周在友

（長江重慶航道工程局，重慶 400012）

新型航道鉆機的防浪涌裝置

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的鉆進效率，而且容易造成鉆桿、沖擊器鉆頭的損壞。文中介紹了SWDW165型航道潛孔鉆機配備的一種防浪涌裝置的結構及工作原理。該防浪涌裝置結構簡單，性能可靠，在水面有浪涌的情況下能保證航道鉆機正常施工。

航道鉆機；防浪涌裝置；緩沖氣缸；鉆桿；潛孔沖擊器

1 項目背景

隨著改革開放的不斷深入和擴大，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。

港口吞吐量內河水運貨運量的飛速發(fā)展帶來了港口建設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等水下工程施工中，為消除險灘礁石，拓寬挖深航道，需要進行水下鉆孔爆破作業(yè)。而船用鉆機作為鉆爆船的主要裝備，除需要適應各種不同的巖土特性、鉆孔孔徑、孔深以及疏浚方式外，還需適應江河或海面經常會起浪涌的特殊工作條件。

實際施工時，江河或近海的浪涌不僅降低了航道鉆機的鉆孔效率，而且還很容易造成鉆桿、沖擊器和鉆頭的損壞，甚至對鉆機造成更大的損壞。為了消除浪涌對鉆桿、沖擊器、鉆頭及鉆機的損壞，提高鉆進效率，由長江重慶航道工程局、中南大學機電工程學院智能機械研究所、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，該鉆機配備了一種防浪涌裝置，實際工程應用證明該防浪涌裝置工作正常有效[1]。

2 航道鉆機防浪涌裝置結構與工作原理

如圖1所示，航道鉆機防浪涌裝置主要包括動力頭滑架、溢流閥、防浪涌氣缸、拖動板等。動力頭滑架（件1）和拖動板（件4）安裝在鉆架上，通過鏈條推進拖動板（件4），拖動板（件4）通過防浪涌氣缸（件3）帶動動力頭滑架（件1），從而使鉆桿得到向下的推進力和向上的提升力。由于氣體的壓縮和膨脹性好，氣缸運動速度快，在拖動板和動力頭滑架之間能起到很好的緩沖連接作用。如果航道鉆機在起浪涌的時候施工，浪涌漲潮時船體上升，拖動板上升，由于設有防浪涌氣缸（件3），防浪涌氣缸活塞桿腔內的壓縮空氣膨脹，活塞桿縮回，不使防浪涌氣缸缸筒上升帶動動力頭滑架上升，從而不帶動鉆桿、鉆具上升，鉆頭仍可抵住孔底進行鉆進。在浪涌落潮時船體下降，拖動板下降，由于設有防浪涌氣缸（件3），防浪涌氣缸活塞桿腔內的壓縮空氣壓縮，活塞桿伸出，不使防浪涌氣缸缸筒下降帶動動力頭滑架下降，從而不帶動鉆桿、鉆具下降，避免它們受到很大的壓力，達到保護鉆具和鉆桿的作用。當潮差很大，活塞桿伸出很長，防浪涌氣缸（件3）內壓縮空氣的壓力升高過大時通過溢流閥 （件2）溢流，進一步起到保護作用。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，推進鏈條會受到很大的拉力。推進馬達推進力調節(jié)溢流閥調定的壓力可控制最大推進力，當鉆桿往上頂?shù)牧Υ笥谡{定的最大推進力時，溢流閥溢流，鏈條拉動推進馬達反轉，使鏈條、回轉動力頭、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，起到最終的保護作用。浪涌退去后，防浪涌氣缸（件3）內充入壓縮空氣使之復位繼續(xù)工作。

該防浪涌裝置具有以下明顯的優(yōu)點：

（1）結構簡單，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正常施工，大大提高了工作效率。

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

圖1 航道鉆機防浪涌裝置結構示意圖

3 航道鉆機防浪涌裝置參數(shù)設計

SWDW165航道鉆機鉆孔直徑范圍為105～180 mm，配有自動接卸鉆桿的卸桿器、鉆桿庫和套管壓緊裝置，鉆孔深度可達到平臺以下48m。根據實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壓力為5～15kN，5吋潛孔沖擊器推薦使用的推進壓力為6～17kN，6吋潛孔沖擊器推薦使用的推進壓力為7～20kN。為了使動力頭滑架受力均衡和方便布置，防浪涌裝置設有防浪涌氣缸2支。根據潛孔沖擊器推薦使用的推進力，鉆爆船正常工作浪涌潮高要求，設計防浪涌裝置的參數(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

空壓機供氣壓力 P1=2.07MPa

活塞桿端壓氣作用面積 A=2313mm2

正常工作時推進力 F1=2P1A=9576N

溢流時最大推進力 F2=2P2A=14803N

航道鉆機推進馬達推進壓力正常調節(jié)范圍為3～8MPa

8MPa時最大推進力 F3=20kN

從設計計算的參數(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力要求。內河浪涌潮高一般不會超過0.5m，而設計的防浪涌裝置在浪涌潮高小于0.6m時，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，當浪涌潮高大于0.6m時，盡管有推進壓力溢流閥的保護，無論從鉆機使用安全需要的考慮，還是船舶安全要求的考慮，建議停止鉆機工作，提升鉆桿、沖擊器和鉆頭。

4 航道鉆機防浪涌裝置的應用實效

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

圖2 SWDW165航道潛孔鉆機在安慶太子磯施工現(xiàn)場

2008年，六臺SWDS165海上潛孔鉆機（如圖3）在泉州灣航道拓深炸礁工程中，在有風時潮高達到0.5m，同樣由于配有防浪涌裝置，可以連續(xù)工作[2]。因為水深，要求鉆孔也深，配置了高風壓空壓機，平均每分鐘可鉆進0.6m，比以前老式航道鉆機快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中一舉中標。

圖3 SWDS165海上潛孔鉆機在泉州灣海上航道施工現(xiàn)場

2009年，兩臺SWDW165航道潛孔鉆機（如圖4）參加國家重點工程——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，在有風時潮高達到0.35m，兩臺航道鉆機仍不分晝夜地連續(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。

圖4 SWDW165航道潛孔鉆機在三峽庫區(qū)施工現(xiàn)場

5 結束語

航道潛孔鉆機廣泛應用于江河航道、沿河航道和碼頭建設等水下礁石的工程爆破鉆鑿，為了給航道清除水中障礙，同時又適應江河或海面經常會起浪涌的特殊工作條件，由長江重慶航道工程局、中南大學機電工程學院智能機械研究所、湖南山河智能機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。

天水風光

航道鉆機在整個鉆孔過程中，由于潮水漲落，船舶上下浮動，鉆桿不時上升和下降。防浪涌裝置的作用是隨著鉆桿的上升和下降進行反轉和正轉，保持鉆具對巖石的正常壓力。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動而伸縮，起到緩沖浮動補償作用，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,蔣海華,何清華,謝武裝．SWDW165型航道潛孔鉆機[J]．工程機械，2008（5）：10～12．

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

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

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