工程鉆機應用研究

王帥

[摘要]本文通過分析現階段工程鉆機的應用情況，歸納了目前工程鉆機應用與推廣中存在的問題，以GCPS-20型工程鉆機為例提出了工程鉆機在應用和推廣中的一些建設，總結了該研究成果，為工程鉆機的應用推廣研究提供了依據。

[關鍵詞] 工程鉆機;系統;變速箱

隨著國家基本建設的投入持續增長，尤其是像奧會奧運場館等一批國家重點項目的陸續啟動，將對工程鉆機技術要求更高、鉆機不僅要具有高效性、環保性，更要具有復合性。通常使用的工程鉆機在工作時只有鉆進，當遇到較為堅硬的巖石層，如卵石、灰巖、花崗巖等硬巖石地層，就不得不改變鉆進方位，或另鉆它孔。

1.國內外研究現狀

隨著全球經濟的高速發展，各類建筑和工程施工的數量激增，工程難度日益加大，質量要求越來越高，極大的推動了各類基礎處理施工技術的發展，尤其是近 20 年來，由于建筑的大型化和高層化，各種處理范圍廣，效率高，污染少，成本低的深基礎施工工法，如大型旋挖樁、地下連續墻、各種錨固、高壓旋噴、深層攪拌等已成為基礎工程施工的重要手段。而現有國產基礎施工設備效率低下，污染嚴重，不能適應新施工技術的要求，施工企業一直在大量進口該類設備。加大開發適合我國國情的新型基礎工程施工鉆機的力度，滿足市場急需，替代進口，是該類設備制造業的首要任務。

2.存在的主要問題

工程鉆機是在我國改革開放后才得以蓬勃發展的，但大部分鉆機主要是在原水井鉆機的基礎上演變過來的，鉆機直徑較小。這幾年向大型化發展趨勢非常明顯，過去只能鉆1.5～2m孔徑的鉆機已不能滿足要求，能完成2.5～3m孔徑的鉆機生產企業較少，大扭矩、大功率配置是這類鉆機的特點。目前這類鉆機仍以轉盤式泥漿正循環或泵吸反循環形式為主，多采用門形鉆塔，型鋼底盤散裝形式，鉆孔直徑增大后，轉盤、卷揚機等部件都隨之增大，使整機更為笨重、龐大，而且鉆機直徑增大后，落后的泥漿循環鉆進工藝對環境污染更為明顯，不少地區出現了限制使用的情況，這就限制了這類鉆機的發揮。

3.以JCPS-20型工程鉆機為例

3.1方案設計

在這一階段，要按選擇最優方案所需的技術—經濟論證來制定產品總體和主要部件方案，同時要確定關于工作原理、可靠性和強度的問題范圍，這些問題必須加以研究，有些要得到實驗驗證。要對不致太大影響技術任務書中規定的設計對象，它的最終主要指標的那些結構要素作近似計算。如果想在有接近于設計對象的實際樣機，就可以不經過計算而擬訂各個機構要素，但在方案設計中，為了進行于選擇最優設計方案有關的技術—經濟計算，必須充分精確地估計對最終結果有影響的參數。

在確定設計原理方案時，還必須體現機械工業的技術發展政策。根據機械的實際工作情況，盡量采用微電子技術和新型材料，設計機電一體化產品。

3.2技術設計

在技術設計中，要擬定設計對象的總體和部件，具體確定零件的結構，對所設計的機械產品提出的要求是：制造和維護經濟，操縱方便而安全，可靠性高，使用壽命長，為了能達到這些要求，零件應滿足一些準則，簡而言之，可以用：“明確、簡單、安全”六字來表達。

4.系統原理

GCPS-20型工程鉆機的系統主要由傳動系統、氣動系統、電動系統、工具系統等系統組成。其中傳動系統是指電機的動力經皮帶傳至變速器，變速器為一進三出結構，一路輸出經齒輪傳至主副卷揚機;一路輸出至減速器，經由萬向軸傳至轉盤，供回轉鉆進;一路輸出經鏈輪傳動沖擊卷揚機，供沖擊提升。氣動系統是指空壓機輸出壓力氣，由空氣包至氣控箱，分兩路經操縱閥控制，傳至沖擊卷揚機兩只氣胎離合器，完成沖擊提升及降落。電氣系統是指控制電機啟動及關閉，為氣動系統提供電源控制，為操縱箱提供控制系統。工具系統是指游動滑車、水龍頭、主動鉆桿、孔內鉆桿、加重塊、刮刀鉆頭、墊叉組成回轉鉆進工具系統。游動滑車、水龍頭、孔內鉆桿、沖擊排渣管、沖擊鉆頭、孔口導向工具、墊叉組成沖擊鉆進工具系統。

5.各部件功能

5.1轉盤

轉盤用于驅動主動鉆桿及鉆具回轉，轉盤系一級圓錐齒輪傳動機構，通過大錐齒、轉臺、大、小補心驅動鉆桿工作。

5.2減速器

減速器是進一步降低轉速、提高扭矩而設計的，有兩檔變速，由雙聯滑動齒輪實行。

5.3變速箱

變速箱為二軸一級變速箱，有三檔變速，由單、雙聯齒輪滑移實現變速。變速箱內有正、反轉裝置，由雙向牙嵌離合器實現，單向牙嵌離合器實現卷揚機離合。

5.4主、副卷揚機

主、副卷揚機均為行星式卷揚機，靠制動行星輪來實現鉆具的提升。

5.5底座

底座由滑臺、下座、油缸、孔口板組成，轉盤、卷揚機組固定于滑臺上，鉆塔固定于下座上，油缸一段固定于滑臺，另一端與孔口板相聯，油缸用于滑臺的后移和孔口板開合

5.6鉆塔

鉆塔用于懸掛游動滑車、水龍頭和提升器等提升設備，結構形式為“n”型，鉆塔內設有導向槽和主動鉆桿后置懸掛裝置，導向槽用于水龍頭導向，懸掛裝置用于換接鉆桿時主動鉆桿不落地。鉆塔起落由油缸完成。

6.錐齒輪的計算

7.研究結論

這臺JCPS-20型工程鉆機是集回轉、沖擊鉆進工藝于一體的多功能復合型鉆機，用轉盤回轉鉆進時可用于第四世紀覆蓋層，沖擊鉆進時可用于卵石、灰巖、花崗巖等硬層地層，最大鉆孔直徑為2000毫米，鉆機為機械傳動，機械液壓操作，操作方便、可靠。動力為電機，主、副卷揚機均采用行星式卷揚機構，提升能力強，輔助水龍頭后置懸掛裝置，主動鉆桿不落地，減輕勞動強度，縮短輔助作業時間。

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