楊付偉，魯建軍

（連云港黃海機械股份有限公司，江蘇 連云港 222062）

0 前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，對于公路、橋梁、高層建筑的施工，特別是大口徑基礎(chǔ)樁孔施工尤為重要。為了適應(yīng)市場需要，研制一種新型高效的工程鉆機已迫在眉睫。針對傳統(tǒng)工程鉆機，其生產(chǎn)制造周期長，自動化程度低，操作者勞動強度大，施工效率低等弊端。我公司根據(jù)現(xiàn)有市場需要，在多年全液壓巖心鉆機和傳統(tǒng)工程鉆機生產(chǎn)制造經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，同時結(jié)合全液壓煤層氣鉆機的設(shè)計理念，研制設(shè)計成功GYD－20型全液壓動力頭工程鉆機。該鉆機設(shè)計合理，自動化程度高，操作者勞動強度低，性能優(yōu)越，鉆機易于操作，便于維修。

1 設(shè)計思路

通過市場調(diào)研，根據(jù)用戶需要，我公司對現(xiàn)有GM－20A、GQ－15A工程鉆機的結(jié)構(gòu)、性能做利弊分析，充分利用成熟的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，設(shè)計出了GYD－20型全液壓動力頭工程鉆機。鉆機的設(shè)計定位型式為動力頭在0～5m范圍內(nèi)滑移，其工作能力為：最大鉆孔直徑2m，最大鉆孔深800m，立軸最大回轉(zhuǎn)扭矩為36kNm。該鉆機按全液壓鉆機基本構(gòu)架型式設(shè)計。

GYD－20型全液壓動力頭工程鉆機構(gòu)成部件有：動力頭、左右桅桿、中機架、底座、夾持卸扣器、給進油缸、步履油缸、吊具、動力、操作柜等部分（詳見圖1）。

2 鉆機重要部件的設(shè)計

2.1 全液壓動力頭

全液壓動力頭為兩變量馬達驅(qū)動，由馬達將動力傳遞至一級齒輪，大齒輪與主軸通過鍵聯(lián)接，使主軸輸出扭矩。在動力頭箱體兩端通過聯(lián)接盤分別安裝一個大行程的給進油缸，給進油缸安裝有平衡閥，可以保證兩個給進油缸同步運動，同時利用閥組與先導(dǎo)手柄的配合來控制液壓油進入油缸流量的大小，從而實現(xiàn)動力頭的快速提升以及工作給進。

在兩給進油缸驅(qū)動下，動力頭沿左右桅桿導(dǎo)軌面滑移，動力頭的給進行程為5m。

動力頭主要由輸入齒輪、輸出大齒輪、兩個變量馬達、主軸及箱體等組成（見圖2）。在兩個變量馬達的驅(qū)動下，使動力頭箱體內(nèi)輸入軸齒輪與輸出大齒輪形成一級齒輪減速裝置。通過兩齒輪嚙合傳動將來自兩個變量馬達的動力傳至主軸，從而主軸輸出扭矩。主軸帶動鉆桿，實現(xiàn)鉆機鉆孔。由于采用了變量馬達，可實現(xiàn)主軸無級調(diào)速，從而滿足不同工況的需求。為了使鉆機承載能力高，齒輪使用壽命長，兩傳動齒輪齒面采用滲碳等熱處理技術(shù)。

2.2 液壓吊車組件

液壓吊車由卷筒、吊臂、吊鉤、滑輪、擺角油缸等部件組成，卷筒由馬達驅(qū)動，在鉆機施工中，通過吊臂前推油缸與吊臂擺角油缸相互配合，可實現(xiàn)吊鉤對正孔口中心，馬達帶動卷筒轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)鉆具的吊裝，具體結(jié)構(gòu)見圖3。

圖1 GYD－20型鉆機裝配圖

圖2 全液壓動力頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 液壓吊車組件示意圖

2.3 液壓系統(tǒng)

鉆機液壓系統(tǒng)由雙聯(lián)泵、液壓馬達、液壓油缸、各換向控制閥組、液壓油箱、高壓油管、壓力表及液壓操縱柜等組成。配置液壓泵組、閥組、馬達均選用知名進口品牌，各液壓油缸均由專業(yè)公司設(shè)計制造，保證了安全性、可靠性，具體結(jié)構(gòu)見圖4。

3 鉆機主要技術(shù)參數(shù)

最大鉆孔直徑達2000mm，最大鉆孔深度800m，主軸最大回轉(zhuǎn)扭矩36kNm，最大提升力1000kN，給進油缸行程5000mm，移開孔口距離1500mm，液壓系統(tǒng)額定壓力28MPa，電動機功率110kW，轉(zhuǎn)速1480r／min，外形尺寸工作狀態(tài)5760mm×2500mm×10370mm，運輸狀態(tài)10580mm×2500mm×2810mm，鉆機質(zhì)量17500kg。

4 鉆機的優(yōu)點

（1）液壓傳動的動力頭可實現(xiàn)無級調(diào)速，操作性好，鉆機操作手柄均集中安裝于操作柜上，降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。

（2）左右桅桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)工程鉆機鉆塔，左右桅桿下端與桅桿支座鉸鏈連接同時配有起塔油缸（帶平衡閥）保證左右桅桿起落同步，方便鉆機運輸和施工。

（3）配有可以滑移的夾持卸扣器，鉆機工作時夾持卸扣器離開孔口位置，當(dāng)換鉆桿時，在滑移油缸作用下，使其沿滑道前移至孔口中心，四個夾緊油缸同時作用，通過卡瓦將上下兩根鉆桿分別夾緊，此時操縱卸扣手柄，在卸扣油缸作用下，松開鉆桿，實現(xiàn)卸扣目的，減輕了操作者勞動強度。

（4）鉆機的中機架及底座均用槽鋼與鋼板組焊而成，承重能力強，其上固定著鉆機上所有部件（見圖1）。

圖4 液壓系統(tǒng)示意圖

（5）通過安裝于中機架與底座之間的移動油缸與鉆機上步履油缸總成相互配合，使鉆機可完成前進，動力頭離開孔口中心的動作。鉆機單步行走可達1.5m。方便了鉆機移孔，降低了生產(chǎn)成本及工人的勞動強度。

（6）吊具組件上端通過過渡接頭安裝于動力頭主軸上，下端用于連接鉆桿，配合液壓動力頭、給進油缸的動作，來完成鉆具的吊裝，取代傳統(tǒng)工程鉆機的機械主卷揚機和滑輪組件。

（7）左右桅桿均由型鋼和鋼板焊接而成，桅桿上有全液壓動力頭滑移的軌道，軌道面經(jīng)淬火處理，保證軌道面硬度和耐磨性。在給進油缸（最大行程5m）作用下，全液壓動力頭可在桅桿軌道面上滑移，使動力頭一次完成鉆進深度達5m。為了保證動力頭在左右桅桿上滑移順暢，左右桅桿之間有連接橫承（三個腰帶）組件。為了減少兩個給進油缸工作時振動，在兩油缸缸體間設(shè)置夾緊組件（兩個）及副支撐（兩個）。

（8）GYD－20型全液壓動力頭工程鉆機結(jié)構(gòu)簡單，可操作性好，操作者的勞動強度低，安全性高，生產(chǎn)制造成本低，生產(chǎn)周期短。

5 結(jié)論

GYD－20全液壓動力頭工程鉆機在神華礦業(yè)集團大口徑煤層通風(fēng)孔的施工中，經(jīng)受了實際考驗，性能達到了設(shè)計要求，用戶反映良好。

［1］成大先.機械設(shè)計手冊（第5卷）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［2］顏榮慶、李自光、賀尚紅.現(xiàn)代工程機械液壓與液力系統(tǒng)［M］.北京：人民交通出版社，2008.

［3］王積偉.液壓傳動［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.