彭儒金，戴圣海，邱 華，孔中捷

(長(zhǎng)沙探礦機(jī)械廠，湖南長(zhǎng)沙 410100)

QDW－50型無(wú)水鉆機(jī)的研究與應(yīng)用

彭儒金，戴圣海，邱 華，孔中捷

(長(zhǎng)沙探礦機(jī)械廠，湖南長(zhǎng)沙 410100)

為了滿足高山、無(wú)水地區(qū)等惡劣環(huán)境的石油物探要求，分析了目前市場(chǎng)上無(wú)水鉆機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了新型無(wú)水鉆機(jī)主要應(yīng)解決的問(wèn)題;介紹了QDW－50型無(wú)水鉆機(jī)的主要組成部分、特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)以及試機(jī)情況。

鉆機(jī);石油物探;無(wú)水地區(qū);模塊化設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)地質(zhì)勘察技術(shù)的不斷發(fā)展，在沙漠、戈壁、山地、丘陵等復(fù)雜地形的地質(zhì)勘探、礦山施工、鉆井作業(yè)等情況已越來(lái)越頻繁，很多施工場(chǎng)所環(huán)境艱苦，嚴(yán)重缺水，且運(yùn)輸條件極為不便。根據(jù)實(shí)際情況及需要，一種操作更趨簡(jiǎn)便，維修輕便快捷，占地面積小，鉆進(jìn)效率高，易搬遷，能完全適應(yīng)高山、無(wú)水地區(qū)等惡劣環(huán)境的石油物探鉆機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生。

QDW－50型無(wú)水山地鉆機(jī)是一種全液壓模塊式、輕便式山地物探鉆機(jī)，它是在我廠第一代山地鉆機(jī)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新型鉆機(jī)，主要適用于土層及巖石層中鉆進(jìn)，可廣泛使用于山地、丘陵無(wú)水地帶石油爆破孔和水利及其他建設(shè)工程鉆鑿爆破孔的施工。另外，QDW－50型無(wú)水山地鉆機(jī)還可選配泥漿泵，實(shí)現(xiàn)泥漿鉆進(jìn)。

1 新型無(wú)水鉆機(jī)的主要特點(diǎn)

(1)該鉆機(jī)在我廠原有QDW－30型物探鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，并借鑒國(guó)內(nèi)現(xiàn)有保定宏業(yè)生產(chǎn)的WTRZ－2000型鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);

(2)能滿足石油物探工程施工中的各種工藝要求;

(3)能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，鉆機(jī)操作簡(jiǎn)便，功能完善，廣泛適應(yīng)于在山地、丘陵等環(huán)境惡劣的無(wú)水地帶施工。

2 QDW－50型無(wú)水鉆機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及組成

QDW－50型無(wú)水鉆機(jī)主要由汽油機(jī)架總成、空壓機(jī)總成、油箱與油泵總成、底架總成、滑架、動(dòng)力頭、操縱臺(tái)總成、散熱器總成、液壓系統(tǒng)以及鉆具等主要部件組成(見(jiàn)圖1)。

圖1 QDW－50型無(wú)水鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.1 汽油機(jī)架總成和空壓機(jī)總成

汽油機(jī)架總成由支架、滑板總成、皮帶輪、汽油機(jī)等組成。本鉆機(jī)共配有3臺(tái)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和2臺(tái)空壓機(jī)，汽油機(jī)是動(dòng)力來(lái)源，空壓機(jī)是鉆機(jī)氣源。滑板總成、曲拐、U形拉桿等組成一個(gè)汽油機(jī)輸出軸徑向位置的調(diào)節(jié)裝置，以調(diào)節(jié)傳動(dòng)皮帶的松緊程度。其總成和其他組件拆卸容易，拆卸后各單成一體。

2.2 油箱與油泵總成

油箱與油泵總成由油箱、支架、皮帶輪、溢流閥、油泵組成。油箱由螺栓固定在支架上，油泵通過(guò)法蘭盤(pán)安裝在支架的連接板上。

2.3 底架總成

底架總成由底架體、支腿、連接鉸耳等組成。連接鉸耳與滑架通過(guò)支架連桿連接，當(dāng)把滑架上的支架連桿放入連接鉸耳的U形槽內(nèi)，插上銷(xiāo)軸后，便可固定好滑架撐桿。而支腿與底架體通過(guò)方管連接，銷(xiāo)軸定位，可隨意拆卸。支腿上鉆有等距線性孔，當(dāng)安裝時(shí)可以根據(jù)實(shí)際地形需要調(diào)節(jié)每個(gè)支腿與底架等距孔的間距，實(shí)現(xiàn)底架整機(jī)水平位置。

2.4 滑架

滑架由液壓馬達(dá)、滑架體、支承座、動(dòng)力頭托架、鏈輪、鏈條、上副撐桿、下副撐桿等組成。馬達(dá)連接鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鏈條上下移動(dòng)，而與鏈條連接的動(dòng)力頭托架通過(guò)滑輪沿滑架上下滑動(dòng)，形成系統(tǒng)的給進(jìn)與提升。上、下副撐桿負(fù)責(zé)滑架的垂直度調(diào)節(jié)和支撐輔助作用，上、下副撐桿上有等距孔，通過(guò)孔的間距配合調(diào)節(jié)滑架的垂直位置，下副撐桿通過(guò)鉸鏈連接在底架上，通過(guò)正反絲扣可進(jìn)行微距調(diào)節(jié)。

2.5 動(dòng)力頭

動(dòng)力頭由液壓馬達(dá)、動(dòng)力頭固定架、動(dòng)力頭體、主軸等組成。動(dòng)力頭液壓馬達(dá)將輸出動(dòng)力傳遞給主軸，主軸連接鉆具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)作業(yè)。動(dòng)力頭固定架與滑架的動(dòng)力頭托架通過(guò)彎銷(xiāo)連接，它承受鉆具質(zhì)量和鉆進(jìn)壓力。動(dòng)力頭體接口輸入壓縮空氣，通過(guò)主軸向鉆具供氣。

2.6 操縱臺(tái)總成

操縱臺(tái)總成包括操縱架、供氣總成、主操縱閥、副操縱閥、雙向減壓閥、雙向平衡閥、單向調(diào)速閥、壓力表等。供氣總成是一個(gè)三通體，帶球閥、氣管快速接頭等，它保證2臺(tái)空壓機(jī)輸出氣體的匯合和供氣的通斷。主操縱閥的手柄置于上、中、下分別是動(dòng)力頭馬達(dá)的正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn);副操縱閥的手柄置于上、中、下分別是進(jìn)給液壓馬達(dá)的提升、停止、給進(jìn);單項(xiàng)減壓閥用于調(diào)節(jié)給進(jìn)壓力的大小;單項(xiàng)調(diào)速閥用于調(diào)節(jié)鉆進(jìn)速度大小;雙向平衡閥控制給進(jìn)與提升的沖擊和自鎖;壓力表顯示動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)壓力和給進(jìn)提升的系統(tǒng)壓力。

2.7 散熱器總成

散熱器總成由散熱器、支架等組成。散熱器由12 V直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇直接進(jìn)行液壓油的冷卻，汽油機(jī)提供電機(jī)的能源。散熱器直接固定在支架上，支架通過(guò)固定桿直接掛在底架橫梁上，起整機(jī)配重的作用。

2.8 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鉆具的旋轉(zhuǎn)、給進(jìn)與提升，其液壓原理如圖2所示。

圖2 QDW－50型無(wú)水鉆機(jī)液壓系統(tǒng)原理

(1)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為開(kāi)式系統(tǒng)。液壓泵為雙聯(lián)齒輪泵，其輸出工作壓力由溢流閥調(diào)節(jié)設(shè)定，溢流閥直接安裝在油箱上面。兩泵為單獨(dú)回路，互不干涉，檢修簡(jiǎn)單容易。

(2)動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)回路由手動(dòng)分流閥控制，當(dāng)手柄處于中位時(shí)，閥中位機(jī)能為H形，這時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的浮動(dòng)狀態(tài)。雙聯(lián)齒輪泵的前泵卸荷，減少系統(tǒng)能源損耗和防止油溫的上升。改變動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可改變系統(tǒng)的壓力與流量。

(3)給進(jìn)提升回路由手動(dòng)分流閥、單向調(diào)速閥、單向減壓閥控制。手動(dòng)分流閥處于中位時(shí)，系統(tǒng)卸荷。由于系統(tǒng)接入雙向平衡閥，帶自鎖，臨時(shí)停機(jī)系統(tǒng)不受影響。在給進(jìn)回路時(shí)，先單向減壓閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)給進(jìn)壓力大小，以滿足不同地層的實(shí)際工況，回油路上接有單向調(diào)速閥，調(diào)節(jié)給進(jìn)速度，及時(shí)控制鉆具的給進(jìn)，避免孔內(nèi)事故的發(fā)生。提升鉆桿時(shí)，要求高效快速，不受控制閥限制，最高時(shí)速達(dá)0.46 m/s。真正實(shí)現(xiàn)慢速鉆進(jìn)，快速提升。

(4)液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)。液壓系統(tǒng)的額定壓力:前泵16 MPa，后泵16 MPa;液壓系統(tǒng)額定流量:前泵52 L/min，后泵:29 L/min;旋轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速0～132 r/min;給進(jìn)提升速度0～0.46 m/s。

3 QDW－50無(wú)水鉆機(jī)的工作原理及技術(shù)參數(shù)

3.1 工作原理

本鉆機(jī)各執(zhí)行部件的動(dòng)作是由液壓和氣動(dòng)2個(gè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖3所示。

圖3 QDW－50型無(wú)水山地鉆機(jī)

液壓系統(tǒng)由一臺(tái)汽油機(jī)做原動(dòng)力，帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪油泵。油泵輸出高壓油通過(guò)操縱閥組分別將液壓油傳至動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和給進(jìn)提升馬達(dá)，分別控制鉆具的旋轉(zhuǎn)、給進(jìn)和提升等動(dòng)作。

氣動(dòng)部件則由2臺(tái)汽油機(jī)做原動(dòng)力，經(jīng)皮帶傳動(dòng)至各自的空氣機(jī)工作。兩臺(tái)空壓機(jī)所產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)供氣總成后成一路輸出，經(jīng)鉆機(jī)動(dòng)力頭、鉆具傳至井孔底部，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)潛孔錘進(jìn)行沖擊鉆鑿。

3.2 技術(shù)參數(shù)

QDW－50型無(wú)水山地鉆機(jī)基本技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 QDW－50型無(wú)水鉆機(jī)基本技術(shù)參數(shù)

4 QDW－50型無(wú)水山地鉆機(jī)的應(yīng)用

2010年3～4月在我廠新廠房區(qū)對(duì)整機(jī)進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)。其地質(zhì)條件主要由砂礫巖、粉砂巖、礫巖和板巖等，初次試鉆開(kāi)孔直徑為75 mm，完成鉆進(jìn)深度50 m。在整個(gè)操縱過(guò)程中手柄集中、協(xié)同人員少、效率較高。

試驗(yàn)證明，QDW－50型無(wú)水山地鉆機(jī)能達(dá)到預(yù)期的各項(xiàng)技術(shù)性能參數(shù)，其主要可概括為以下幾點(diǎn):

(1)采用了合理的技術(shù)參數(shù)，提升力和旋轉(zhuǎn)扭矩大，處理事故的能力強(qiáng)。

(2)主要液壓元件、空壓機(jī)主機(jī)及動(dòng)力機(jī)都系原裝進(jìn)口，性能優(yōu)越、質(zhì)量可靠。

(3)鉆機(jī)分為10大框架式模塊，最大部分質(zhì)量不超過(guò)75 kg，質(zhì)量輕，搬遷時(shí)容易，解體性能強(qiáng)，拆裝效率高。

(4)液壓系統(tǒng)雙泵供油，使用單泵單回路，液壓系統(tǒng)操作更趨簡(jiǎn)單化，且故障少、易排除。

(5)液壓油冷卻系統(tǒng)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)換熱器裝置，散熱穩(wěn)定可靠、效果好。

(6)采用液壓元件控制給進(jìn)與提升等動(dòng)作，能滿足實(shí)際施工工況。

(7)鉆機(jī)采用雙墊叉卸鉆桿方式，拆卸鉆桿方便、高效、勞動(dòng)強(qiáng)度低。

5 結(jié)語(yǔ)

QDW－50型無(wú)水山地鉆機(jī)結(jié)構(gòu)合理、美觀，與國(guó)內(nèi)同類型產(chǎn)品比較，具有操作簡(jiǎn)便，功能完善，效率高等特點(diǎn)。能適應(yīng)高山、丘陵、沙漠等無(wú)水地區(qū)的中深孔石油物探需要，也能適應(yīng)于惡劣環(huán)境下的煤田物探施工，具有巨大的市場(chǎng)空間。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)服務(wù)部.液壓管接頭標(biāo)準(zhǔn)匯編［S］.江蘇無(wú)錫:機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)服務(wù)部，1992.

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

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

［5］田樹(shù)偉，盧猛.TGQ－10A型淺層取樣鉆機(jī)的研制［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2008，35(4):13－15.

［6］朱文鑒，張培豐，張建元.TGQ系列勘察取樣鉆機(jī)(具)的研究［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2004，31(2):33－36.

［7］胡軍民，劉維鵬，黎毅力.QY－3型輕便取樣鉆機(jī)的研制［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2005，32(8):43－44.

［8］孫建華，趙海濤，張陽(yáng)明，等.CQK－50型車(chē)載化鉆機(jī)的研制［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2006，33(11):41－44.

Study on QDW－50 Drill Operated without Water and the Application

PENG Ru-jin，DAI Sheng-hai，QIU Hua， KONG Zhong-jie(Changsha Exploration Machinery Factory，Changsha Hunan 410100，China)

To satisfy the petroleum geophysical exploration in harsh environments of high-mountain and no water supply condition，analysis was made on the advantages and disadvantages of drill operated without water in the market and put forward the main problems to be solved for new drill operated without water.QDW－50 drill operated without water was introduced about its main components，characteristics，technical parameters and the test running.

drill;petroleum geophysical exploration;water-deficient area

P634.3+1

A

1672－7428(2012)06－0020－03

2012－02－20;

2012－05－08

彭儒金(1972－)，男(漢族)，湖南嘉禾人，長(zhǎng)沙探礦機(jī)械廠設(shè)計(jì)研發(fā)部部長(zhǎng)、工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，從事鉆探機(jī)械的研發(fā)工作，湖南省長(zhǎng)沙市星沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)盼盼路5號(hào)，prujin@163.com。