魏華超

（無錫市鉆通工程機(jī)械有限公司，江蘇 無錫214161）

1 引言

目前，非開挖市場前景廣闊。隨著世界人口的不斷增長，工業(yè)化程度的不斷提高，各種燃?xì)?，石油，自來水，電信管道的鋪設(shè)非常廣泛，現(xiàn)在市場的需求量由小型設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)橹写笮驮O(shè)備。由于一些直徑大的管道需要鋪設(shè)，尤其是在一些偏遠(yuǎn)的山區(qū)以及島嶼地帶，也需要鋪設(shè)一些自來水管道，要穿越河流，山體等障礙物，不便于明挖，這就需要非開挖設(shè)備來施工，滿足那些地區(qū)的人們的生活需要。

2 整體方案設(shè)計

非開挖鉆機(jī)有整體與分體式兩種結(jié)構(gòu)形式。由于整體式結(jié)構(gòu)對于大噸位鉆機(jī)而言，體積大、重量重，行走不靈活，運輸極不方便；又因市場的需求，工程施工的需要，設(shè)備能力加大，但單件重量要適合運輸。為此，我們研制了一種分體式全液壓非開挖鉆機(jī)，方便拆裝與運輸，適合長距離的搬運以及在惡劣的路面上自由行走。

該鉆機(jī)采用全液壓多泵組合傳動方式，主泵提供回轉(zhuǎn)與給進(jìn)回拉，副泵提供夾持與輔助動作及履帶行走馬達(dá)動力。動力頭、鉆架、夾持器、行走小車、起塔油缸構(gòu)成塔架部分；柴油機(jī)、油泵組、吊車、支腳、履帶車構(gòu)成動力站部分。這兩個部分是該鉆機(jī)的重要組成部分，發(fā)揮著重要作用。當(dāng)移動鉆機(jī)時，把塔架前端油缸頂起，在履帶車的牽引下行走；當(dāng)鉆機(jī)工作時，履帶車從塔架下開出，然后起塔油缸支起調(diào)整施工角度，前后地錨裝置固定好，油管與電器連接一塊，通過操縱室來實現(xiàn)給進(jìn)、回轉(zhuǎn)、夾持、卸扣一系列的動作來進(jìn)行施工?？傮w來說，該鉆機(jī)分為兩大塊：動力站與塔架，這種分體式結(jié)構(gòu)便于安裝調(diào)試運輸，操作靈活，其中夾持器結(jié)構(gòu)采用全程移動方式，更方便拆卸鉆桿。動力站及其塔架如圖1、2所示。

3 鉆機(jī)的主要機(jī)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計

3．1 鉆機(jī)的主要機(jī)構(gòu)

ZT－150H型非開挖鉆機(jī)具體可分為九大部分：動力頭、鉆塔、給進(jìn)機(jī)構(gòu)、履帶車、夾持器、動力站、液壓系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、地錨裝置。

（1）動力頭

動力頭采用整體封閉齒輪箱體式結(jié)構(gòu)，箱體通過齒輪的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)飛濺潤滑；空心主軸后面配備旋轉(zhuǎn)水龍頭結(jié)構(gòu)，方便泥漿與水從后面通過進(jìn)入鉆桿中達(dá)到施工要求；驅(qū)動方式通常有3種，大多數(shù)采用中低速馬達(dá)驅(qū)動。①低速大扭矩馬達(dá)直接驅(qū)動；②低速大扭矩馬達(dá)通過減速機(jī)傳動；③高速馬達(dá)通過行星減速機(jī)和齒輪傳動。就以上3種驅(qū)動方式而言，①與②這2種方式速度慢，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍窄，扭矩比較大，③轉(zhuǎn)速快些，調(diào)節(jié)范圍寬，由于本鉆機(jī)要求轉(zhuǎn)速范圍有3個檔位，同時要求轉(zhuǎn)速也較高，所以選擇③傳動方式。動力頭還要配備浮動結(jié)構(gòu)，一般有2種方式：整體浮動與主軸浮動。整體浮動是箱體下端通過2根銷軸穿在與箱體相連接的小車架上，然后通過在箱體前端安裝一個小油缸來支撐，始終讓箱體處于后端，鉆桿上扣時拉動箱體前進(jìn)防止絲扣損壞，制作方便。主軸浮動是指在主軸前端分2段，前端主軸固定在花鍵套內(nèi)，花鍵套與后端主軸相連，中間帶有密封裝置，防止漏水，此方式也應(yīng)用較普遍，但是加工周期長，制造精度高。ZT－150H型鉆機(jī)采用前一種浮動形式。

圖1 履帶式動力站

圖2 塔架

（2）鉆塔

鉆塔結(jié)構(gòu)形式有多種，如桁架式，型材拼接式，板材拼接式，型材與板材相結(jié)合式等。由于桁架式結(jié)構(gòu)有些復(fù)雜，同時加工工藝比較麻煩，焊點比較多，型材與板材這兩種形式，雖然焊接方便快捷，但是存在制造精度低不能直接滿足使用要求。ZT－150 H型鉆機(jī)采用型鋼與板件焊接而成，整體剛度比較好，采用對稱結(jié)構(gòu)，便于加工制造，前后有支撐點，后支撐采用油缸連接，可以方便的調(diào)整鉆塔角度，滿足施工要求同時后支撐點處增加限位，避免履帶車與塔架整體行走時產(chǎn)生振動，導(dǎo)致整機(jī)不穩(wěn)。

（3）給進(jìn)機(jī)構(gòu)

給進(jìn)機(jī)構(gòu)有3種傳動結(jié)構(gòu)方式：①油缸直接推進(jìn)式；②鏈條馬達(dá)式；③齒輪齒條式。由于油缸直接推進(jìn)式給進(jìn)力大時，油缸制作起來比較大而且笨重，再有油缸桿不能做的過長否則容易彎曲，穩(wěn)定性不好，傳動環(huán)節(jié)比較多，不便于拆裝。鏈條馬達(dá)式在給進(jìn)回拉力比較大的情況下，鏈條不能承受較大載荷，容易拉斷，傳動起來不是很平穩(wěn)。齒輪齒條式傳動扭矩比較大，傳動平穩(wěn)，受力比較均勻，同時不受行程的限制，更適合大噸位鉆機(jī)。本機(jī)采用多組馬達(dá)同時驅(qū)動齒輪，與固定在鉆架上的齒條做相對運動來實現(xiàn)給進(jìn)與回拉。

（4）履帶車

履帶車可以與鉆塔拆裝分離，也可以馱著鉆架行走，底盤類似挖掘機(jī)底盤，它包括驅(qū)動輪，漲緊輪，承重輪，支重輪，鏈軌（所謂的四輪一帶）。剛性連接式車架，行走方便靈活，適合泥石路以及路面凹凸不平的道路，外置控制盒操作，可以遠(yuǎn)離設(shè)備控制，防止意外事故發(fā)生。

（5）夾持器

夾持器結(jié)構(gòu)有對夾式與三爪式兩種。對夾式加工制造方便，同時穩(wěn)定性也較好；三爪式雖然受力均勻，夾持體上的3個等分加工難度高，同時3個油缸的同步性比較差，難于保證3點同時著力。因此，本機(jī)采用雙油缸對夾方式，夾持力大，對中性好，夾持器整體可以自由移動，方便擰卸鉆桿絲扣；卸扣采用雙邊油缸同時著力，卸扣扭矩大，來滿足施工的需求。

（6）動力站

動力站可以獨立行走，發(fā)動機(jī)采用美國進(jìn)口康明斯品牌，動力強(qiáng)勁，配備豪華裝飾的超大駕駛室，帶有大噸位吊車，可以吊運鉆具，方便安全，四周還有支腿支撐增加整體穩(wěn)固性。

（7）液壓系統(tǒng)

兩組油泵與柴油機(jī)通過分動箱連接，傳動平穩(wěn)，回轉(zhuǎn)與給進(jìn)采用閉式系統(tǒng)，單獨使用不會與其他系統(tǒng)有任何干涉，功率上比較強(qiáng)大能滿足性能要求，同時閉式系統(tǒng)變量泵為集成式結(jié)構(gòu)，補(bǔ)油泵及補(bǔ)油、溢流、控制等功能閥組集成于液壓泵上，使管路連接變得簡單，不僅縮小了安裝空間，而且減少了由管路連接造成的泄漏和管道振動。由于僅有少量油液從油箱中吸取，減少了油箱的損耗；采用開式負(fù)載敏感系統(tǒng)，此負(fù)載敏感回路包括軸向柱塞變量泵，負(fù)載感應(yīng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)和配置有負(fù)載感應(yīng)梭閥網(wǎng)絡(luò)的比例多路換向閥構(gòu)成。多路換向閥中負(fù)載感應(yīng)網(wǎng)路通過一系列梭閥與每個工作控制閥片的A口和B口相通，從而保證所感應(yīng)到最高負(fù)載壓力可以通過梭閥傳至變量泵的控制閥。負(fù)載感應(yīng)網(wǎng)路的LS口與變量泵負(fù)載感應(yīng)控制閥的X口相連負(fù)載感應(yīng)控制的變量泵，它基本消除了無效功的發(fā)熱損耗，系統(tǒng)的發(fā)熱損耗僅限于換向閥進(jìn)出口實際流量的壓降發(fā)熱損耗，而且隨實際系統(tǒng)工作壓力的變化保持恒定，節(jié)省功率，性能優(yōu)越，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

3．2 主要參數(shù)

發(fā)動機(jī)功率：448k W

給進(jìn)／回拉力：1500k N

回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：0～30，0～60，0～90r／min

回轉(zhuǎn)扭矩：66k N·m

給進(jìn)行程：6．6m

給進(jìn)行走速度：0～0．45m／s

鉆桿直徑：114mm

入射角度：8～15°

外形尺寸：11800×2550×3360mm

4 結(jié)束語

目前，此非開挖鉆機(jī)樣機(jī)已經(jīng)制造完成，調(diào)試與部分性能測試也已完成，可以和國外的設(shè)備相媲美，操作方便靈活，可以適合一些惡劣工況的施工，對巖石工況更為適合，即將應(yīng)用到實際施工中去。

［1］ 成大先 ．機(jī)械設(shè)計手冊 ．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002．

［2］ 花容 ．非開挖導(dǎo)向鉆機(jī)中幾種主要結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］．探礦工程（巖土鉆掘工程），2009（8）．

［3］ 路甬祥 ．液壓氣動技術(shù)手冊 ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002．