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簡介

貴陽白云專賣潛孔鉆機(jī)的廠，一般分回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)機(jī)、沖擊式鉆機(jī)和復(fù)合式鉆機(jī)3大類。依靠鉆具的回轉(zhuǎn)運動破碎巖層而成孔。主要有大、小鍋錐鉆機(jī)，正、反循環(huán)轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)，液壓動力頭式鉆機(jī)，潛孔振動回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)等。簡單的回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)只有鉆進(jìn)裝置，結(jié)構(gòu)完善的回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)則有鉆進(jìn)裝置和循環(huán)洗井裝置兩部分組成。轉(zhuǎn)盤式水井鉆機(jī)的鉆具包括鉆桿和鉆頭。常用鉆桿的名義直徑有60、73、89和114毫米4種。鉆頭分全面鉆進(jìn)用鉆頭和環(huán)狀鉆進(jìn)用鉆頭兩大類。

大、小鍋錐 　

貴陽白云專賣潛孔鉆機(jī)的廠利用其鍋錐形鉆具旋轉(zhuǎn)切削土層。根據(jù)鉆具的大小分別稱為大鍋錐和小鍋錐，可由人力或動力驅(qū)動。切下的土屑落到鍋內(nèi)，提升到地面卸出，其結(jié)構(gòu)簡單,工效低,只能用于一般土層或砂卵石直徑不大于10厘米、含量不超過50%的地層。小鍋錐開孔直徑0.55米，鉆井深度80～100米；大鍋錐開孔直徑1.1米，鉆井深度30～40米。正、反循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)　

常用的回轉(zhuǎn)式鉆機(jī),即正循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)由塔架、卷揚(yáng)機(jī)、轉(zhuǎn)盤、鉆具、泥漿泵、水和電動機(jī)等組成。作業(yè)時，動力機(jī)通過傳動裝置驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，由主動鉆桿帶動鉆頭以30～90轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)破碎巖層。泥漿由泥漿泵抽吸加壓后通過鉆桿上方的水壓入空心鉆桿，向下流入鉆頭，由水口射出，以冷卻、潤滑鉆頭；井底巖屑通過鉆桿外的環(huán)形通道被帶出井口，在沉淀池沉淀后，泥漿流回泥漿池供循環(huán)使用。反循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)的鉆進(jìn)方式和結(jié)構(gòu)與上述基本相同，但泥漿的循環(huán)方式相反：泥漿在沉淀池沉淀后從井口自行流入井底，攜帶巖屑的泥漿則由砂石泵經(jīng)鉆頭水口通過鉆桿內(nèi)腔向上抽吸出井，回到沉淀池。這種方式稱泵吸反循環(huán)。也可用水泵將加壓水流從井底通過噴嘴射入鉆桿內(nèi)腔，形成攜帶巖屑的上升水流，稱射流反循環(huán)。鉆機(jī)在鉆桿內(nèi)可形成很高的上升流速，排出巖屑和卵石的能力較強(qiáng)，因而鉆進(jìn)速度較快。

適用于土層、一般砂層和卵石直徑小于鉆桿內(nèi)徑的松散地層，所用鉆桿的內(nèi)徑較大,一般為150～200毫米，zui大可達(dá)300毫米。但因受泵的抽吸或壓送能力的限制,鉆井深度一般在150米以內(nèi)，井深在50米以內(nèi)時排屑效率較高。壓氣洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī) 　是在轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)上用空氣壓縮機(jī)代替泥漿泵，用壓縮空氣代替泥漿洗井。通常采用反循環(huán)方式,又稱氣舉反循環(huán)（圖2）。即將壓縮空氣通過供氣管路送至井內(nèi)氣水混合室，使其與鉆桿內(nèi)的水流摻混，形成比重小于 1的摻氣水流。在鉆桿外圍環(huán)形水柱的重力作用下，鉆桿內(nèi)的摻氣水流挾帶巖屑不斷上升并排出井外，流入沉淀池，沉淀后的水流以自流方式流回井內(nèi)。采用這種鉆機(jī)在井深較大時(50米以上)，排屑能力大于采用泵吸或射流反循環(huán)的鉆機(jī)，因而適用于井深較大的情況和缺水的干旱地區(qū)，以及寒帶凍土地層。

有的轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)同時備有泥漿泵和空氣壓縮機(jī)，可根據(jù)情況選用不同的洗井方式。

液壓動力頭式鉆機(jī)　

回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)的一種。由液壓馬達(dá)通過減速器驅(qū)動，并以沿塔架上下移動的動力頭代替轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)上的轉(zhuǎn)盤和水，驅(qū)動鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)切削巖層?？捎弥睆竭_(dá)1米的大型鉆頭鉆鑿大口徑水井,其特點是鉆進(jìn)速度快，鉆具的裝卸和下井管較簡便，接長鉆桿時無需提升鉆具，簡免了卷揚(yáng)機(jī)、提升滑車、轉(zhuǎn)盤、水、方鉆桿等一系列部件。

潛孔振動回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)　

是以振動和回轉(zhuǎn)運動相結(jié)合的方式鉆進(jìn)巖層的一種回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)。鉆具由鉆頭、振動器、消振器和導(dǎo)向筒等組成。振動器產(chǎn)生的激振力使整個鉆具作錐擺運動。鉆頭通過摩擦圈套裝在振動器外殼的外面，一方面隨振動器作頻率約為1000轉(zhuǎn)/分、振幅約9毫米的水平圓周振動；另一方面又繞振動器軸線作3～12轉(zhuǎn)/分的低速旋轉(zhuǎn)運動以破碎巖層，而鉆桿則不轉(zhuǎn)，并借消振器避免將振動傳給鉆桿。采用壓縮空氣反循環(huán)方式洗井，使巖屑通過位于振動器中心的導(dǎo)管和鉆桿內(nèi)腔排出井外。這種鉆機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，鉆進(jìn)效率高。井孔直徑為600毫米左右,鉆進(jìn)深度可達(dá)150米。

靠鉆具的垂直往復(fù)運動，使鉆頭沖擊井底以破碎巖層。其結(jié)構(gòu)簡單,但沒有循環(huán)洗井系統(tǒng),巖屑的清除與鉆機(jī)不能同時進(jìn)行，因而工效較低。鉆井深度一般在250米以內(nèi),有的可達(dá)500～600米。主要類型如下述。

沖抓錐 　

一種簡單的沖擊式鉆機(jī)，利用鉆具本身的重量沖擊地層。鉆具的下端是幾個可以張合的尖角形抓瓣，當(dāng)鉆具在自身重量作用下向下運動時,抓瓣張開,各抓瓣*在直徑約1米的圓周上切入巖層,然后由卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩提升鉆具，抓瓣在閉合過程中將巖屑抓入尖錐體內(nèi)，提出井口后再張開抓瓣卸出巖屑。沖抓錐的鉆井深度通常為40～50米，zui深可達(dá)100～150米。鋼絲繩沖擊式鉆機(jī) 　由桅桿和其頂端的提升滑輪、鋼絲繩、沖擊機(jī)構(gòu)、鉆具（包括鉆桿和鉆頭）、電動機(jī)等組成。作業(yè)時,電動機(jī)通過傳動裝置驅(qū)動沖擊機(jī)構(gòu)，帶動鋼絲繩使鉆具作上下往復(fù)運動。向下運動時靠鉆具本身重量使鉆頭切入并破碎巖層，向上運動則靠鋼絲繩的牽引。鉆具下落的高度即沖程大小，根據(jù)巖層情況確定，一般為0.5～1米，硬巖層用大值；沖擊頻率常用為30～60次/分。切下的巖屑用抽砂筒清出地面，也可用將鉆頭與抽砂筒合成一體的抽筒鉆具，鉆進(jìn)與清除巖屑同時進(jìn)行，使切下的巖屑直接進(jìn)入抽筒，積滿后提升鉆具，將巖屑倒出。為提高鉆頭的耐磨性和鉆進(jìn)速度，常在鉆頭端部堆焊鎢鋼粉，成為合金補(bǔ)焊鉆頭。復(fù)合式鉆機(jī)

有兩種類型：

一類是在轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)沖擊機(jī)構(gòu),以回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為主,當(dāng)遇到卵石層時用沖擊鉆進(jìn)的兩用水井鉆機(jī)，對各種地層的適應(yīng)性較強(qiáng)；另一類是將沖擊與回轉(zhuǎn)作用結(jié)合在一起鉆進(jìn)的水井鉆機(jī),如風(fēng)動潛孔錘鉆機(jī)。它所使用的潛孔錘鉆具(圖5)由缸套和在缸套中上下運動的活塞等組成。缸套下端與鉆頭連接，上端通過螺紋接頭與鉆桿相連，由空氣壓縮機(jī)提供的0.7～1.4兆帕的高壓空氣通過活塞上方的逆止閥、空氣分配器和活塞下方的進(jìn)氣口，推動活塞沖擊頻率作為 700～1200次/分的上下往復(fù)運動，使活塞頻繁地沖擊鉆頭，以增強(qiáng)鉆頭鉆進(jìn)巖層的能力。與此同時，鉆具以35～60轉(zhuǎn)/分的較低轉(zhuǎn)速作回轉(zhuǎn)運動。由活塞上、下空腔排出的空氣，向下進(jìn)入鉆頭，起冷卻鉆頭的作用，并將孔底巖屑帶出井口。其回轉(zhuǎn)和循環(huán)洗井部分的結(jié)構(gòu)與用壓縮空氣洗井的轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)基本相同，所用鉆頭為碳化鎢球齒鉆頭或牙輪鉆頭等。風(fēng)動潛孔錘鉆機(jī)可用于硬巖層深井的鉆進(jìn)，鉆進(jìn)速度高，且鉆井速度不因鉆進(jìn)深度的增加而降低，鉆出的井孔較直。

為了適應(yīng)不同地層鉆進(jìn)的需要，提高鉆進(jìn)效率，水井鉆機(jī)正向多用途鉆機(jī)及全液壓傳動與操縱的方向發(fā)展：即一臺鉆機(jī)備有多種設(shè)備和附件，可采用沖擊式、回轉(zhuǎn)式和潛孔錘等多種鉆井方式；還可采用泥漿洗井、壓縮空氣洗井和正、反循環(huán)洗井等方法。

全液壓鉆機(jī)的基本組成  

從系統(tǒng)仿真建模角度，多變幅工程鉆機(jī)可分為四個主要部分：動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作系統(tǒng)。工程鉆機(jī)作為一個有機(jī)的整機(jī)，其性能與各個系統(tǒng)的關(guān)系密不可分。 

1)動力系統(tǒng) 

由于工程鉆機(jī)的工作地點主要在野外，環(huán)境溫度變化大，所受負(fù)荷、沖擊也大，并且鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生大量的灰塵，污染物較，維護(hù)不便，因此鉆機(jī)的動力由柴油機(jī)來提供。柴油機(jī)工作性能可靠、維修方便、燃油消耗經(jīng)濟(jì)，符合工程鉆機(jī)的工作特點。 

2)液壓系統(tǒng) 

多變幅工程鉆機(jī)的主要動作有整機(jī)的行走、平臺回轉(zhuǎn)、變幅油缸的變幅、鉆具的給進(jìn)、鉆具的起拔、回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)、鉆具的夾緊、鉆具的卸扣等，所有的運動都靠液壓傳動來完成。根據(jù)以上工作動作要求，把液壓元件通過油管有機(jī)的連接起來即是工程鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)。 

柴油機(jī)利用泵把機(jī)械能以液壓油為介質(zhì)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，傳遞給給進(jìn)油缸和馬達(dá)，再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，機(jī)械能傳給各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)運動和工作的各個過程。液壓系統(tǒng)設(shè)計的好壞直接決定鉆機(jī)的性能。同樣的液壓元件，系統(tǒng)不同對鉆機(jī)的性能影響很大。本鉆機(jī)根據(jù)鉆進(jìn)的工藝特點及動作要求采用雙泵系統(tǒng)，使用一個負(fù)載敏感泵和一個恒壓變量泵。 

3)機(jī)械系統(tǒng) 

多變幅工程鉆機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)是完成鉆機(jī)各個動作的執(zhí)行者，基本包括： 履帶行走裝置：整個鉆機(jī)的基體和支撐部分，承受整個鉆機(jī)的質(zhì)量和鉆進(jìn)過程中外載荷的反力，并且可以做短距離的行走，搬遷方便，減少作業(yè)輔助時間。 

回轉(zhuǎn)裝置：在某個工作位置，使機(jī)身圍繞*回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，這樣整機(jī)不用移動就可以做多角度施工。 

工作裝置：是鉆機(jī)完成鉆進(jìn)的主要組成部分，常用的有機(jī)身、回轉(zhuǎn)器、夾持器、卸扣器等。工作裝置是整個鉆機(jī)的核心，為鉆機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)時，工作裝置驅(qū)動鉆桿旋轉(zhuǎn)和給進(jìn)；當(dāng)起下鉆具時，除了驅(qū)動鉆桿前進(jìn)和后退外，還  可以實現(xiàn)機(jī)械擰卸鉆桿。

4)操縱裝置 

全液壓鉆機(jī)的操縱裝置作系統(tǒng)是對柴油機(jī)、液壓閥、液壓泵、換向閥和執(zhí)行元件控制的操作裝置，把所有的執(zhí)行元件通過管路連接集中在一個操作平臺上，通過操作液壓手柄可控制鉆機(jī)的各種工作過程。 

2.2 全液壓鉆機(jī)的工作原理  

全液壓鉆機(jī)是以鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)的機(jī)械，各部分的運動通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)。變幅裝置由大臂油缸、大臂調(diào)整油缸、桅桿伸縮油缸、托架擺動油缸、大臂、調(diào)角連接板等組成。大臂鉸點鉸接在回轉(zhuǎn)平臺上，通過大臂油缸的伸縮調(diào)整大臂與水平面的夾角。機(jī)身與水平面的位置通過大臂調(diào)整油缸的伸縮來實現(xiàn)。當(dāng)機(jī)身固定在水平某一位置后，可以通過托架擺動油缸的伸縮來實現(xiàn)機(jī)身在水平面的轉(zhuǎn)動。 

鉆進(jìn)作業(yè)時，先加載鉆桿，然后調(diào)整大臂油缸、大臂調(diào)整油缸、托架擺動油缸，使機(jī)身變幅到鉆進(jìn)位置。操縱桅桿伸縮油缸，讓鉆頭接近地面。啟動回轉(zhuǎn)馬達(dá)，，同時緩慢移動給進(jìn)油缸，鉆頭開始切削土壤。給進(jìn)油缸達(dá)到zui大行程后，回轉(zhuǎn)馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動，用夾桿裝置加載上另外一根鉆桿，繼續(xù)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，中間不斷加載鉆桿，直至鉆進(jìn)到設(shè)計深度。  在鉆機(jī)的實際鉆進(jìn)過程中，由于地層的情況，鉆進(jìn)面的情況和鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計的差異，變幅裝置和給進(jìn)機(jī)身在實際鉆進(jìn)循環(huán)中動作配合是多種多樣的，根據(jù)現(xiàn)場情況來定，上述情況只是理想的鉆進(jìn)過程。 

總之，全液壓鉆機(jī)采用大臂油缸、大臂調(diào)整油缸、桅桿伸縮油缸機(jī)身具有三個自由度，機(jī)身可以實現(xiàn)在有限的平面空間內(nèi)運動，加上托架擺動油缸的運動，使機(jī)身的運動擴(kuò)大到有限的空間，再通過履帶馬達(dá)的驅(qū)動，使全液壓鉆機(jī)的鉆進(jìn)空間可以沿水平方向得到擴(kuò)大，從而滿足多變幅，多角度的鉆進(jìn)要求選擇液壓基本回路

 4.2.1調(diào)壓回路     

當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時，液壓泵應(yīng)向系統(tǒng)提供所需壓力的液壓油，且又應(yīng)節(jié)省能 源，減少油液發(fā)熱，提高執(zhí)行元件運動的平穩(wěn)性。在液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，液壓泵的工作壓力上升時，一旦壓力達(dá)到溢流閥的調(diào)定壓力，溢流閥將開啟，并將液壓泵的工作壓力限制在溢流閥的調(diào)定壓力下，使液壓系統(tǒng)不致因壓力過載而受到破壞，從而保護(hù)了液壓系統(tǒng)。 

4.2.2調(diào)速回路     

由工況圖可知，這臺液壓鉆機(jī)滑臺運動速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為有較好的低速平穩(wěn)性和速度負(fù)載特性，

可選用調(diào)速閥調(diào)速，并可以在推進(jìn)缸中進(jìn)油時設(shè)置單向閥調(diào)速。液壓回路的合成  壓油源部分由油箱、進(jìn)口過濾器、電機(jī)、液壓泵、安全閥、壓力表、出口過濾器和回油過濾器組成,其功能為向工作機(jī)構(gòu)提供壓力油?？紤]到實際工作環(huán)境,油箱設(shè)計為封閉結(jié)構(gòu),其上裝有油溫表、油標(biāo)、空氣過濾器等。電機(jī)驅(qū)動液壓泵5,把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。出口過濾器是根據(jù)其特殊的工作要求而設(shè)置的,在多年的工程使用中,多次發(fā)生液壓缸拉傷的情況,液壓泵出口精密過濾是十分必要的。溢流閥為系統(tǒng)安全閥。 

控制顯示部分由調(diào)速閥、多路換向閥、液控單向閥、單向調(diào)速閥、分流節(jié)流閥、壓力表組成,起著控制各執(zhí)行元件的壓力、流量、方向和顯示其工作壓力的功能。當(dāng)支撐缸伸縮時,其他執(zhí)行元件是不工作的,這時調(diào)速閥控制支撐缸活塞桿的伸縮速度,以達(dá)到改變鉆桿傾角的目的。當(dāng)支撐缸調(diào)節(jié)完成后,多路換向閥中的閥置于中位,鉆桿的角度固定。當(dāng)鉆桿鉆進(jìn)或撥起時,多路換向閥中的換向閥各自搬到相應(yīng)位置,此時單向調(diào)速閥調(diào)整進(jìn)給速度或拔起速度,壓力表分別顯示進(jìn)給缸進(jìn)給壓力或拔起壓力,調(diào)速閥調(diào)整液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而控制鉆桿的鉆速,壓力表分別顯示雙馬達(dá)進(jìn)、出口的壓力,進(jìn)而得知鉆桿的轉(zhuǎn)矩。  各執(zhí)行機(jī)構(gòu)同處鉆機(jī)主體部分,如下圖所示,由液壓缸、液壓馬達(dá)和液壓缸組成,液壓缸支撐鉆機(jī)工作滑臺,同時調(diào)節(jié)其傾角,使其在0°～90°(水平向上)

鉆機(jī)結(jié)構(gòu)簡介 

采用分組式布置，全機(jī)分主機(jī)、泵站、操縱臺三大部分，各部分之間用軟管連接，擺布靈活，解體性好，便于搬遷運輸，在運輸條件較差的地區(qū)，主機(jī)還可以進(jìn)一步解體。

4.1 主機(jī) 

主機(jī)由回轉(zhuǎn)器、夾持器、給進(jìn)裝置、機(jī)架組成。各部分之間裝拆方便

回轉(zhuǎn)器 

回轉(zhuǎn)器由斜軸式變量馬達(dá)、齒輪減速器和膠筒式液壓卡盤組成。馬達(dá)經(jīng)兩級齒輪減速，驅(qū)動主軸及液壓卡盤實現(xiàn)鉆具的回轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)馬達(dá)排量可以改變回轉(zhuǎn)器的輸出速度。主軸為通孔結(jié)構(gòu)，通孔直徑75mm，回轉(zhuǎn)器安裝在給進(jìn)機(jī)身的拖板上，借助給進(jìn)油缸沿機(jī)身導(dǎo)軌往復(fù)運動，實現(xiàn)鉆具的給進(jìn)或起拔。回轉(zhuǎn)器具有側(cè)向開合裝置。液壓卡盤采用液壓夾緊、彈簧松開常開式結(jié)構(gòu)，具有自動對中，安全可靠、卡緊力大等特點，它不但能保證正常鉆進(jìn)，還可用來升降鉆具、強(qiáng)力起拔等（卡盤可配用不同規(guī)格的鉆桿、更換卡瓦時，用工具壓縮卡瓦組的彈簧并將其放入膠筒內(nèi)）。

夾持器 

夾持器采用碟形彈簧夾緊，油壓松開的常閉式結(jié)構(gòu)。固定在給進(jìn)裝置機(jī)身的前端，用于夾持孔內(nèi)鉆具，還可配合回轉(zhuǎn)器實現(xiàn)機(jī)械擰卸鉆桿。夾持器卡瓦座落在卡瓦座上, 靠上下兩根銷桿限制卡瓦的退出。圓周方向靠卡瓦座上的一對平鍵固定。將兩根銷桿抽出，卡瓦就可以取出，夾持器通孔即可通過108mm的粗徑鉆具。