn)尺，只能用沖擊方法鉆進(jìn)。

該鉆機(jī)的施工效率與單繩沖擊鉆機(jī)相比，由于反循環(huán)排渣效率高，各地層平均鉆進(jìn)效率是單繩鉆機(jī)的2倍左右，在卵礫石地層是2.5倍左右，在硬巖地層效率更具優(yōu)勢。

2012年6月，在武漢綠地集團(tuán)工地，該鉆機(jī)與旋挖鉆機(jī)相互配合，施工口徑1.2 m的灌注樁。樁孔巖石以上部分用旋挖鉆機(jī)施工，深度約在20～40 m之間，挖到巖石后，再用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行入巖12 m的施工。該鉆機(jī)在較硬的巖石中施工，平均3天就可完成入巖12 m的施工。這種施工工藝方法充分發(fā)揮兩種設(shè)備和兩種工藝方法的特長，優(yōu)勢互補(bǔ)，取得了較高的成孔效率，具有創(chuàng)新性，值得推廣應(yīng)用。

鉆機(jī)用戶普遍認(rèn)為，該鉆機(jī)施工效率高，成孔質(zhì)量好，使用成本低，是沖擊鉆機(jī)中性價(jià)比較高的產(chǎn)品。鉆機(jī)自動(dòng)化程度高，特別是具有自動(dòng)放繩、自動(dòng)鉆進(jìn)功能，使鉆機(jī)操作更加方便智能，大大減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

6 結(jié)語

生產(chǎn)施工應(yīng)用表明，YCJF－20型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)，整體設(shè)計(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)創(chuàng)新，其總體水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先，具有較好的應(yīng)用前景。

［1］王繁榮.XD系列全液壓動(dòng)力頭巖心鉆機(jī)的研制和應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程），2011，38(12）:43－46.

［2］侯慶國.YCJF－25型全液壓沖擊反循環(huán)鉆機(jī)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程），2003，(S1）:174－175.

［3］鄧承沂，盛春香.沖擊反循環(huán)鉆機(jī)施工特點(diǎn)淺析［J］.西部探礦工程，2004，(2）.

［4］李振亞.我國沖擊循環(huán)樁孔鉆機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.探礦工程，2001，(1）:57－59.

［5］管佩先.沖擊反循環(huán)鉆機(jī)施工地下連續(xù)垃與大口徑灌注樁簡介［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程），2001，(1）:60－61.

［6］張亞東，王玉吉.CJF－12型沖擊反循環(huán)鉆機(jī)在淺海施工工藝［J］.山東國土資源，2007，23(2）.

Structural Characteristics of YCJF－20 Hydraulic Percussive and Reverse Circulation Rig and Its Application

TANG Ai-guo，WANG Yu-ji，LI Qing-bin(Shandong Geological Prospecting Machinery Plant，Jinan Shandong 250014，China）

Brief introduction is made on the structure features，performance parameters and the application situation of YCJF－20 hydraulic percussive and reverse circulation rig.

hydraulic percussive and reverse circulation drill;structure feature;application situation

P634.3+1

:A

:1672－7428(2012）10－0050－03

2012－07－09

唐愛國(1966－），男(漢族），湖南株洲人，山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠高級(jí)工程師，勘探機(jī)械專業(yè)，從事鉆機(jī)設(shè)計(jì)和制造工藝設(shè)計(jì)工作，山東省濟(jì)南市燕子山路2－2號(hào)，sddztkctag@sohu.com;王玉吉(1974－），男(漢族），山東平原人，山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠高級(jí)工程師，地質(zhì)機(jī)械專業(yè)，從事鉆掘設(shè)備及器具技術(shù)研究工作，wyj8005@163.com;李慶彬(1979－），男(漢族），山東鄄城人，山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠工程師，機(jī)械工程專業(yè)，從事鉆掘設(shè)備及器具技術(shù)研究工作，lqb7904@163.com。