于傳江，王海盈

(山東煤田地質(zhì)機(jī)械廠，山東泰安 371000)

RE400型履帶式潛孔錘鉆機(jī)的研制

于傳江，王海盈

(山東煤田地質(zhì)機(jī)械廠，山東泰安 371000)

介紹了RE400型履帶式多功能潛孔錘鉆機(jī)的研制過(guò)程和總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，分別敘述了鉆機(jī)主要組成部分的功能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及該鉆機(jī)的試驗(yàn)和應(yīng)用情況。

履帶式潛孔錘鉆機(jī);全液壓傳動(dòng);功能;結(jié)構(gòu);試驗(yàn)

1 概述

近年來(lái)，山東、河南、云南、貴州等地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)持續(xù)數(shù)月的干旱天氣，農(nóng)作物生長(zhǎng)受到嚴(yán)重威脅，人、畜飲水嚴(yán)重緊張。為保農(nóng)耕和國(guó)計(jì)民生，打井抗旱勢(shì)在必行。

新能源地?zé)嵩吹拈_(kāi)發(fā)利用已經(jīng)開(kāi)始，地?zé)峥椎你@鑿需要深孔鉆機(jī);地?zé)嵩吹拈_(kāi)發(fā)利用將帶動(dòng)深孔鉆機(jī)行業(yè)迅速發(fā)展，履帶式潛孔錘鉆機(jī)市場(chǎng)前景廣闊。

為滿足山東省煤田地質(zhì)局抗旱打井和鉆鑿地?zé)嵩纯椎男枰纳羁足@機(jī)，我廠設(shè)計(jì)了RE400型履帶式潛孔錘鉆機(jī)。該鉆機(jī)的行走、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、進(jìn)給、起拔、吊裝、支腿調(diào)平等功能均為液壓驅(qū)動(dòng)。采用履帶行進(jìn)，除滿足普通鉆機(jī)的使用場(chǎng)合外，更能滿足在一些山地、大坡度和泥濘環(huán)境中的移動(dòng)，從而改進(jìn)了現(xiàn)有鉆機(jī)不能在泥濘、惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定有效工作的缺點(diǎn)。

2 鉆機(jī)的研究設(shè)計(jì)

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

圖1 鉆機(jī)外形圖

RE400型履帶式潛孔錘鉆機(jī)(見(jiàn)圖1)為整體式對(duì)稱布局，主要有履帶行走支撐裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力室、底盤(pán)總成、油箱、鉆架總成、回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭總成、液壓支腿、主起升裝置、鉆桿箱、操作臺(tái)、工作臺(tái)、油霧器、卷?yè)P(yáng)機(jī)、防塵罩定心器等部件組成。履帶行走支持裝置的驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪固定在底盤(pán)兩側(cè);防塵罩定心器固定在底盤(pán)前部，定心器兩側(cè)分別為卸桿油缸和護(hù)管夾持器;發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力室固定在底盤(pán)后部;鉆架總成平臥在底盤(pán)中上部，工作時(shí)俯仰缸將其頂起與底盤(pán)垂直;油箱、油霧器固定在底盤(pán)中間鉆架底下，鉆桿箱和操作臺(tái)固定在底盤(pán)兩側(cè);液壓支腿分別固定在底盤(pán)前后兩側(cè)，并可以繞固定軸旋轉(zhuǎn)到位后用銷(xiāo)軸固定;主起升裝置、卷?yè)P(yáng)機(jī)和回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭總成安裝在鉆架上。動(dòng)力頭可繞側(cè)軸旋轉(zhuǎn)180°，在提升貨物時(shí)，將油缸上端固定，進(jìn)給起拔油缸功能轉(zhuǎn)化為主起升功能此為該鉆機(jī)獨(dú)特的兩用鉆塔。工作臺(tái)為可拆卸式，固定在操作臺(tái)下的底盤(pán)上。

鉆機(jī)采用全液壓傳動(dòng)，三泵供油。2個(gè)大泵供油實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的行走、爬坡和動(dòng)力頭輸出軸旋轉(zhuǎn)。一個(gè)小泵供油實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的液壓支腿缸支起及調(diào)平，動(dòng)力頭沿鉆架上下移動(dòng)、主起升裝置和卷?yè)P(yáng)機(jī)的起吊，俯仰缸支起鉆架，還可推動(dòng)卸桿油缸和護(hù)管夾持工作。3個(gè)泵同時(shí)供油可推動(dòng)進(jìn)給油缸快速起拔鉆桿;也可推動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動(dòng)鉆桿快速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行掃孔作業(yè)。

工作原理如下:鉆機(jī)工作時(shí)由俯仰缸支起鉆架到與平臺(tái)垂直位置并用螺栓固定;回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭在進(jìn)給油缸的推動(dòng)下沿鉆架上下移動(dòng)，其輸出軸帶動(dòng)鉆桿鉆具潛孔錘旋轉(zhuǎn);打開(kāi)主風(fēng)閥空壓機(jī)提供的外接高壓空氣可實(shí)現(xiàn)沖擊器的沖擊完成鉆進(jìn)動(dòng)作，壓氣系統(tǒng)有特制油霧器給沖擊器潤(rùn)滑提高使用壽命。定心器和水平儀保證鉆孔的精度和垂直度。

2.2 鉆機(jī)主要部件設(shè)計(jì)

2.2.1 支撐行走裝置系統(tǒng)

由履帶、驅(qū)動(dòng)輪、行走馬達(dá)、導(dǎo)向輪、支重輪、托鏈輪、減振器和減振彈簧等組成。行走馬達(dá)可使主機(jī)以2.5 km/h的速度在平地行駛，并可以爬上25°坡。操縱行走馬達(dá)控制閥手柄，在行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下鉆機(jī)可以前進(jìn)、后退、原地轉(zhuǎn)向。

2.2.2 底盤(pán)總成

由底盤(pán)、液壓油箱、鉆架固定座、俯仰缸安裝座、發(fā)動(dòng)機(jī)固定座、液壓支腿安裝座、操作臺(tái)安裝座、工作臺(tái)安裝座等部件組成。是鉆機(jī)其他部件安裝的基礎(chǔ)平臺(tái)。

2.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力室

由發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池及接線、燃油系統(tǒng)、空濾進(jìn)氣系統(tǒng)、消音排氣系統(tǒng)、散熱冷卻系統(tǒng)、啟動(dòng)及熄火裝置等組成，是鉆機(jī)的動(dòng)力源泉，為鉆機(jī)提供75 kW功率的原動(dòng)力。三聯(lián)液壓泵連接在輸出軸上，液壓系統(tǒng)的散熱與發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱冷卻系統(tǒng)共用。

2.2.4 操作臺(tái)

主要由操作臺(tái)架、多路閥、壓力表、膠管總成、操作手把和指示牌等組成。操作臺(tái)將油泵提供的液壓油通過(guò)多路閥分配到各執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的各種功能。多路閥由行走閥、回轉(zhuǎn)閥、快速回轉(zhuǎn)閥、進(jìn)給閥、快速提升閥、卷?yè)P(yáng)機(jī)閥、俯仰缸閥、卸桿閥、夾持器閥和4個(gè)支腿油缸閥組成。分別操作各閥手把，便會(huì)將高壓油輸送到各自的控制執(zhí)行元件，使鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)各種相應(yīng)的功能。

2.2.5 鉆架總成

由架體、俯仰缸、卷?yè)P(yáng)機(jī)、動(dòng)滑輪組、進(jìn)給起拔油缸、主起升裝置、鋼絲繩組件、銷(xiāo)軸、動(dòng)力頭安裝座等件組成，是鉆機(jī)工作的重要結(jié)構(gòu)部件。鉆機(jī)工作時(shí)由俯仰缸支起鉆架到與平臺(tái)垂直位置并用螺栓固定，進(jìn)給起拔油缸在液壓油推動(dòng)下，通過(guò)鋼絲繩組件帶動(dòng)動(dòng)滑輪組牽引著動(dòng)力頭安裝座及動(dòng)力頭上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給和起拔。進(jìn)給起拔油缸能提供68040 N的最大提升力和40820 N的軸壓力。卷?yè)P(yáng)機(jī)可吊裝1 t以內(nèi)的物品，可輔助接卸鉆桿鉆具。主起升裝置在提升工況下進(jìn)給起拔油缸變成起升油缸，起高6 m可提升2根3 m鉆桿或進(jìn)行6 m長(zhǎng)護(hù)壁管安裝。

2.2.6 回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭總成

由2個(gè)低速大扭矩馬達(dá)、減速齒輪副、箱體、軸承、主軸、變徑接頭、頂驅(qū)管接頭組件、箱體支撐座等組成?；剞D(zhuǎn)動(dòng)力頭可為鉆機(jī)提供4000 N·m以上的回轉(zhuǎn)扭矩和0～150 r/min回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速;外接高壓空氣通過(guò)頂驅(qū)管接頭組件給鉆桿下的潛孔錘沖擊提供動(dòng)力，頂驅(qū)管接頭組件可保證工作風(fēng)壓2.46 MPa氣體流量30 m3min;潛孔錘沖擊頻率可達(dá)1500～2400次/min。

2.3 RE400型履帶式潛孔錘鉆機(jī)基本參數(shù)

整機(jī)質(zhì)量:8000 kg;外型尺寸(長(zhǎng)×寬×高): 5800 mm×2040 mm×3200 mm;行走速度:0～2.5 km/h;爬坡能力:25°;最大提升力:68040 N;軸壓力:40820 N;鉆孔直徑:127～254 mm;鉆孔深度: 213 m;鉆桿直徑:76 mm;一次推進(jìn)行程:3000 mm;回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速:0～150 r/min;回轉(zhuǎn)扭矩:4000 N·m;發(fā)動(dòng)機(jī)功率:75 kW;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速:2400 r/min;液壓系統(tǒng)壓力:20 MPa;啟動(dòng)蓄電池電壓:24 V;工作風(fēng)壓: 1.05～2.46 MPa;耗氣量:16～30 m3min;適用巖層:f=6～20;沖擊頻率:1500～2400 Hz。

3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 組成及工作原理

主要由三聯(lián)高壓油泵、多路換向閥、優(yōu)先閥、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)、進(jìn)給油缸、行走馬達(dá)、高壓油管、接頭、濾油器、油箱、散熱器、各種密封件及支腿和俯仰油缸等元件組成。

工作時(shí)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵產(chǎn)生高壓油液，高壓油輸送到液壓系統(tǒng)后，通過(guò)操縱控制閥使旋轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)動(dòng)力頭及鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng);操縱進(jìn)給閥使進(jìn)給油缸上、下移動(dòng)，帶動(dòng)動(dòng)力頭及鉆桿起拔和進(jìn)給。操縱液壓行走閥，行走馬達(dá)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡等動(dòng)作。操縱液壓閥控制鉆臂俯仰油缸，完成鉆臂的起落動(dòng)作。操縱支腿缸閥控制支腿油缸伸縮，調(diào)平鉆機(jī)，使鉆機(jī)工作穩(wěn)定。

3.2 液壓系統(tǒng)原理(見(jiàn)圖2)及特點(diǎn)

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

(1)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用變量(雙)油泵和雙速馬達(dá)結(jié)合通過(guò)主操縱閥構(gòu)成主油路，普通齒輪油泵與支撐油缸結(jié)合通過(guò)副操縱閥構(gòu)成次油路;雙油路供油，互不干涉，效果好。

(2)油溫散熱裝置與內(nèi)燃機(jī)共用，減少散熱馬達(dá)和散熱供應(yīng)油泵及油管接頭等件。

(3)采用優(yōu)先閥保證優(yōu)先功能油液供應(yīng)，閥內(nèi)合流保證主機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及油缸主起升能力。

4 生產(chǎn)應(yīng)用試驗(yàn)及效果

2011年，完成了20臺(tái)RE400型履帶式潛孔錘鉆機(jī)的生產(chǎn)，之后在山東省打井抗旱任務(wù)中進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。試驗(yàn)使用76 mm鉆桿完成氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)，成孔直徑254 mm，完成孔深218 m，效果非常好。該鉆機(jī)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)履帶行走，測(cè)試最高速度可達(dá)2.52 km/h;爬坡25°行走正常;最大起拔力可達(dá)70300 N，最大扭矩可達(dá)4200 N·m;回轉(zhuǎn)速度最大可達(dá)175 r/min。一系列的試驗(yàn)證明該鉆機(jī)設(shè)計(jì)合理，性能可靠，使用操作方便。隨著RE400型履帶式潛孔錘鉆機(jī)的不斷推廣，該鉆機(jī)將會(huì)在抗旱打井和地?zé)嵩纯足@鑿方面得到更廣泛的應(yīng)用，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)RE400型履帶式潛孔錘鉆機(jī)的研制成功，解決了山東省煤田地質(zhì)局地?zé)嵩错?xiàng)目運(yùn)作時(shí)，鉆鑿地?zé)峥仔枰纳羁足@機(jī)問(wèn)題。

(2)鉆機(jī)采用線號(hào)集束防泄漏油管，防止油管誤接;通過(guò)對(duì)油管的集束處理，能夠根據(jù)空間配置，整齊美觀。

(3)該鉆機(jī)具有自起升和起升裝置，實(shí)現(xiàn)自行裝卸和隨機(jī)配件的起吊，節(jié)省吊裝費(fèi)用。

［1］李社育，姚愛(ài)盈.GL－4000型鉆機(jī)的研制［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(8):29－31.

［2］羅詩(shī)偉，張聯(lián)庫(kù).HQY－500型全液壓鉆機(jī)的研制［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(3):46－49.

［3］王漢寶，劉秀美，梁建.DR－150型全液壓履帶取樣鉆機(jī)的研究［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(1):27－30.

［4］侯慶國(guó).LGZ－25型全液壓履帶螺桿樁鉆機(jī)的研制與應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(8):37－40.

［5］劉凡柏，王慶曉，李文秀.YDX－2型全液壓巖心鉆機(jī)的研制［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(9):32－35.

Development of RE400 Crawler Hammer Drilling Machine

YU Chuan-jiang，WANG Hai-ying(Shandong Coal Geological Machinery Factory，Taian Shandong 371000，China)

The paper introduced RE400 crawler hammer drilling machine about its developing process and overall structure placement design.The functions of main components，structure features，working principles，testing and the application are presented.

crawler hammer drilling machine;full hydraulic transmission;function;structure;test

P634.3+1

A

1672－7428(2012)08－0039－03

2012－04－11;

2012－08－06

于傳江(1964－)，男(漢族)，山東泰安人，山東煤田地質(zhì)機(jī)械廠高級(jí)工程師，機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)，從事工程機(jī)械、鉆探機(jī)械、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)等設(shè)計(jì)工作，山東省泰安市岱岳區(qū)青春創(chuàng)業(yè)園，ycjaaaa@sohu.com。