周在友

（長江重慶航道工程局，重慶 400012）

新型航道鉆機(jī)的防浪涌裝置

周在友

（長江重慶航道工程局，重慶 400012）

航道鉆機(jī)在鉆鑿水下爆破孔的過程中，江河或近海的浪涌不僅降低鉆機(jī)的鉆進(jìn)效率，而且容易造成鉆桿、沖擊器鉆頭的損壞。文中介紹了SWDW165型航道潛孔鉆機(jī)配備的一種防浪涌裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理。該防浪涌裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，在水面有浪涌的情況下能保證航道鉆機(jī)正常施工。

航道鉆機(jī)；防浪涌裝置；緩沖氣缸；鉆桿；潛孔沖擊器

1 項(xiàng)目背景

隨著改革開放的不斷深入和擴(kuò)大，目前我國已成為世界上港口吞吐量和集裝箱吞吐量最多、增長速度最快的國家。全國港口貨物吞吐量由新中國成立初期的1000萬噸增長到2010年的超過80億噸。港口吞吐量已連續(xù)多年穩(wěn)居世界第一。

港口吞吐量內(nèi)河水運(yùn)貨運(yùn)量的飛速發(fā)展帶來了港口建設(shè)航道治理的水下工程爆破的急劇增加。

在江河航道、沿海航道和港口碼頭建設(shè)等水下工程施工中，為消除險(xiǎn)灘礁石，拓寬挖深航道，需要進(jìn)行水下鉆孔爆破作業(yè)。而船用鉆機(jī)作為鉆爆船的主要裝備，除需要適應(yīng)各種不同的巖土特性、鉆孔孔徑、孔深以及疏浚方式外，還需適應(yīng)江河或海面經(jīng)常會(huì)起浪涌的特殊工作條件。

實(shí)際施工時(shí)，江河或近海的浪涌不僅降低了航道鉆機(jī)的鉆孔效率，而且還很容易造成鉆桿、沖擊器和鉆頭的損壞，甚至對(duì)鉆機(jī)造成更大的損壞。為了消除浪涌對(duì)鉆桿、沖擊器、鉆頭及鉆機(jī)的損壞，提高鉆進(jìn)效率，由長江重慶航道工程局、中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院智能機(jī)械研究所、山河智能裝備股份有限公司共同研究開發(fā)制造了SWDW165航道潛孔鉆機(jī)，該鉆機(jī)配備了一種防浪涌裝置，實(shí)際工程應(yīng)用證明該防浪涌裝置工作正常有效[1]。

2 航道鉆機(jī)防浪涌裝置結(jié)構(gòu)與工作原理

如圖1所示，航道鉆機(jī)防浪涌裝置主要包括動(dòng)力頭滑架、溢流閥、防浪涌氣缸、拖動(dòng)板等。動(dòng)力頭滑架（件1）和拖動(dòng)板（件4）安裝在鉆架上，通過鏈條推進(jìn)拖動(dòng)板（件4），拖動(dòng)板（件4）通過防浪涌氣缸（件3）帶動(dòng)動(dòng)力頭滑架（件1），從而使鉆桿得到向下的推進(jìn)力和向上的提升力。由于氣體的壓縮和膨脹性好，氣缸運(yùn)動(dòng)速度快，在拖動(dòng)板和動(dòng)力頭滑架之間能起到很好的緩沖連接作用。如果航道鉆機(jī)在起浪涌的時(shí)候施工，浪涌漲潮時(shí)船體上升，拖動(dòng)板上升，由于設(shè)有防浪涌氣缸（件3），防浪涌氣缸活塞桿腔內(nèi)的壓縮空氣膨脹，活塞桿縮回，不使防浪涌氣缸缸筒上升帶動(dòng)動(dòng)力頭滑架上升，從而不帶動(dòng)鉆桿、鉆具上升，鉆頭仍可抵住孔底進(jìn)行鉆進(jìn)。在浪涌落潮時(shí)船體下降，拖動(dòng)板下降，由于設(shè)有防浪涌氣缸（件3），防浪涌氣缸活塞桿腔內(nèi)的壓縮空氣壓縮，活塞桿伸出，不使防浪涌氣缸缸筒下降帶動(dòng)動(dòng)力頭滑架下降，從而不帶動(dòng)鉆桿、鉆具下降，避免它們受到很大的壓力，達(dá)到保護(hù)鉆具和鉆桿的作用。當(dāng)潮差很大，活塞桿伸出很長，防浪涌氣缸（件3）內(nèi)壓縮空氣的壓力升高過大時(shí)通過溢流閥 （件2）溢流，進(jìn)一步起到保護(hù)作用。如果潮差大于防浪涌氣缸行程，鉆桿往上頂，使活塞桿全部拉出，推進(jìn)鏈條會(huì)受到很大的拉力。推進(jìn)馬達(dá)推進(jìn)力調(diào)節(jié)溢流閥調(diào)定的壓力可控制最大推進(jìn)力，當(dāng)鉆桿往上頂?shù)牧Υ笥谡{(diào)定的最大推進(jìn)力時(shí)，溢流閥溢流，鏈條拉動(dòng)推進(jìn)馬達(dá)反轉(zhuǎn)，使鏈條、回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭、鉆桿、沖擊器、鉆頭等不至于受到船舶巨大的重量壓力而損壞，起到最終的保護(hù)作用。浪涌退去后，防浪涌氣缸（件3）內(nèi)充入壓縮空氣使之復(fù)位繼續(xù)工作。

該防浪涌裝置具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造容易，性能可靠。

（2）在水面有浪涌的情況下能夠保證航道鉆機(jī)正常施工，大大提高了工作效率。

（3）能更好地保護(hù)鉆桿、沖擊器、鉆頭和鉆機(jī)，提高鉆桿、沖擊器、鉆頭及鉆機(jī)的使用壽命。

圖1 航道鉆機(jī)防浪涌裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 航道鉆機(jī)防浪涌裝置參數(shù)設(shè)計(jì)

SWDW165航道鉆機(jī)鉆孔直徑范圍為105～180 mm，配有自動(dòng)接卸鉆桿的卸桿器、鉆桿庫和套管壓緊裝置，鉆孔深度可達(dá)到平臺(tái)以下48m。根據(jù)實(shí)際鉆孔直徑大小可選用4吋、5吋、6吋潛孔沖擊器，4吋潛孔沖擊器推薦使用的推進(jìn)壓力為5～15kN，5吋潛孔沖擊器推薦使用的推進(jìn)壓力為6～17kN，6吋潛孔沖擊器推薦使用的推進(jìn)壓力為7～20kN。為了使動(dòng)力頭滑架受力均衡和方便布置，防浪涌裝置設(shè)有防浪涌氣缸2支。根據(jù)潛孔沖擊器推薦使用的推進(jìn)力，鉆爆船正常工作浪涌潮高要求，設(shè)計(jì)防浪涌裝置的參數(shù)如下：

活塞桿直徑 d=32mm

氣缸缸徑 D=63mm

氣缸行程 s=800mm

溢流閥開啟壓力 P2=3.2MPa

空壓機(jī)供氣壓力 P1=2.07MPa

活塞桿端壓氣作用面積 A=2313mm2

正常工作時(shí)推進(jìn)力 F1=2P1A=9576N

溢流時(shí)最大推進(jìn)力 F2=2P2A=14803N

航道鉆機(jī)推進(jìn)馬達(dá)推進(jìn)壓力正常調(diào)節(jié)范圍為3～8MPa

8MPa時(shí)最大推進(jìn)力 F3=20kN

從設(shè)計(jì)計(jì)算的參數(shù)可以看出，防浪涌裝置能很好地滿足潛孔沖擊器推薦使用的推進(jìn)力要求。內(nèi)河浪涌潮高一般不會(huì)超過0.5m，而設(shè)計(jì)的防浪涌裝置在浪涌潮高小于0.6m時(shí)，防浪涌油缸行程還能很好地滿足使用要求。如果在海上工作，當(dāng)浪涌潮高大于0.6m時(shí)，盡管有推進(jìn)壓力溢流閥的保護(hù)，無論從鉆機(jī)使用安全需要的考慮，還是船舶安全要求的考慮，建議停止鉆機(jī)工作，提升鉆桿、沖擊器和鉆頭。

4 航道鉆機(jī)防浪涌裝置的應(yīng)用實(shí)效

2007年，兩臺(tái)SWDW165航道潛孔鉆機(jī)（如圖2）參加國家重點(diǎn)工程——長江安慶段太子磯炸礁工程[1]。在有風(fēng)時(shí)潮高達(dá)到0.3m左右，由于配有防浪涌裝置，不必停止鉆機(jī)，可以連續(xù)工作，平均每分鐘可鉆進(jìn)0.5m，比以前老式航道鉆機(jī)快3倍以上，為長江航道清除水中障礙做出了突出貢獻(xiàn)。

圖2 SWDW165航道潛孔鉆機(jī)在安慶太子磯施工現(xiàn)場(chǎng)

2008年，六臺(tái)SWDS165海上潛孔鉆機(jī)（如圖3）在泉州灣航道拓深炸礁工程中，在有風(fēng)時(shí)潮高達(dá)到0.5m，同樣由于配有防浪涌裝置，可以連續(xù)工作[2]。因?yàn)樗?，要求鉆孔也深，配置了高風(fēng)壓空壓機(jī)，平均每分鐘可鉆進(jìn)0.6m，比以前老式航道鉆機(jī)快5倍以上，為沿海航道清除水中暗礁和航道拓深加快了進(jìn)度，所以重慶長江航道工程局在接下來以后的湄州灣航道拓深工程招標(biāo)中一舉中標(biāo)。

圖3 SWDS165海上潛孔鉆機(jī)在泉州灣海上航道施工現(xiàn)場(chǎng)

2009年，兩臺(tái)SWDW165航道潛孔鉆機(jī)（如圖4）參加國家重點(diǎn)工程——三峽庫區(qū)炸礁工程，為了趕在三峽大壩蓄水前清除水中礁石，在有風(fēng)時(shí)潮高達(dá)到0.35m，兩臺(tái)航道鉆機(jī)仍不分晝夜地連續(xù)工作，為趕在三峽大壩蓄水前的炸礁工程做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

圖4 SWDW165航道潛孔鉆機(jī)在三峽庫區(qū)施工現(xiàn)場(chǎng)

5 結(jié)束語

航道潛孔鉆機(jī)廣泛應(yīng)用于江河航道、沿河航道和碼頭建設(shè)等水下礁石的工程爆破鉆鑿，為了給航道清除水中障礙，同時(shí)又適應(yīng)江河或海面經(jīng)常會(huì)起浪涌的特殊工作條件，由長江重慶航道工程局、中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院智能機(jī)械研究所、湖南山河智能機(jī)械股份有限公司共同研究開發(fā)制造了配備防浪涌裝置的SWDWl65型航道潛孔鉆機(jī)。

天水風(fēng)光

航道鉆機(jī)在整個(gè)鉆孔過程中，由于潮水漲落，船舶上下浮動(dòng)，鉆桿不時(shí)上升和下降。防浪涌裝置的作用是隨著鉆桿的上升和下降進(jìn)行反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)，保持鉆具對(duì)巖石的正常壓力。工作中可以明顯觀察到防浪涌裝置氣缸的活塞桿隨著上下運(yùn)動(dòng)而伸縮，起到緩沖浮動(dòng)補(bǔ)償作用，該防浪涌裝置工作正常有效[1,2,3]。

伴隨著裝有防浪涌裝置的SWDW165一體化液壓潛孔鉆機(jī)的廣泛使用，徹底改變了以往水下鉆爆只能在長江航道枯水期施工的歷史，為航道炸礁工程的完成提供了有力的保障。

[1]趙宏強(qiáng),蔣海華,何清華,謝武裝．SWDW165型航道潛孔鉆機(jī)[J]．工程機(jī)械，2008（5）：10～12．

[2]趙宏強(qiáng)，謝武裝，蔣海華，何清華．SWDS165海上潛孔鉆機(jī)[J]，建筑機(jī)械，2008（3）：69～71，80．

[3]趙宏強(qiáng)，蔣海華，謝武裝，何清華．SWDS165海上潛孔鉆機(jī)試驗(yàn)研究[J]．建筑機(jī)械，2008（4）：43～45．

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