XY－44AT型塔機一體鉆機的研制與應(yīng)用

戴圣海，彭儒金，邱 華，劉 志

(長沙探礦機械廠，湖南長沙410100)

0 引言

目前國內(nèi)外市場鉆塔系列眾多，從結(jié)構(gòu)上可分為人字塔、四角塔、龍門塔、管子塔等，起塔方式一般為機械式、組裝式、液壓式等，此類鉆塔大多只能滿足垂直孔或90°～75°之間的傾角鉆孔，而且鉆塔的安裝非常耗時。要實現(xiàn)更大傾角的鉆孔，則需要使用價格相對昂貴的大型全液壓鉆機來實現(xiàn)。全液壓鉆機打孔方法使生產(chǎn)成本大幅提高，但由于受到施工環(huán)境的制約，大型全液壓鉆機因需要較寬的行走路面而加大了搬遷難度。為解決這一問題，市場上出現(xiàn)一種輕便式鉆塔，這種鉆塔安裝在鉆機上，雖然可滿足大傾角需要，但是由于結(jié)構(gòu)過于簡單，設(shè)計不成熟，在使用時常遇到提升不穩(wěn)，提升力不夠，無法實現(xiàn)強力起拔等現(xiàn)象，因而在市場上難以得到大規(guī)模普及。結(jié)合各種鉆塔的特點，筆者以XY－44A型鉆機為載體，研制了XY－44AT型塔機一體鉆機，不但大大方便了斜孔的鉆進(jìn)，同時使垂直孔的鉆進(jìn)效率也得到較大提高。

1 鉆機的結(jié)構(gòu)特點

本鉆塔采用多種新型結(jié)構(gòu)，與同類鉆塔相比，具有更強的適用性、穩(wěn)定性和安全性。鉆塔結(jié)構(gòu)如圖1所示，其特點如下。

圖1 塔機一體鉆機結(jié)構(gòu)示意

(1)采用雙油缸起塔，增加了起塔的平穩(wěn)性。

(2)裝、拆、遷非常方便，使用安全可靠。

(3)下塔架與鉆機相連，且可以繞升降機軸中心旋轉(zhuǎn)，便于斜孔的施工。

(4)上塔架與天車相連，天車滑輪固定在滑板上，滑板可以在天車架上滑動，天車油缸伸長時，推動滑板滑移，補償?shù)准芑茣r產(chǎn)生的讓開孔位移，使鉆桿的加接、鉆具的提升和下降更加方便。

(5)天車采用鋼索后拉和天車斜桿支撐，可大大提高鉆塔起鉆時天車梁的負(fù)載能力，減小鉆具升降作業(yè)時鉆塔的振動，提高鉆機運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。

(6)增加液壓副卷揚，大大降低操作的勞動強度，提高生產(chǎn)效率，降低能量損耗。

(7)塔座使用三轉(zhuǎn)臂梁支撐，保證鉆塔旋轉(zhuǎn)的同心度，分散起鉆力和鉆塔重力對鉆機機架的壓力，提高鉆機使用壽命和安全性。

2 主要結(jié)構(gòu)特點

2．1 鉆塔

為實現(xiàn)6 m長主動鉆桿提升的需要，鉆塔名義高度設(shè)計為10.6 m。為簡化生產(chǎn)及方便搬遷，圖1中的下、中、上塔架之間用高強度螺栓連接成整體。下塔架通過鉆塔底座與鉆機相連，上塔架與天車相連。為減輕上塔架質(zhì)量，將其設(shè)計為梯形結(jié)構(gòu);天車與上塔架之間設(shè)置斜支撐桿，該斜支撐桿的長度可調(diào)節(jié)，從而有效承載天車的懸臂提升力。

為方便操作人員進(jìn)行提引器與水龍頭的結(jié)合、分離操作，在中塔架上設(shè)計了吊籃。鉆塔在地面組裝好后，通過液壓閥的操縱，鉆塔便在起塔油缸的緩慢伸長過程中，繞著升降機中心作0°～90°旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)至需要鉆進(jìn)的角度時，停止操作，起塔油缸在自帶液壓鎖的作用下，牢牢支撐住鉆塔進(jìn)行作業(yè)。因此，操作非常方便，大大降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)率。

2．2 鉆塔底座

鉆塔底座為連接鉆塔與鉆機的過渡裝置。為實現(xiàn)鉆塔從水平至垂直位置任意角度的變化，鉆塔底座通過圖2中的轉(zhuǎn)臂與升降機及分動箱以轉(zhuǎn)動副的形式相連，因此其能繞升降機的軸心線做0°～90°之間角度旋轉(zhuǎn)。鉆塔底座上焊有拉環(huán)，用以穿過斜拉鋼索，拉環(huán)右邊為鉆塔的安裝位置，左邊為液壓副卷揚的安裝位置。

圖2 鉆塔底座示意

2．3 天車

天車設(shè)計的主導(dǎo)思想是在保證其強度和剛度的前提下，增加其承載能力。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。天車支架由2根槽鋼及兩端封板焊接而成，支架上裝有油缸，油缸前部與滑塊相連，繩索旋轉(zhuǎn)器與滑輪總成固定在滑板上，滑塊通過油缸的伸縮在支架上來回滑移，帶動與繩索旋轉(zhuǎn)器與滑輪總成相連的動滑輪前后移動，從而起到讓開孔口的作用，滿足了普通鉆進(jìn)、繩索取心鉆進(jìn)等多種鉆進(jìn)工藝的需要。為實現(xiàn)液壓副卷揚打撈巖心的需要，將動滑輪置于天車前端。

圖3 天車總成示意

為保證塔架及天車在起鉆時的平穩(wěn)性，在塔架上部設(shè)計了斜拉鋼索架、2根斜撐桿及斜拉鋼絲繩。斜拉鋼索架用螺栓固定在天車支架上，斜拉鋼絲繩分別固定在支架兩邊的鋼繩拉板上，另一端繞過斜拉鋼索架上的鋼索滑輪后，固定在塔架底座的拉環(huán)上。斜撐桿一端連接在支座上，另一端連接在上塔架的支座上。

2．4 液壓系統(tǒng)

為提高液壓化程度，降低操作者的勞動強度，提高鉆進(jìn)效率，該塔架一體在主機液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，串聯(lián)一個二位三通閥，見圖4所示。當(dāng)要進(jìn)行鉆塔的起降、天車油缸的伸縮及液壓副卷揚的操作時，通過操作二位三通閥手柄，將液壓油進(jìn)行切換。其中的三聯(lián)組合液壓閥，分別控制3組執(zhí)行元件的運動;天車油缸的行程與鉆機底架一致;通過起塔油缸控制塔架的起降。

圖4 液壓管路圖

3 鉆機的實際使用情況

該鉆機研制成功后，經(jīng)過了嚴(yán)格的檢驗，各技術(shù)參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計要求。目前，該鉆機已進(jìn)入國內(nèi)多個礦區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，并遠(yuǎn)銷馬來西亞等國，為用戶創(chuàng)造了良好的生產(chǎn)效益。

2013年，XY－44AT型塔機一體鉆機在張家界花垣地區(qū)進(jìn)行找礦工作，該工地地層以灰?guī)r為主，采用繩索取心鉆進(jìn)工藝，開孔直徑110 mm，終孔直徑75 mm，最終鉆進(jìn)孔深1050 m。

2014年，XY－44AT型塔機一體鉆機在郴州市臨武縣鎢礦工地采用繩索取心金剛石鉆進(jìn)方法，鉆孔傾角85°，終孔直徑75 mm，終孔孔深度1121 m。

圖5為該鉆機在馬來西亞的施工現(xiàn)場照片。

該鉆機因具有節(jié)省鉆塔搭建時間、方便大角度斜孔鉆進(jìn)及鉆塔底架占地面積相對較小等優(yōu)點，受到用戶的廣泛好評。通過進(jìn)行現(xiàn)場技術(shù)跟蹤服務(wù)，結(jié)合用戶提出的合理化建議及收集到的市場信息，我們先后對鉆塔進(jìn)行了一些優(yōu)化，如在塔架上設(shè)計了方便施工人員攀援的塔梯;天車滑輪材料換為尼龍，不斷提高其使用性能。

圖5 馬來西亞施工現(xiàn)場

4 結(jié)語

XT－44AT型塔機一體鉆機以XY－44A型巖心鉆機為基礎(chǔ)，設(shè)計了可液壓起降的鉆塔，并增加了液壓副卷揚，整機設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊、科學(xué)合理，實際生產(chǎn)應(yīng)用表明，大大提高了鉆機操作的方便性和斜孔鉆進(jìn)的施工效率，節(jié)省了施工成本。

［1］ 郭紹什．鉆探手冊［M］．湖北武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1993．

［2］ 彭儒金，戴圣海，邱華，等．XY－6B型巖心鉆機的研制與應(yīng)用［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(9):59 －61．

［3］ 夏祖印，張能武．機械加工實用手冊［M］．安徽合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2008．

［4］ 成大先．機械設(shè)計手冊［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

［5］ 楊宏偉．立軸式巖心鉆機配A型鉆塔的技術(shù)探討［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(5):49 －52．

［6］ 歐陽志強，柴喜元．新型XY－5L塔機一體立軸式巖心鉆機的研制與應(yīng)用［J］．地質(zhì)裝備，2011(5)．

［7］ 劉衛(wèi)東．機械傳動立軸式巖心鉆機的發(fā)展前景與改進(jìn)設(shè)想［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(S1):70 －73．

［8］ 張西坤，宋小娟．液壓起塔定向施工A型鉆塔［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2004，31(12):28 －29．