XY-6B型巖心鉆機(jī)的研制與應(yīng)用

彭儒金，戴圣海，邱 華，劉 志

（長(zhǎng)沙探礦機(jī)械廠，湖南長(zhǎng)沙 410100）

XY-6B型巖心鉆機(jī)的研制與應(yīng)用

彭儒金，戴圣海，邱 華，劉 志

（長(zhǎng)沙探礦機(jī)械廠，湖南長(zhǎng)沙 410100）

XY-6B型以XY-4、XY-44A及XY-5型等巖心鉆機(jī)的研制經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，繼承了這些鉆機(jī)采用汽車底盤技術(shù)、彈簧夾緊液壓松開滾柱式卡盤及機(jī)架耐磨片等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行了液壓系統(tǒng)的改進(jìn)和升降機(jī)、轉(zhuǎn)盤體支撐等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，大大提高了立軸式巖心鉆機(jī)的使用性能。

立軸式巖心鉆機(jī);柱銷式卡盤;升降機(jī);轉(zhuǎn)盤體支撐

隨著人類對(duì)地下資源的不斷開采，淺層地下資源已接近枯竭，深部找礦逐漸成為我國(guó)今后地質(zhì)勘探的主要發(fā)展方向。而目前市場(chǎng)上，立軸式巖心鉆機(jī)仍是我國(guó)深孔巖心的主導(dǎo)機(jī)型，因此，如何提高立軸式巖心鉆機(jī)的使用性能就成為我們開發(fā)研制的努力方向。

根據(jù)市場(chǎng)需求，在我國(guó)常規(guī)巖心鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，我們對(duì)零部件采用了模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)采用了汽車的成熟技術(shù)和其他創(chuàng)新技術(shù)，研制出了新一代深孔巖心鉆機(jī)，滿足了市場(chǎng)的需求。

1 指導(dǎo)思想

XY-6B型巖心鉆機(jī)以市場(chǎng)上常用XY系列巖心鉆機(jī)為基礎(chǔ)，繼承我廠現(xiàn)有巖心鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)而成。在傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，采用模塊化設(shè)計(jì);卡盤的設(shè)計(jì)上，采用注銷式液壓卡盤結(jié)構(gòu);在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，改進(jìn)了原有鉆機(jī)設(shè)計(jì)中的不足之處，如采用雙聯(lián)齒輪油泵等;在其他關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)中大膽創(chuàng)新，如進(jìn)行了升降機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，簡(jiǎn)化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本等。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 傳動(dòng)、操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在該鉆機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)和離合變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，仍然采用汽車底盤的設(shè)計(jì)理念，即動(dòng)力機(jī)、離合器、變速箱及操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，均采用汽車上整套傳動(dòng)和變速系統(tǒng)技術(shù)，零部件也都選用汽車上的零部件。由于汽車設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)相當(dāng)成熟和普及，因此鉆機(jī)生產(chǎn)制造容易組織，產(chǎn)品質(zhì)量能得到保證，零部件供應(yīng)方便，產(chǎn)品的通用性較強(qiáng)。該鉆機(jī)選擇了玉柴YC6B135Z-D20型柴油機(jī)作為動(dòng)力，然后根據(jù)其輸出的功率和扭矩，選擇了東風(fēng)17ZJK-00030型變速箱和380汽車專用離合器。

汽車變速器、離合器的采用，大大縮短了新型鉆機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)組織難度，增加了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)也減少了用戶的購(gòu)機(jī)費(fèi)用和使用維修費(fèi)用。

2.2 卡盤的設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)同類型鉆機(jī)使用的均為碟簧卡緊油壓松開，三卡瓦自動(dòng)定心式油壓卡盤，該結(jié)構(gòu)為目前最成熟有效的結(jié)構(gòu)之一，已為用戶所廣泛接受。但是該結(jié)構(gòu)與碟簧夾緊力、主動(dòng)鉆桿磨損的磨損程度以及三卡瓦定心與下卡盤的同軸度等都息息相關(guān)，因而只要主動(dòng)鉆桿稍有磨損就會(huì)出現(xiàn)卡盤夾緊不可靠，打滑、刮傷主動(dòng)鉆桿和崩卡瓦等現(xiàn)象。為此，我們借鑒了我廠巖心鉆機(jī)的成熟結(jié)構(gòu)——彈簧夾緊、液壓松開的滾柱式卡盤結(jié)構(gòu)。XY-6B型鉆機(jī)卡盤結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其工作原理是:固定在卡盤油缸上的夾持環(huán)上下滑動(dòng)，推動(dòng)卡盤導(dǎo)套里的2個(gè)滾柱內(nèi)外滾動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)鉆桿的夾緊和松開?？ūP油缸系單向給進(jìn)油缸，進(jìn)油時(shí)卡盤油缸上移，推動(dòng)夾持環(huán)壓縮彈簧，2個(gè)滾柱在主動(dòng)鉆桿重力分力的作用下向外運(yùn)動(dòng)，松開主動(dòng)鉆桿;回油時(shí)，彈簧復(fù)位，推動(dòng)夾持環(huán)下移而使?jié)L柱滾入主動(dòng)鉆桿卡槽，夾緊主動(dòng)鉆桿。該結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)就是夾緊可靠，不傷主動(dòng)鉆桿。

圖1 卡盤

2.3 機(jī)架的設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)同類型鉆機(jī)的底架與上機(jī)架直接接觸，易燒傷、磨損快，降低了機(jī)架的使用壽命。而我廠系列巖心鉆機(jī)在底架與上機(jī)架之間，采用材質(zhì)為65Mn的耐磨板，在移動(dòng)上機(jī)架時(shí)，減少底架與上機(jī)架的磨損與燒結(jié)，因此底架與上機(jī)架基本不磨損，經(jīng)久耐用。同時(shí)機(jī)架可采用低碳鋼焊接而成，滑移軌道無(wú)需進(jìn)行淬火等熱處理工序，因此減少了加工工序，降低了生產(chǎn)組織難度。再者鉆機(jī)的上機(jī)架設(shè)計(jì)成可拆分式，前后可拆成兩體，便于搬遷。

2.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

以往我廠所研發(fā)的巖心鉆機(jī)，因采用單泵供油，鉆進(jìn)過(guò)程中的大流量及高壓溢流引起能量損耗，致使油溫升高，有時(shí)甚至出現(xiàn)因過(guò)高的油溫導(dǎo)致液壓系統(tǒng)失效的現(xiàn)象。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)赬Y-6B型巖心鉆機(jī)的設(shè)計(jì)中采用了雙聯(lián)齒輪油泵，實(shí)現(xiàn)了小流量溢流，即鉆進(jìn)時(shí)，只用單油泵供油，而倒桿或快速掃孔時(shí)，用雙油泵供油，因此既很好地解決了油溫升高的問(wèn)題又不影響油缸的升降速度。同時(shí)，雙泵供油使倒桿速度更快，有效地提高了工作效率。

此外，為解決因多路閥泄漏，卡盤松開持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)的問(wèn)題，在該鉆機(jī)卡盤油缸進(jìn)油管上增加液控單向閥，大大增強(qiáng)了液壓卡盤的工作可靠程度。該鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)如圖2所示。

2.5 升降機(jī)的設(shè)計(jì)

圖2 液壓系統(tǒng)圖

升降機(jī)主要用于提升、下降鉆具以及起拔套管。在鉆探過(guò)程中，升降機(jī)工作時(shí)間比較長(zhǎng)，特別是深孔鉆進(jìn)，其工作時(shí)間可占總工時(shí)的1/3～1/2，其性能的好壞直接關(guān)系到鉆探施工效率、鉆孔質(zhì)量和生產(chǎn)安全，是全面評(píng)價(jià)鉆機(jī)性能的重要指標(biāo)。因此要求其制動(dòng)可靠且應(yīng)具有較大的安全系數(shù)。在此次設(shè)計(jì)中，我們對(duì)升降機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)更合理，提高承載能力。鉆機(jī)搬遷時(shí)，升降機(jī)可與分動(dòng)箱、水剎車分離，單獨(dú)運(yùn)輸。圖3為我廠中淺孔巖心鉆機(jī)的升降機(jī)結(jié)構(gòu)，圖4為XY-6B型巖心鉆機(jī)的升降機(jī)結(jié)構(gòu)。這2種升降機(jī)雖然均為行星輪式結(jié)構(gòu)，但XY-6B型巖心鉆機(jī)的升降機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，將以前巖心鉆機(jī)升降機(jī)常用結(jié)構(gòu)中的閘輪A8、油星輪支架A12及密封蓋A9合并為閘輪支架，大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。

圖3 中淺孔巖心鉆機(jī)的升降機(jī)結(jié)構(gòu)

2.6 轉(zhuǎn)盤體支撐

由于該鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器部分體積龐大，而且只簡(jiǎn)單地通過(guò)轉(zhuǎn)盤體法蘭連接在分動(dòng)箱上，呈懸置狀態(tài)，無(wú)其他固定支撐裝置。工作過(guò)程中，回轉(zhuǎn)器部分震顫晃動(dòng)，受力不均且較大，打深斜孔時(shí)表現(xiàn)尤其明顯，導(dǎo)致與分動(dòng)箱連接的轉(zhuǎn)盤體法蘭及壓緊螺栓產(chǎn)生機(jī)械疲勞，出現(xiàn)鉆孔方向偏離原目標(biāo)等現(xiàn)象，不利于鉆孔施工。因此為增加回轉(zhuǎn)器部分工作的穩(wěn)定性，在回轉(zhuǎn)器部分的設(shè)計(jì)中，增加了左右支撐。如圖5所示。

圖4 XY-6B型巖心鉆機(jī)的升降機(jī)結(jié)構(gòu)

圖5 XY-6B型巖心鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤體外形圖

3 生產(chǎn)試驗(yàn)

由于對(duì)我廠巖心鉆機(jī)使用性能的充分認(rèn)可，在了解到我廠新研制的XY-6B型巖心鉆機(jī)既保留了以前巖心鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)又進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)后，江西省地礦局贛南地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)院士工作站在我廠XY-6B型巖心鉆機(jī)試鉆成功后，馬上購(gòu)買了一臺(tái)用于南嶺于都-贛縣礦集區(qū)盤古山示范區(qū)2000 m驗(yàn)證孔的施工，這也是該工作站揭牌后首次開工的深部探測(cè)驗(yàn)證鉆孔。該項(xiàng)目是國(guó)家專項(xiàng)“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)”的重要組成部分，對(duì)拓展深部和第二空間找礦具有重要價(jià)值。到目前為止，該孔已經(jīng)鉆進(jìn)至300余米，用戶反應(yīng)該機(jī)設(shè)計(jì)較以往巖心鉆機(jī)結(jié)構(gòu)更合理，工作可靠，穩(wěn)定性好，施工效率高，操作輕松自如。另外由于分動(dòng)箱采用了斜齒輪，鉆機(jī)工作時(shí)噪聲也非常小。

4 改進(jìn)

4.1 存在的問(wèn)題

轉(zhuǎn)盤體支撐質(zhì)量太大，不利于加工和裝配，且不適用于斜孔施工。

4.2 改進(jìn)措施

改進(jìn)后的轉(zhuǎn)盤體支撐結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要包括正絲接頭3，正絲螺母A3，反絲接頭5，反絲螺母A4，調(diào)節(jié)桿4及兩個(gè)自潤(rùn)滑型向心關(guān)節(jié)軸承A2。鉆垂直孔時(shí)，松開正絲螺母A3和反絲螺母A4，旋動(dòng)調(diào)節(jié)桿4，使支撐達(dá)到合適長(zhǎng)度后，鎖緊兩頭的螺母即可。斜孔鉆進(jìn)時(shí)，松開正反絲螺母，旋動(dòng)調(diào)節(jié)桿，使2個(gè)支撐有效工作長(zhǎng)度分別按照轉(zhuǎn)盤體所需角度縮短和伸長(zhǎng)，最終使轉(zhuǎn)盤體旋至所需工作角度，鎖緊正反絲螺母，即可進(jìn)行斜孔的鉆進(jìn)。

圖6 改進(jìn)后的轉(zhuǎn)盤體支撐結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語(yǔ)

XY-6B型鉆機(jī)經(jīng)用戶使用，得到了較高的評(píng)價(jià)，該鉆機(jī)具有以下主要特點(diǎn):

（1）采用汽車變速箱和離合器，結(jié)構(gòu)緊湊、合理，工作期間運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，傳動(dòng)效率高，裝拆方便，便于保養(yǎng)和維修;

（2）具有較高的轉(zhuǎn)速和較合理的轉(zhuǎn)速范圍，轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)較多、低速扭矩大;

（3）裝機(jī)功率大;

（4）移車平穩(wěn)，固定簡(jiǎn)單可靠，高速鉆進(jìn)穩(wěn)定性好;

（5）鉆機(jī)卡盤采用液壓柱銷式，夾緊可靠，不傷主動(dòng)鉆桿;

（6）在整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中，無(wú)故障發(fā)生，使用壽命長(zhǎng)。

［1］ 肖燕波，譚國(guó)平，彭儒金.立軸式巖心鉆機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)的新思路［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2008，35（9）.

［2］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［3］ 機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)服務(wù)部.液壓管接頭標(biāo)準(zhǔn)匯編［S］.江蘇無(wú)錫:機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)服務(wù)部，1992.

［4］ 夏祖印，張能武.機(jī)械加工實(shí)用手冊(cè)［M］.安徽合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

［5］ 郭紹什.鉆探手冊(cè)［M］.湖北武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1993.

Development and Application of XY-6B Core Drill

PENG Ru-jin，DAI Sheng-hai，QIU Hua，LIU Zhi（Changsha Exploration Machinery Factory，Changsha Hunan 410100，China）

Based on the development experience of XY-4，XY-4A and XY-5 core drill，the advantages of automobile chassis technique，spring clamping hydraulic unlock roller-type chuck and weae-resistant frame were followed，and improvement was made on hydraulic system and creative designs were carried out in the elevator and rotary table support，the service performance of spindle core drill was greatly in improved.

spindle core drill;pin chuck;elevator;rotary table support

P634.3+1

A

1672-7428（2012）09-0059-03

2012-06-13

彭儒金（1972-），男（漢族），湖南嘉禾人，長(zhǎng)沙探礦機(jī)械廠設(shè)計(jì)研發(fā)部部長(zhǎng)、工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，從事鉆探機(jī)械的研發(fā)工作，湖南省長(zhǎng)沙市星沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)盼盼路5號(hào)，prj07310735@sina.com。