楊蘇昌

（陜西核昌機電裝備有限公司，陜西 咸陽 712000）

1 概述

立軸式巖心鉆機是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的巖心鉆機機型，其主要特點是鉆機回轉(zhuǎn)器有一根長的立軸，在鉆進中起到良好的導(dǎo)正和固定鉆具方向的作用，適用于打各種傾角的鉆孔，具有價格低廉、維修方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，擁有我國乃至東南亞地質(zhì)鉆探市場的主要份額。但是該類鉆機變速換擋操縱桿和離合操縱桿距離操縱主面板比較遠，對操作者要求高，不利于操作。本文從鉆機的使用原理，施工工藝等方面進行了分析，對鉆機的變速和離合機構(gòu)進行了改進。

2 遠程變速換擋機構(gòu)的應(yīng)用

變速器是巖心鉆機傳動系統(tǒng)中很重要的組成部分，它是在動力機的轉(zhuǎn)速一定的情況下，輸出不同的轉(zhuǎn)速，并且可以控制轉(zhuǎn)動方向。在低轉(zhuǎn)速時可以輸出較大的扭矩，在高轉(zhuǎn)速時會有比較高的效率，但扭矩較低。所以機器在啟動的時候，要在低轉(zhuǎn)速啟動，運行起來后再切換到高轉(zhuǎn)速，保持效率。立軸式巖心鉆機一般使用手動變速器。

手動變速器是有不同齒比的齒輪組構(gòu)成的，它工作的基本原理就是通過切換不同的齒輪組，來實現(xiàn)傳動比的變換。作為分配動力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，變速器必須有動力輸入軸和輸出軸這兩大件，再加上軸上的齒輪，就是一個手動變速器最基本的組件。動力機與輸入軸通過離合器相連，動力通過輸入軸傳遞給齒輪組，齒輪組是由齒形不同的齒輪組成的，不同的齒輪比例所達到的動力傳輸效果是完全不同的，平常我們說的換擋也就是指換齒輪比。

現(xiàn)在的立軸式巖心鉆機的變速器大都是手動變速器，變速箱后置，且采用直接操縱式，操作者直接扳動變速器的變速桿實現(xiàn)變速，這種操作比較費力，且操作者距離井口較遠，不利于施工，若將變速器的操縱手柄安裝在井口的旁邊，實現(xiàn)變速器換擋的遠程控制，掛檔快速、省力，使得操作者在鉆進工作中可以方便地觀察孔口情況并便于擰卸鉆具，提高工作效率，減少誤操作，避免事故的發(fā)生。改進巖心鉆機變速器的操縱方式在鉆機使用中具有重大意義。

結(jié)合核昌機電裝備有限公司生產(chǎn)的HXY－2000C型鉆機，如圖1所示。

圖1 HXY－2000C巖心鉆機

HXY－2000C型鉆機采用江蘇虎丘φ420離合器從動盤總成、A3960491飛輪總成、1601Z－090離合器蓋總成、陜西法士特生產(chǎn)的6DS100TA變速箱（6擋）等通用汽車使用的變速、離合總成、拉線式遠程換擋機構(gòu)實現(xiàn)變擋，液壓和機械式聯(lián)動控制離合，省時省力，并將所有操縱手柄集中在一個區(qū)域，方便操作者使用，同時靠近井口，便于施工。

2.1 傳動件的設(shè)計

手動變速器操縱機構(gòu)分為直接操縱式和遠距離操縱式。

直接操縱式是將換擋桿安裝在變速器箱蓋上，直接推動變速桿實現(xiàn)變速。

遠距離操縱式是變速桿與變速器換擋撥叉之間通常需要用若干傳動件連接，進行遠距離操作。遠程操作如圖2所示。

圖2

遠距離操縱機構(gòu)主要有兩種傳動件：

（1）拉線式遠程換擋操縱機構(gòu)：換擋桿通過兩條拉線（換擋拉線和選擋拉線）連接到換擋機構(gòu)上。在拉線操縱式變速箱上，換擋桿的縱向動作通過換擋拉線傳遞，而橫向動作則通過選擋拉線傳遞。

（2）拉桿式遠程換擋操縱機構(gòu)：是將拉桿連接到換擋機構(gòu)，在拉桿操縱式變速箱上，縱向動作和橫向動作均由拉桿來傳遞。

HXY－2000C巖心鉆機遠程換擋操縱機構(gòu)的傳動件為拉線式，遠距離操縱機構(gòu)性能可靠，結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護成本低廉。

2.2 對變速器的要求

要實現(xiàn)變速器遠程變速換擋，變速器滿足以下條件：

（1）變速器操縱桿要為雙桿，即換擋桿和選檔桿，如圖3法士特6DS100TA變速器雙桿左置；

（2）自鎖裝置：為保證在振動等條件影響下，變速器不自行掛擋或者自行脫擋；

（3）互鎖裝置：為了防止同時掛上兩個擋而使變速器卡死或者損壞；

（4）倒擋鎖裝置：為了防止在變速箱正傳時誤掛倒擋，導(dǎo)致零件損壞或者安全事故；

（5）變速器帶有同步器，換擋輕松自如。

圖3 法士特6DS100TA變速器雙桿左置

3 液壓與機械式離合器的設(shè)計

鉆機使用的離合器為與變速器配套的膜式彈簧離合器（直徑420mm），結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，牢固可靠。離合器輸入端通過彈性柱銷聯(lián)軸器與動力機相連，彈性柱銷聯(lián)軸器上的兩槽三角皮帶輪用來帶動齒輪油泵；離合器的輸出端通過變速箱軸齒輪將動力輸入鉆機變速箱，通過支架用螺栓緊固在鉆機上機架上。

HXY－2000C巖心鉆機離合器的分離與接合是通過液壓助力系統(tǒng)控制來實現(xiàn)，也可以通過機械連桿機構(gòu)采用腳踩來實現(xiàn)。當液壓助力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以通過機械連桿機構(gòu)實現(xiàn)離合器的離合。

液壓助力油缸與機械連桿機構(gòu)聯(lián)動，如圖4所示，當踩下離合踏板，通過離合連桿機構(gòu)實現(xiàn)離合器的分開，同時離合連桿機構(gòu)帶動液壓助力油缸的活塞桿伸出；當緩緩放開離合踏板時，離合器通過內(nèi)部彈簧力克服腳踩力可以慢慢的接合，同時將液壓助力油缸的活塞桿壓回去。整個過程相當于是坐在汽車駕駛室里面踩離合一樣。

圖4 液壓助力與機械式連桿機構(gòu)聯(lián)動控制離合器

也可通過扳動液壓離合操縱手柄，來方便控制動力接通與斷開，實現(xiàn)離合器的“快離慢合”。液壓助力系統(tǒng)控制離合器分離原理圖如圖5所示，當換向閥處于左邊位置時，PB接通、OA接通，液壓油可以通過單向閥和節(jié)流閥，到達離合器助力油缸的無桿腔中，繼而推動油缸活塞桿伸出，來實現(xiàn)離合器的分離；當換向閥處于右變位置時，PA接通、OB接通，液壓油首先進入離合器助力油缸的有桿腔中，使得油缸活塞回收，油缸左腔中的液壓油通過節(jié)流閥回到油箱，此時單向閥不通，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥便可以控制離合器助力油缸活塞桿回收的速度，便能實現(xiàn)離合器的“快離慢合”。

圖5 液壓助力控制離合器原理圖

4 結(jié)語

通過對核昌機電裝備有限公司生產(chǎn)的HXY－2000C立軸式巖心鉆機變速機構(gòu)和離合機構(gòu)的改進，在施工過程中不僅降低了勞動強度而且提高了勞動效率。

［1］馮德強.鉆機設(shè)計［M］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1993.

［2］趙大軍，索忠偉.巖土鉆鑿設(shè)備［M］.長春：吉林大學(xué)出版社，2004.

［3］李世忠.鉆探工藝學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1989.39－213.