RE400型履帶式潛孔錘鉆機的研制

于傳江，王海盈

(山東煤田地質(zhì)機械廠，山東泰安 371000)

RE400型履帶式潛孔錘鉆機的研制

于傳江，王海盈

(山東煤田地質(zhì)機械廠，山東泰安 371000)

介紹了RE400型履帶式多功能潛孔錘鉆機的研制過程和總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，分別敘述了鉆機主要組成部分的功能、結(jié)構(gòu)特點、工作原理及該鉆機的試驗和應(yīng)用情況。

履帶式潛孔錘鉆機;全液壓傳動;功能;結(jié)構(gòu);試驗

1 概述

近年來，山東、河南、云南、貴州等地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)持續(xù)數(shù)月的干旱天氣，農(nóng)作物生長受到嚴(yán)重威脅，人、畜飲水嚴(yán)重緊張。為保農(nóng)耕和國計民生，打井抗旱勢在必行。

新能源地?zé)嵩吹拈_發(fā)利用已經(jīng)開始，地?zé)峥椎你@鑿需要深孔鉆機;地?zé)嵩吹拈_發(fā)利用將帶動深孔鉆機行業(yè)迅速發(fā)展，履帶式潛孔錘鉆機市場前景廣闊。

為滿足山東省煤田地質(zhì)局抗旱打井和鉆鑿地?zé)嵩纯椎男枰纳羁足@機，我廠設(shè)計了RE400型履帶式潛孔錘鉆機。該鉆機的行走、旋轉(zhuǎn)鉆進、進給、起拔、吊裝、支腿調(diào)平等功能均為液壓驅(qū)動。采用履帶行進，除滿足普通鉆機的使用場合外，更能滿足在一些山地、大坡度和泥濘環(huán)境中的移動，從而改進了現(xiàn)有鉆機不能在泥濘、惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定有效工作的缺點。

2 鉆機的研究設(shè)計

2.1 總體方案設(shè)計

圖1 鉆機外形圖

RE400型履帶式潛孔錘鉆機(見圖1)為整體式對稱布局，主要有履帶行走支撐裝置、發(fā)動機動力室、底盤總成、油箱、鉆架總成、回轉(zhuǎn)動力頭總成、液壓支腿、主起升裝置、鉆桿箱、操作臺、工作臺、油霧器、卷揚機、防塵罩定心器等部件組成。履帶行走支持裝置的驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪固定在底盤兩側(cè);防塵罩定心器固定在底盤前部，定心器兩側(cè)分別為卸桿油缸和護管夾持器;發(fā)動機動力室固定在底盤后部;鉆架總成平臥在底盤中上部，工作時俯仰缸將其頂起與底盤垂直;油箱、油霧器固定在底盤中間鉆架底下，鉆桿箱和操作臺固定在底盤兩側(cè);液壓支腿分別固定在底盤前后兩側(cè)，并可以繞固定軸旋轉(zhuǎn)到位后用銷軸固定;主起升裝置、卷揚機和回轉(zhuǎn)動力頭總成安裝在鉆架上。動力頭可繞側(cè)軸旋轉(zhuǎn)180°，在提升貨物時，將油缸上端固定，進給起拔油缸功能轉(zhuǎn)化為主起升功能此為該鉆機獨特的兩用鉆塔。工作臺為可拆卸式，固定在操作臺下的底盤上。

鉆機采用全液壓傳動，三泵供油。2個大泵供油實現(xiàn)鉆機的行走、爬坡和動力頭輸出軸旋轉(zhuǎn)。一個小泵供油實現(xiàn)鉆機的液壓支腿缸支起及調(diào)平，動力頭沿鉆架上下移動、主起升裝置和卷揚機的起吊，俯仰缸支起鉆架，還可推動卸桿油缸和護管夾持工作。3個泵同時供油可推動進給油缸快速起拔鉆桿;也可推動回轉(zhuǎn)馬達帶動鉆桿快速旋轉(zhuǎn)進行掃孔作業(yè)。

工作原理如下:鉆機工作時由俯仰缸支起鉆架到與平臺垂直位置并用螺栓固定;回轉(zhuǎn)動力頭在進給油缸的推動下沿鉆架上下移動，其輸出軸帶動鉆桿鉆具潛孔錘旋轉(zhuǎn);打開主風(fēng)閥空壓機提供的外接高壓空氣可實現(xiàn)沖擊器的沖擊完成鉆進動作，壓氣系統(tǒng)有特制油霧器給沖擊器潤滑提高使用壽命。定心器和水平儀保證鉆孔的精度和垂直度。

2.2 鉆機主要部件設(shè)計

2.2.1 支撐行走裝置系統(tǒng)

由履帶、驅(qū)動輪、行走馬達、導(dǎo)向輪、支重輪、托鏈輪、減振器和減振彈簧等組成。行走馬達可使主機以2.5 km/h的速度在平地行駛，并可以爬上25°坡。操縱行走馬達控制閥手柄，在行走馬達驅(qū)動下鉆機可以前進、后退、原地轉(zhuǎn)向。

2.2.2 底盤總成

由底盤、液壓油箱、鉆架固定座、俯仰缸安裝座、發(fā)動機固定座、液壓支腿安裝座、操作臺安裝座、工作臺安裝座等部件組成。是鉆機其他部件安裝的基礎(chǔ)平臺。

2.2.3 發(fā)動機動力室

由發(fā)動機、蓄電池及接線、燃油系統(tǒng)、空濾進氣系統(tǒng)、消音排氣系統(tǒng)、散熱冷卻系統(tǒng)、啟動及熄火裝置等組成，是鉆機的動力源泉，為鉆機提供75 kW功率的原動力。三聯(lián)液壓泵連接在輸出軸上，液壓系統(tǒng)的散熱與發(fā)動機的散熱冷卻系統(tǒng)共用。

2.2.4 操作臺

主要由操作臺架、多路閥、壓力表、膠管總成、操作手把和指示牌等組成。操作臺將油泵提供的液壓油通過多路閥分配到各執(zhí)行元件，實現(xiàn)鉆機的各種功能。多路閥由行走閥、回轉(zhuǎn)閥、快速回轉(zhuǎn)閥、進給閥、快速提升閥、卷揚機閥、俯仰缸閥、卸桿閥、夾持器閥和4個支腿油缸閥組成。分別操作各閥手把，便會將高壓油輸送到各自的控制執(zhí)行元件，使鉆機實現(xiàn)各種相應(yīng)的功能。

2.2.5 鉆架總成

由架體、俯仰缸、卷揚機、動滑輪組、進給起拔油缸、主起升裝置、鋼絲繩組件、銷軸、動力頭安裝座等件組成，是鉆機工作的重要結(jié)構(gòu)部件。鉆機工作時由俯仰缸支起鉆架到與平臺垂直位置并用螺栓固定，進給起拔油缸在液壓油推動下，通過鋼絲繩組件帶動動滑輪組牽引著動力頭安裝座及動力頭上下運動，實現(xiàn)進給和起拔。進給起拔油缸能提供68040 N的最大提升力和40820 N的軸壓力。卷揚機可吊裝1 t以內(nèi)的物品，可輔助接卸鉆桿鉆具。主起升裝置在提升工況下進給起拔油缸變成起升油缸，起高6 m可提升2根3 m鉆桿或進行6 m長護壁管安裝。

2.2.6 回轉(zhuǎn)動力頭總成

由2個低速大扭矩馬達、減速齒輪副、箱體、軸承、主軸、變徑接頭、頂驅(qū)管接頭組件、箱體支撐座等組成?；剞D(zhuǎn)動力頭可為鉆機提供4000 N·m以上的回轉(zhuǎn)扭矩和0～150 r/min回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速;外接高壓空氣通過頂驅(qū)管接頭組件給鉆桿下的潛孔錘沖擊提供動力，頂驅(qū)管接頭組件可保證工作風(fēng)壓2.46 MPa氣體流量30 m3min;潛孔錘沖擊頻率可達1500～2400次/min。

2.3 RE400型履帶式潛孔錘鉆機基本參數(shù)

整機質(zhì)量:8000 kg;外型尺寸(長×寬×高): 5800 mm×2040 mm×3200 mm;行走速度:0～2.5 km/h;爬坡能力:25°;最大提升力:68040 N;軸壓力:40820 N;鉆孔直徑:127～254 mm;鉆孔深度: 213 m;鉆桿直徑:76 mm;一次推進行程:3000 mm;回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速:0～150 r/min;回轉(zhuǎn)扭矩:4000 N·m;發(fā)動機功率:75 kW;發(fā)動機轉(zhuǎn)速:2400 r/min;液壓系統(tǒng)壓力:20 MPa;啟動蓄電池電壓:24 V;工作風(fēng)壓: 1.05～2.46 MPa;耗氣量:16～30 m3min;適用巖層:f=6～20;沖擊頻率:1500～2400 Hz。

3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 組成及工作原理

主要由三聯(lián)高壓油泵、多路換向閥、優(yōu)先閥、旋轉(zhuǎn)馬達、進給油缸、行走馬達、高壓油管、接頭、濾油器、油箱、散熱器、各種密封件及支腿和俯仰油缸等元件組成。

工作時柴油機驅(qū)動油泵產(chǎn)生高壓油液，高壓油輸送到液壓系統(tǒng)后，通過操縱控制閥使旋轉(zhuǎn)馬達轉(zhuǎn)動，帶動動力頭及鉆桿轉(zhuǎn)動;操縱進給閥使進給油缸上、下移動，帶動動力頭及鉆桿起拔和進給。操縱液壓行走閥，行走馬達啟動，實現(xiàn)整機前進、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡等動作。操縱液壓閥控制鉆臂俯仰油缸，完成鉆臂的起落動作。操縱支腿缸閥控制支腿油缸伸縮，調(diào)平鉆機，使鉆機工作穩(wěn)定。

3.2 液壓系統(tǒng)原理(見圖2)及特點

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

(1)液壓傳動系統(tǒng)應(yīng)用變量(雙)油泵和雙速馬達結(jié)合通過主操縱閥構(gòu)成主油路，普通齒輪油泵與支撐油缸結(jié)合通過副操縱閥構(gòu)成次油路;雙油路供油，互不干涉，效果好。

(2)油溫散熱裝置與內(nèi)燃機共用，減少散熱馬達和散熱供應(yīng)油泵及油管接頭等件。

(3)采用優(yōu)先閥保證優(yōu)先功能油液供應(yīng)，閥內(nèi)合流保證主機轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及油缸主起升能力。

4 生產(chǎn)應(yīng)用試驗及效果

2011年，完成了20臺RE400型履帶式潛孔錘鉆機的生產(chǎn)，之后在山東省打井抗旱任務(wù)中進行了應(yīng)用試驗。試驗使用76 mm鉆桿完成氣動潛孔錘鉆進，成孔直徑254 mm，完成孔深218 m，效果非常好。該鉆機液壓馬達驅(qū)動履帶行走，測試最高速度可達2.52 km/h;爬坡25°行走正常;最大起拔力可達70300 N，最大扭矩可達4200 N·m;回轉(zhuǎn)速度最大可達175 r/min。一系列的試驗證明該鉆機設(shè)計合理，性能可靠，使用操作方便。隨著RE400型履帶式潛孔錘鉆機的不斷推廣，該鉆機將會在抗旱打井和地?zé)嵩纯足@鑿方面得到更廣泛的應(yīng)用，具有極大的經(jīng)濟效益和社會效益。

5 結(jié)語

(1)RE400型履帶式潛孔錘鉆機的研制成功，解決了山東省煤田地質(zhì)局地?zé)嵩错椖窟\作時，鉆鑿地?zé)峥仔枰纳羁足@機問題。

(2)鉆機采用線號集束防泄漏油管，防止油管誤接;通過對油管的集束處理，能夠根據(jù)空間配置，整齊美觀。

(3)該鉆機具有自起升和起升裝置，實現(xiàn)自行裝卸和隨機配件的起吊，節(jié)省吊裝費用。

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Development of RE400 Crawler Hammer Drilling Machine

YU Chuan-jiang，WANG Hai-ying(Shandong Coal Geological Machinery Factory，Taian Shandong 371000，China)

The paper introduced RE400 crawler hammer drilling machine about its developing process and overall structure placement design.The functions of main components，structure features，working principles，testing and the application are presented.

crawler hammer drilling machine;full hydraulic transmission;function;structure;test

P634.3+1

A

1672－7428(2012)08－0039－03

2012－04－11;

2012－08－06

于傳江(1964－)，男(漢族)，山東泰安人，山東煤田地質(zhì)機械廠高級工程師，機械制造專業(yè)，從事工程機械、鉆探機械、液壓傳動系統(tǒng)等設(shè)計工作，山東省泰安市岱岳區(qū)青春創(chuàng)業(yè)園，ycjaaaa@sohu.com。