王慧嶺,程 林,朱立強

(石家莊探礦機械廠,河北石家莊 050081)

新型 SPT-600拖車鉆機的研制

王慧嶺,程 林,朱立強

(石家莊探礦機械廠,河北石家莊 050081)

介紹了新型 SPT-600拖車鉆機的總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)工作原理、主要技術(shù)參數(shù)、主要部件的結(jié)構(gòu)特點,鉆機使用時需配套的相關(guān)鉆具等,并分析了該鉆機的性能特點及優(yōu)勢。最后總結(jié)出鉆機研發(fā)中應(yīng)注意的幾個問題。

SPT-600型鉆機;水文水井鉆探;拖車式鉆機;結(jié)構(gòu)性能

近年來,隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展,對水資源的需求越來越大,大規(guī)模的水文水井鉆探將成為必然。目前水文水井鉆機按組裝方式可分為散裝式、拖車式和車載式幾種型式。其中散裝式水文水井鉆機以其低廉的價格優(yōu)勢在施工領(lǐng)域占有一定的地位,但其搬遷轉(zhuǎn)場不方便,在搬遷中浪費大量時間,純鉆進時間十分有限,造成人力、物力、財力的浪費。隨著水文水井鉆探需求量的增加,對水文水井施工提出了優(yōu)質(zhì)、高效、快速的要求。拖車式和車載式鉆機能滿足這種需求,搬遷轉(zhuǎn)場方便快捷,省時省力,大大縮短了輔助時間。而車載式鉆機制造價格高,投入成本大,許多用戶不易接受。因而拖車式鉆機以其適中的價格,搬遷轉(zhuǎn)場方便快捷的特點就顯示出它的優(yōu)越性。因此,經(jīng)過市場調(diào)研,我們研制開發(fā)了一種新型 SPT-600拖車鉆機。

1 鉆機概述及工作原理

SPT-600型拖車鉆機是一種水井、工程兩用鉆機。主要適用于第四系覆蓋層、細顆粒地層及一般軟巖石層的鉆進,是工農(nóng)業(yè)水井鉆鑿、水文地質(zhì)普查和橋樁工程孔鉆探的設(shè)備。

該鉆機為轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)鉆機,采用拖車形式、機械傳動,由電動機提供動力,部分液壓操縱,轉(zhuǎn)盤通徑較大,鉆進較深,輔助時間短,工作效率較高。

該鉆機主要包括動力機、總離合器、變速箱、分動箱、主副卷揚、轉(zhuǎn)盤、鉆塔、底盤、液壓系統(tǒng)、手剎車裝置、操縱系統(tǒng)等。該鉆機總體結(jié)構(gòu)及布局見圖 1。

鉆機的動力由電動機提供,電動機經(jīng)過摩擦式離合器將動力傳至變速箱,變速箱輸出的動力經(jīng) 4根 D型三角膠帶傳遞給分動箱輸入軸,分動箱將動力分 3個方向輸出。一側(cè)經(jīng)介輪將動力傳給主卷揚中心軸,通過行星齒輪傳動實現(xiàn)鉆具的提升、下降和制動,卷筒上鑲一內(nèi)齒圈,經(jīng)齒輪傳動帶動水剎車來減緩鉆具下降時的速度;另一側(cè)經(jīng)摩擦式離合器、齒輪傳動將動力傳給副卷揚;中間經(jīng)箱體內(nèi)錐齒輪傳動、箱體外傳動軸將動力傳給轉(zhuǎn)盤,實現(xiàn)鉆機的回轉(zhuǎn)作業(yè)。液壓系統(tǒng)的動力由另外一個電動機提供,電動機驅(qū)動油泵,輸出的高壓油經(jīng)過兩個鉆塔油缸和一個卸扣油缸分別實現(xiàn)鉆塔起落、卸開鉆桿接頭第一扣。工作原理見圖 2。

2 主要技術(shù)參數(shù)

鉆孔深度 600 m,轉(zhuǎn)盤通孔直徑 650 mm,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速 (正反 )33、58、87、126 r/min,主卷揚提升能力40 kN,副卷揚提升能力 10 kN,主動鉆桿 108 mm×108 mm×9500 mm方鉆桿,孔內(nèi)鉆桿 “89 mm ×10 mm×8750 mm,鉆塔有效高度 14 m,水龍頭負載能力 360 kN,游動滑車負載能力 360 kN,鉆機動力 55 kW,液壓系統(tǒng)額定工作壓力 20 MPa,泥漿泵型號為BW600/3或BW900/5型 ,整機質(zhì)量12 t,外型尺寸9.9 m ×2.9 m ×3.7 m(運輸狀態(tài))、6 m ×4.2 m ×15.7 m(工作狀態(tài) )。

圖 1 SPT-600型鉆機總體結(jié)構(gòu)及布局

圖 2 SPT-600型鉆機傳動系統(tǒng)圖

3 主要部件結(jié)構(gòu)特點

3.1 轉(zhuǎn)盤

為適應(yīng)水井施工開孔直徑較大的特點,轉(zhuǎn)盤的通孔直徑設(shè)計為 650 mm。在轉(zhuǎn)盤上蓋設(shè)計了棘牙,使用卸扣油缸推動轉(zhuǎn)盤上蓋的棘牙實現(xiàn)了液壓卸扣,能防止轉(zhuǎn)盤零件受沖擊損壞。

3.2 主卷揚

主卷揚為行星傳動結(jié)構(gòu)。為緩沖鉆具下放時的下降速度,在剎車盤端安裝有水剎車。水剎車底座用螺栓固定在機架上,通過拉動手把可使離合齒輪左右移動,使水剎車聯(lián)接或斷開。

3.3 變速箱

采用載重汽車變速箱零部件,提高了傳動零部件的質(zhì)量和通用性,降低了制造成本,且保養(yǎng)維修十分方便。根據(jù)鉆進地層不同,需用不同的鉆進速度,本鉆機有 4擋速度可供選用。

3.4 鉆塔

鉆塔采用∏型結(jié)構(gòu),無縫鋼管焊接,整體液壓起落,操作方便、可靠、節(jié)省輔助時間。

鉆塔有效高度 14 m,可使用 9 m長的鉆桿施工,而一般的拖車鉆機只能使用 6 m長的鉆桿,既縮短了提下鉆具的時間,又減輕了施工人員的勞動強度。

為方便運輸,該鉆塔分為上下兩部分,聯(lián)接處采用插銷定位,中間法蘭盤用螺栓連接緊固。

鉆塔進行優(yōu)化設(shè)計,依據(jù)結(jié)構(gòu)特點計算各節(jié)點受力,選用不同材料,并充分考慮起落塔過程中的沖擊載荷,合理布置桿件,使各鉸節(jié)點 (即力量集中部位)的應(yīng)力充分釋放,保證塔體起落安全。

3.5 底盤

根據(jù)拖車工作狀態(tài)、運輸狀態(tài)載荷大小、位置,合理布置前后橋位置及 4個支腿位置,使底盤在行駛狀態(tài)和工作狀態(tài)下受力合理。前后輪總成、鋼板彈簧總成均采用解放 141汽車零部件,能保證鉆機的承載能力及移動時的可靠性和平穩(wěn)性。采用 90-20型汽車輪胎,保證拖車鉆機的通過性能。在鉆機底盤上安裝了一套氣剎車系統(tǒng),保證行駛時的安全性。

3.6 液壓系統(tǒng)

該液壓系統(tǒng)能實現(xiàn)兩個動作:鉆塔起落,卸開鉆桿接頭第一扣。

鉆塔的起落由鉆塔油缸來完成。當落塔時,通過油缸回油路上的一個平衡閥 (即限速閥)保證了鉆塔勻速下落,克服爬行現(xiàn)象。同時還起液壓鎖作用,即一旦油缸聯(lián)接的軟管突然破裂,平衡閥可防止鉆塔自由落下造成事故。

卸開鉆桿接頭第一扣,是采用卸扣油缸推動轉(zhuǎn)盤上蓋的棘牙來完成的。

液壓原理見圖 3。0

4 試驗及應(yīng)用情況

圖 3 SPT-600型鉆機液壓原理圖

SPT-600型拖車鉆機完成了樣機的試制后,按照《水文水井鉆機技術(shù)條件》(DZ/T 0047-93)、《水文水井鉆機試驗方法》(DZ/T 0048-93),在廠內(nèi)進行了各種型式試驗,各項試驗數(shù)據(jù)均能滿足設(shè)計要求,鉆機總體照片見圖 4。

圖 4 SPT-600型鉆機總體外觀照片

(1)鉆機連續(xù)空載運轉(zhuǎn) 24 h,各運轉(zhuǎn)部件運轉(zhuǎn)平穩(wěn),溫升≯40℃,噪聲測試 87 dB。

(2)液壓系統(tǒng)起落鉆塔快速準確,無振動、爬行現(xiàn)象,系統(tǒng)各連接處無明顯滲漏現(xiàn)象。

(3)用總質(zhì)量 4.5 t的試塊對主卷揚進行單繩一速提升、制動試驗,提升高度 6 m,然后試塊自由落體 1 m時抱閘制動,制動迅速可靠。聯(lián)接水剎車時試塊下降速度平穩(wěn)。

(4)鉆塔連接游動滑車、水龍頭后進行 400 kN負載試驗,保持 10 min,卸載后檢查均無永久變形、焊縫開裂等現(xiàn)象。

(5)對鉆機進行行駛試驗,懸掛系統(tǒng)工作平穩(wěn),具有足夠的承載能力,行駛速度 30 km/h,氣剎車靈敏,整機平穩(wěn)性良好。

用戶使用本拖車鉆機在山西長治縣鉆 580 m深水井一眼,用時 25天,終孔直徑 220 mm,除更換一些易損件外,無其它質(zhì)量問題發(fā)生。通過現(xiàn)場跟蹤及用戶反饋,認為該拖車鉆機價格適中,性能穩(wěn)定,整機運移性好,安裝快捷方便,提高了鉆井速度。

5 結(jié)語

通過鉆機的試制生產(chǎn)總結(jié)出如下幾點體會。

(1)充分的市場調(diào)研是產(chǎn)品成功的首要條件,只有能滿足市場需求的產(chǎn)品才有生命力。其次就是產(chǎn)品開發(fā)的高速度,才能在競爭中率先占領(lǐng)市場。

(2)鉆機設(shè)計在保證合理性、可靠性、經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上,還要注重人性化設(shè)計。

(3)零件加工和裝配技術(shù)水平關(guān)乎產(chǎn)品的成敗,在試制過程中從零件加工到裝配的每一個環(huán)節(jié)都要嚴格把關(guān)。

(4)對試制過程中發(fā)現(xiàn)的問題要充分重視,找出問題產(chǎn)生的原因,并盡快改進和加強。

(5)SPT-600型拖車鉆機以其優(yōu)良的性能,適中的價格,搬遷轉(zhuǎn)場方便快捷,施工快速高效的特點,必將受到廣大用戶的歡迎。

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

[2] 胡仲杰,等.HXY-800QT型拖車鉆機的研制與應(yīng)用[J].探礦工程 (巖土鉆掘工程),2005,32(6):34-37.

[3] 史亞楠,等.水井鉆機的選型與配套[J].探礦工程 (巖土鉆掘工程),2010,37(9):27-32.

[4] DZ/T 0047-93,水文水井鉆機技術(shù)條件[S].

[5] DZ/T 0048-93,水文水井鉆機試驗方法[S].

Development of SPT-600 Tra iler2mounted Rig

WANG Hui-ling,CHENG L in,ZHU Li-qiang(Shijiazhuang Explora-tionMachinery Factory,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

The paper introduced a new SPT-600 trailer2rig about the general structure,system working principle,main technical parameters,structural perfor mance of main parts and the related drilling tool matching to the rig,analyzed the performance characteristics and the advantages.Some attentions in the rig developmentwere summed up.

SPT-600 rig;hydrologicalwell drilling;trailer-rig;structural performance

P634.3+1

A

1672-7428(2011)06-0026-03

2010-12- 15;

2011-05-19

王慧嶺 (1965-),女 (漢族),河北高邑人,石家莊探礦機械廠產(chǎn)品開發(fā)部主任、高級工程師,汽車設(shè)計專業(yè),從事地質(zhì)機械設(shè)備、鉆具的新產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)管理工作,河北省石家莊市中山西路 788號,whlq821@sina.com。