QD輕便多用鉆機(jī)的研制

傅彩霞 劉彥仁 李紹基

摘要：本文主要從市場分析、產(chǎn)品用途、功能、結(jié)構(gòu)、參數(shù)、特點等方面介紹了一種可以滿足錨固錨桿施工的輕便多用鉆機(jī)。

關(guān)鍵詞：輕便;多用;鉆機(jī);研制

1概述

經(jīng)過多年的持續(xù)高速發(fā)展，地質(zhì)勘探、能源普查等領(lǐng)域的設(shè)備市場也漸趨飽和，但工程勘察（探）領(lǐng)域要比地質(zhì)勘探領(lǐng)域廣得多，涉及建筑、水電、公路、鐵路、橋梁、地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)等行業(yè)的錨索錨固、圍堰幃幕處理和邊坡治理，設(shè)備的需求大。尤其近幾年，隨著國家對基礎(chǔ)建設(shè)的加強(qiáng)，在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防、邊坡處理、涵洞施工、水電工程錨固錨索施工任務(wù)的加大，帶動了工勘領(lǐng)域?qū)﹀^桿鉆機(jī)市場的迅速發(fā)展。

2國內(nèi)、外錨桿鉆機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國外錨桿鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

目前，國外應(yīng)用較廣的錨桿鉆機(jī)主要有風(fēng)動和液壓兩種型式。風(fēng)動錨桿鉆機(jī)有克萊姆公司W(wǎng)OMBAT 型、瑞典PRB - 300 型等;液壓錨桿鉆機(jī)有英國WISP 型，澳大利亞PROBAM 型等，基本都具有重量輕、扭矩大、噪音低、耗氣量小、機(jī)身矮等特點。

近年來，性能優(yōu)良、技術(shù)先進(jìn)、操作維修方便、應(yīng)用范圍廣的一體化的錨桿支護(hù)技術(shù)在國外發(fā)展很快。如喬伊公司的14CM10型采掘錨機(jī)組，12ED18型采錨機(jī)組，鮑拉特公司的E230型掘錨機(jī)組，郎艾道公司的RB1-50L型錨桿鉆車等班工作效率已達(dá)120～240 根。

2.2國內(nèi)錨桿鉆機(jī)的研制狀況

我國礦用錨桿鉆機(jī)的研究始于20 世紀(jì)70年代末，先后研制過機(jī)械支腿式錨桿鉆機(jī)、鉆車式錨桿鉆機(jī)，支腿與導(dǎo)軌式液壓錨桿鉆機(jī)、支腿式氣動錨桿鉆機(jī)、非機(jī)械傳動電動錨桿鉆機(jī)、機(jī)載式錨桿鉆機(jī)等。其中比較著名的有浙江開山MGY60鉆機(jī)，主要用于用于滑坡治理工程及危巖體錨固工程及控制建筑物位移等高邊坡巖體錨固工程，還用于深基坑支護(hù)及地基加固工程孔，爆破工程的爆破孔和隧道管棚支護(hù)孔等;北京中海恒通的HTM120L鉆機(jī)，主要適用于中型露天礦山、水電站土石方工程鉆鑿爆破孔或預(yù)裂孔，公路及鐵路邊坡支護(hù)錨桿孔、水電站壩體支護(hù)的錨桿孔。

通過上述調(diào)研結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，一般的錨桿錨固鉆機(jī)個體都比較大，拆解性較差，不能滿足在狹小空間的施工需求。因此，一種結(jié)構(gòu)合理新穎，設(shè)備輕巧、拆裝方便、維護(hù)方便的設(shè)備在市場上尚屬空白，QD輕便多用鉆機(jī)正是基于這種市場契機(jī)，通過技術(shù)合作研發(fā)的新型產(chǎn)品，在市場發(fā)展前景上有較好的可行性。

3結(jié)構(gòu)組成、工作原理及特點

3.1主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

3.1.1主要結(jié)構(gòu)

QD輕便多用鉆機(jī)主要由液壓站，操作臺和主機(jī)三大部分組成，液壓站是給整機(jī)的動作和執(zhí)行提供動力的關(guān)鍵組成部分，主要由油箱，散熱器，斜軸式柱塞油泵，齒輪泵，電機(jī)及其他輔件組成;操作臺主要是集成了操作系統(tǒng)及相關(guān)儀表;主機(jī)則由回轉(zhuǎn)器、給進(jìn)裝置、機(jī)架、底座、副桅桿、提升機(jī)構(gòu)等組成，實現(xiàn)了模塊化設(shè)計，拆裝方便，通過不同模塊化組合，演化形成不同性能參數(shù)的系列產(chǎn)品。

3.1.2技術(shù)參數(shù)

該鉆機(jī)的鉆進(jìn)參數(shù)：鉆孔直徑φ75～φ160;鉆孔深度60m;鉆桿直徑φ73㎜;系統(tǒng)壓力16MPa;輸入功率22kw; 整機(jī)重量1.2T。

3.2工作原理

在實際施工中，具體工作原理：啟動電機(jī)，帶動斜盤式柱塞泵和齒輪泵工作，壓力油通過閥組，傳輸給三聯(lián)閥和馬達(dá)控制閥塊，操縱手動控制閥，供油給液壓馬達(dá)，馬達(dá)經(jīng)一級齒輪減速，驅(qū)動主軸回轉(zhuǎn)，由主軸帶動鉆具回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)正常的施工，通過調(diào)壓旋鈕或斜盤式柱塞泵來調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)器一定范圍的無級調(diào)速。給進(jìn)系統(tǒng)由安裝在方管機(jī)身里面的油缸——鏈條組成行程倍增機(jī)構(gòu)，通過鏈條拖動動力頭在導(dǎo)軌上滑移，實現(xiàn)鉆具的給進(jìn)或起拔。大小泵轉(zhuǎn)換手柄可以實現(xiàn)主機(jī)的高（低）速旋轉(zhuǎn)和給進(jìn)油缸的慢（快）速加壓或起拔動作。

3.3主要特點：

3.3.1重量輕，可以直接裝在鋼管架上，解體方便，解體的單個組件質(zhì)量小于137kg，配有底盤和副桅桿的整機(jī)質(zhì)量約1.2T;

3.3.2體積小，鉆機(jī)的橫向尺寸約為300×500（不含底座），安裝在鋼管在鋼管架上，使用1m長鉆桿時，其導(dǎo)軌最大長度為1.8m，若使用0.5m長的鉆桿，其導(dǎo)軌長度為1.2m，配有底盤和副桅桿時，其最大高度約5m;

3.3.3鉆機(jī)采用液壓驅(qū)動，整體分三大件，即液壓站，操作臺和鉆機(jī)本體，液壓站功率22KW，質(zhì)量約420kg（不含液壓油），拖輪移位，操作臺距鉆機(jī)3～10m，可在噴水和仰孔等困難條件下實現(xiàn)360°范圍的施工作業(yè);

3.3.4鉆機(jī)動力頭采用主軸浮動機(jī)構(gòu)，可以有效的減少鉆具的磨損，另有φ95的通孔和卡盤，可穿過長度3m左右的鉆桿進(jìn)行小口徑的高噴作業(yè)。

3.3.5鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩范圍較大。轉(zhuǎn)速大致可分三個區(qū)，可分為0～800轉(zhuǎn)/分的高速區(qū)，0～200轉(zhuǎn)/分的中速區(qū)和0～50轉(zhuǎn)/分的低速區(qū)。高轉(zhuǎn)速區(qū)可以滿足100m左右的小口徑鉆孔，包括水平孔和仰孔。中速區(qū)可滿足孔徑130以內(nèi)的鉆孔需求，也可滿足牙輪鉆進(jìn)等全面鉆進(jìn)工藝。低速區(qū)適用于氣動潛孔錘鉆進(jìn)工藝，也可作為輕便的高噴臺車;

3.3.6提升力給進(jìn)力和升降速度，最大提升力25KN，給進(jìn)力20KN，速度為0～0.5m/s。吊架的提升力約10KN，速度0～1m/s，提升高度4.5m，可以滿足繩索取心鉆進(jìn)時提拔鉆具的需求;

3.3.7安裝和移位方式，主要安裝方式為用通用扣件直接固定在φ48的架管上，可分解或整體移位，2～3人作業(yè)，在地面施工時可人力整體移位，或用液壓拖動或配履帶移位系統(tǒng)。

4項目工業(yè)性試驗情況

該項目經(jīng)過緊張有序的組織，目前已經(jīng)完成了樣機(jī)的試制工作，隨后進(jìn)行了出廠前零負(fù)荷測試和施工現(xiàn)場負(fù)載工業(yè)性考核：

4.1出廠前零負(fù)荷測試：進(jìn)行了室內(nèi)各項數(shù)據(jù)的采集和驗證。為驗證該鉆機(jī)的給進(jìn)能力，我們采用特殊結(jié)構(gòu)，給系統(tǒng)加壓至16MPa，當(dāng)時油缸的給進(jìn)能力達(dá)到近9噸，整機(jī)沒有出現(xiàn)明顯的變形和破壞，所以整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計是安全可靠的，在速比為2.73的齒輪配比前提下，轉(zhuǎn)速低速實測為69r/min，高速實測為490r/min，與理論計算的數(shù)值73r/min，512r/min相比較，效率分別達(dá)到0.94和0.9;給進(jìn)油缸在小泵供油下，行程1670mm耗時30s，在大泵供油的前提下行程1670mm測時20s，計算得出的給進(jìn)速度分別為3.36m/min和5.04m/min，基本達(dá)到了設(shè)計參數(shù)要求，可以滿足錨桿施工工藝需求。

4.2施工現(xiàn)場負(fù)載工業(yè)性考核：為了讓該機(jī)更好的適應(yīng)工程施工要求，樣機(jī)已在4500米的高海拔、低氣壓、空氣稀薄的惡劣西藏某水電施工現(xiàn)場，完成了對整機(jī)的各項技術(shù)參數(shù)的綜合測試，施工采用氣動潛孔錘施工工藝，共跟蹤兩口孔的鉆進(jìn)情況：

施工方對該機(jī)給予了很好的評價，基本可以適應(yīng)和滿足60m以內(nèi)工程錨固錨索孔的鉆進(jìn)需求，并按照施工方提出的意見和建議，對該機(jī)的局部進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，形成不同的施工需求下的系列化產(chǎn)品。

5結(jié)語

綜上所述，該鉆機(jī)突出優(yōu)點就是：結(jié)構(gòu)合理新穎、輕巧、拆裝方便、維護(hù)方便，適合在狹小空間內(nèi)進(jìn)行施工，如防滲墻處理，坑道施工等。亦可實現(xiàn)錨桿錨固工藝施工，高噴、灌漿工藝施工，淺孔巖芯勘探、水井鉆探等施工。與同類型的鉆機(jī)比較具有一定的優(yōu)越性，可以彌補(bǔ)公司現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一的不足現(xiàn)狀，為公司經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新的增長點。

參考文獻(xiàn)

[1]煤炭工業(yè)部地質(zhì)局 煤田地質(zhì)小口徑鉆探 ?北京 ?煤炭工業(yè)出版社1978

[2]〔蘇〕E·A·科茲洛夫斯基等 ?地質(zhì)勘探孔鉆探工程師手冊 ?北京地質(zhì)出版社 ?1990

作者簡介：傅彩霞（1980～），女，漢族，甘肅民樂人，機(jī)械工程師，陜西核昌機(jī)電裝備有限公司。從事鉆探工程機(jī)械及其輔具等產(chǎn)品的研發(fā)工作，陜西省咸陽市人民西路60號，990665037@qq.com