HMD－7500型多功能全液壓錨固鉆機的研制

羅詩偉，張聯(lián)庫

(陜西核昌機電裝備有限公司，陜西咸陽712000)

HMD－7500型多功能全液壓錨固鉆機的研制

羅詩偉，張聯(lián)庫

(陜西核昌機電裝備有限公司，陜西咸陽712000)

HMD－7500型多功能全液壓錨桿鉆機由沖擊回轉(zhuǎn)動力頭、夾持器機構(gòu)、多維連桿變角機構(gòu)、大臂給進機構(gòu)、液壓系統(tǒng)等幾個部分組成，所有動作全部采用液壓驅(qū)動方式實現(xiàn)。介紹了鉆機的結(jié)構(gòu)形式、機構(gòu)設(shè)計、技術(shù)參數(shù)、特點，以及工業(yè)性試驗的情況。

錨固鉆機;沖擊回轉(zhuǎn)鉆進;全液壓系統(tǒng);多維連桿機構(gòu)

0 引言

近年來，由于國家政策支持力度的加大，以及錨桿鉆機市場的復(fù)蘇，中國錨桿鉆機投資環(huán)境大大改善，大量資本進入中國錨桿鉆機領(lǐng)域，海內(nèi)外、多主體的聯(lián)合投資成為錨桿鉆機投資的主流形式。特別是股票市場與錨桿鉆機企業(yè)(如:金帆股份和黃海股份)成功對接之后，將大大提高中國錨桿鉆機企業(yè)的競爭力，長期制約中國錨桿鉆機領(lǐng)域的資金問題可以得到根本改觀，今后中國錨桿鉆機領(lǐng)域的資金來源將更加充裕。

錨桿鉆機是實現(xiàn)錨桿支護技術(shù)的重要機械設(shè)備，適用工程主要是房地產(chǎn)建筑的基坑錨固，也有一小部分地鐵隧道內(nèi)的支護，水電圍堰注漿，山體、大壩加固、微型樁，地?zé)嵩淳?。隨著錨桿支護技術(shù)的飛速發(fā)展，用于鉆鑿錨孔的錨桿鉆機也得到了快速發(fā)展。展望它的發(fā)展，有助于不斷促進錨桿鉆機設(shè)備的技術(shù)進步，使其更加適應(yīng)現(xiàn)代支護技術(shù)的需要。但是，由于錨桿鉆進設(shè)備的開發(fā)、研究和生產(chǎn)，與錨桿支護技術(shù)的迅速發(fā)展不相適應(yīng)，錨桿支護施工中大量使用的還是傳統(tǒng)氣動鑿巖機與煤電鉆。專用錨桿鉆進設(shè)備中，使用國外進口設(shè)備較多，但因進口設(shè)備價格高和備件供應(yīng)不及時，用戶大多希望采用國產(chǎn)的錨桿鉆進設(shè)備。

根據(jù)市場了解，目前國內(nèi)錨桿鉆機大部分都銷售給個人及私營企業(yè)，國企很少，另外施工造價低，競爭激烈，所以那些功能單一，適應(yīng)性差、質(zhì)量低下的設(shè)備逐步被用戶淘汰，市場需要性價比高，穩(wěn)定性強的多用途、多功能，適合多種施工工藝的設(shè)備。鑒于此，我公司研制了HMD－7500型多功能全液壓錨固鉆機。

1 總體結(jié)構(gòu)

HMD－7500型多功能全液壓錨固鉆機，所有的部件均由我公司精心選配，液壓馬達(dá)、沖擊器、行走機構(gòu)、控制閥等主要配件均采用進口產(chǎn)品，全液壓控制，機身結(jié)構(gòu)堅固。設(shè)計理念先進，儀表監(jiān)控，操作靈活方便，充分保證設(shè)備的實用性能。本設(shè)備機械性能穩(wěn)定，工作效率高，可一機多用。設(shè)備總功率為90 kW，其中用于動力頭回轉(zhuǎn)的有60 kW，所以鉆機回轉(zhuǎn)扭矩比同類型的要大將近一倍，沖擊力和提升力都非常強大。

該鉆機為整體式(見圖1)，可三維調(diào)節(jié)，實現(xiàn)360°施工，配有鋼履帶行走底盤，整機移動迅速，便于在不同的環(huán)境下施工。夾持器采用雙夾持，可實現(xiàn)自動拆卸鉆桿和套管。在砂卵石地層或不穩(wěn)定的破碎地層施工時，使用高壓循環(huán)水，采取動力頭頂部沖擊雙管回轉(zhuǎn)鉆進施工方式，工作效率高于過去常規(guī)的方法。

圖1 全液壓錨固鉆機外形

1.1 沖擊回轉(zhuǎn)動力頭

采用行星減速器及擺線馬達(dá)組合，傳動平穩(wěn)，扭矩大，專門設(shè)計的緩沖機構(gòu)能有效減少沖擊鑿巖時鉆具對動力頭的沖擊，延長動力頭使用壽命，提高作業(yè)效率。用二位四通閥控制馬達(dá)串聯(lián)或并聯(lián)來實現(xiàn)快慢速切換(見圖2)。其中二位四通閥上位接入回路，馬達(dá)并聯(lián)，輸出軸低速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)矩相應(yīng)增加;下位接入回路，馬達(dá)串聯(lián)，輸出軸高速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減小，這兩種情況下回路的輸出功率相同。

圖2 液壓馬達(dá)串并聯(lián)回路

用液壓馬達(dá)串、并聯(lián)的回路可提供兩種轉(zhuǎn)速及扭矩，用于可鉆性好的地層時為高速旋轉(zhuǎn)，遇到卵石層時提供低速大轉(zhuǎn)矩，并配以沖擊回轉(zhuǎn)，可以快速成孔。

1.2 給進機構(gòu)

給進機構(gòu)如圖3所示，為油缸驅(qū)動鏈條倍速機構(gòu)，可使油缸行程減少一半，結(jié)構(gòu)簡單，導(dǎo)輪數(shù)量少，有利于提高鏈條的使用壽命。軸向結(jié)構(gòu)尺寸小，有利于加大給進行程，并且無移動油管。同時可以根據(jù)不同地層條件及鉆進情況，實現(xiàn)速度無級調(diào)節(jié)，最大限度地提高鉆進效率。在處理孔內(nèi)事故過程中，鉆具正反轉(zhuǎn)沖擊與提升或給進同步進行，提高了事故處理能力。

圖3 給進機構(gòu)

1.3 多維變角機構(gòu)

根據(jù)市場需求及設(shè)計任務(wù)書，為了滿足錨固鉆機多角度多功能的需求，鉆孔的傾角需在0°～360°范圍內(nèi)變化，既要靈活方便地調(diào)整角度及方位，又要使結(jié)構(gòu)盡量簡單，同時還要使鉆機的使用及維修簡單易學(xué)、操作方便。經(jīng)過分析研究，反復(fù)比較，確定了如圖4所示的變角機構(gòu)。此結(jié)構(gòu)比較簡單，操作靈活，重心低，穩(wěn)定性好，高度方向在一定范圍內(nèi)可調(diào)，給進滑架變角范圍大。

圖4 多維變角機構(gòu)

1.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計

該機的操作閥組主要采用液控及線控，同時還有手動操作手柄，其中動力頭回轉(zhuǎn)、沖擊、給進油缸的快慢速進給采用液控手柄操作，夾持及卸扣、履帶行走采用遠(yuǎn)程有線控制，其余的擺角、起落、浮動等油缸采用手動操作。液壓系統(tǒng)原理如圖5所示。

此系統(tǒng)的基本原理為:

(1)采用兩組電機分別帶動雙聯(lián)泵，兩雙聯(lián)油泵排量均為一大一小，大泵分別給動力頭回轉(zhuǎn)及沖擊，當(dāng)沖擊的流量不需要時，可供給回轉(zhuǎn)使用，并且有一個小泵的流量一直供給回轉(zhuǎn)使用;

圖5 液壓系統(tǒng)原理

(2)小泵一個供慢速給進，一個供動力頭回轉(zhuǎn)使用，當(dāng)需要快速回拉時，小泵與沖擊的大泵同時給油缸供油，使其快速回拉，并且在操作臺上安裝了調(diào)速閥，可控制油缸的給進速度;除給進油缸外，其余的油缸都是單獨動作，不同時操作，這樣保證了設(shè)備操作的安全性要求;

(3)柴油機帶動一個雙聯(lián)泵，分別控制兩條履帶的行走，或者控制各油缸的伸縮動作，但行走和油缸伸縮不同時動作。

2 主要技術(shù)參數(shù)

2.1 鉆機能力

鉆桿傾角0°～360°，鉆桿直徑89、102、114 mm，終孔直徑150～350 mm，孔深140～250 m(土層、卵石層)。

2.2 沖擊回轉(zhuǎn)動力頭

回轉(zhuǎn)速度(正反轉(zhuǎn))29、63、58、126 r/min;沖擊壓力15 MPa、沖擊流量117 L/min、沖擊頻率1300次(21.7 Hz)、沖擊功450 J;最大扭矩10000 N·m。

2.3 給進機構(gòu)

給進行程3500 mm、最大給進力62 kN、最大回拉力94 kN、給進速度4/16.8 m/min、回拉速度6/24 m/min。

2.4 履帶底盤

履帶規(guī)格450×135×37節(jié)、牽引力100 kN、接地比壓0.068 MPa、行駛速度1.5 km/h、爬坡能力20°、承載力11 t、輸出扭矩14000 N·m、離地高度400 mm、履帶總長度2956 mm。

2.5 動力配置

柴油機:常柴H25型、功率18 kW、轉(zhuǎn)數(shù)2200 r/ min，行走運輸用。

電動機:Y160M－4型、功率45+45 kW、轉(zhuǎn)數(shù)1480 r/min，日常施工用。

3 工業(yè)性試驗

鉆機的工業(yè)性試驗是在北京市昌平區(qū)南邵工地(見圖6)，地層為砂石，多砂，砂中含有小塊的石頭，含水量大。采用雙管鉆進，跟管沖擊施工，正循環(huán)沖洗。鉆孔傾角15°，鉆孔的口徑為140 mm，孔深為20～26 m，此工地共鉆探68個孔，其中孔深20 m的有37個，孔深26 m的有31個，累計進尺1546 m。

圖6 鉆機工業(yè)性試驗

一般情況下，鉆進深26 m的孔，需要10 min，沖孔灌漿及卸鉆桿需要20 min，輔助時間2 min，所以成1個孔大約需要30 min。按一天工作12 h計算，若孔位安排緊密，一天可以成孔20個左右。經(jīng)過3個月的試驗，使用該鉆機已經(jīng)勘探近200個孔，累計進尺近5000 m。HMD－7500型全液壓錨固鉆機通過工業(yè)性試驗，驗證了各項技術(shù)參數(shù)及性能達(dá)到了設(shè)計要求，并為鉆機的批量投產(chǎn)提供了依據(jù)。

4 結(jié)語

HMD－7500型多功能全液壓錨固鉆機是為滿足我國巖土錨固工程施工需要而研制的新型鉆機，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、操作簡單方便、制造成本低等特點。經(jīng)生產(chǎn)試驗，進一步驗證了鉆機能夠滿足于多種地層的沖擊回轉(zhuǎn)錨固施工工藝的需要，其各項性能指標(biāo)均達(dá)到或超過了設(shè)計要求，下一步我公司將不斷完善、優(yōu)化設(shè)計，形成產(chǎn)品的系列化、多樣化，并以工業(yè)性試驗為契機為該機推上市場打下堅實的基礎(chǔ)。

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Development of HMD－7500 Multifunctional Full-hydraulic Anchor Drill

/LUO Shi-wei，ZHANG Lian-ku(Shaanxi Hechang Mechanical and Electrical Equipment Co.，Ltd.，Xianyang Shaanxi 712000，China)

HMD－7500 type multifunction full-hydraulic anchor drill is composed of percussive rotary power head，gripper mechanism，multidimensional linkage variable angle mechanism，large arm feed mechanism，hydraulic system and so on，and all the actions are realized by hydraulic drive mode.This paper introduces the drilling machine about its structure style，mechanism design，technical parameters and characteristics and its industrial test.

anchor drill;percussive-rotary drilling;full-hydraulic system;multidimensional linkage mechanism

P634.3+1

A

1672－7428(2017)03－0044－04

2016－05－27;

2017－01－19

羅詩偉，男，漢族，1978年生，高級工程師，注冊建造師，機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，從事鉆探機械的研發(fā)、砼制品機械的設(shè)計制造以及對外技術(shù)合作工作，陜西省咸陽市玉泉西路秦都科技產(chǎn)業(yè)園，anuov@163.com。