戴圣海，彭儒金，邱 華，劉 志

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

0 引言

目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)鉆塔系列眾多，從結(jié)構(gòu)上可分為人字塔、四角塔、龍門塔、管子塔等，起塔方式一般為機(jī)械式、組裝式、液壓式等，此類鉆塔大多只能滿足垂直孔或90°～75°之間的傾角鉆孔，而且鉆塔的安裝非常耗時(shí)。要實(shí)現(xiàn)更大傾角的鉆孔，則需要使用價(jià)格相對(duì)昂貴的大型全液壓鉆機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。全液壓鉆機(jī)打孔方法使生產(chǎn)成本大幅提高，但由于受到施工環(huán)境的制約，大型全液壓鉆機(jī)因需要較寬的行走路面而加大了搬遷難度。為解決這一問題，市場(chǎng)上出現(xiàn)一種輕便式鉆塔，這種鉆塔安裝在鉆機(jī)上，雖然可滿足大傾角需要，但是由于結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)不成熟，在使用時(shí)常遇到提升不穩(wěn)，提升力不夠，無(wú)法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力起拔等現(xiàn)象，因而在市場(chǎng)上難以得到大規(guī)模普及。結(jié)合各種鉆塔的特點(diǎn)，筆者以XY－44A型鉆機(jī)為載體，研制了XY－44AT型塔機(jī)一體鉆機(jī)，不但大大方便了斜孔的鉆進(jìn)，同時(shí)使垂直孔的鉆進(jìn)效率也得到較大提高。

1 鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本鉆塔采用多種新型結(jié)構(gòu)，與同類鉆塔相比，具有更強(qiáng)的適用性、穩(wěn)定性和安全性。鉆塔結(jié)構(gòu)如圖1所示，其特點(diǎn)如下。

圖1 塔機(jī)一體鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意

(1)采用雙油缸起塔，增加了起塔的平穩(wěn)性。

(2)裝、拆、遷非常方便，使用安全可靠。

(3)下塔架與鉆機(jī)相連，且可以繞升降機(jī)軸中心旋轉(zhuǎn)，便于斜孔的施工。

(4)上塔架與天車相連，天車滑輪固定在滑板上，滑板可以在天車架上滑動(dòng)，天車油缸伸長(zhǎng)時(shí)，推動(dòng)滑板滑移，補(bǔ)償?shù)准芑茣r(shí)產(chǎn)生的讓開孔位移，使鉆桿的加接、鉆具的提升和下降更加方便。

(5)天車采用鋼索后拉和天車斜桿支撐，可大大提高鉆塔起鉆時(shí)天車梁的負(fù)載能力，減小鉆具升降作業(yè)時(shí)鉆塔的振動(dòng)，提高鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。

(6)增加液壓副卷?yè)P(yáng)，大大降低操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，降低能量損耗。

(7)塔座使用三轉(zhuǎn)臂梁支撐，保證鉆塔旋轉(zhuǎn)的同心度，分散起鉆力和鉆塔重力對(duì)鉆機(jī)機(jī)架的壓力，提高鉆機(jī)使用壽命和安全性。

2 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2．1 鉆塔

為實(shí)現(xiàn)6 m長(zhǎng)主動(dòng)鉆桿提升的需要，鉆塔名義高度設(shè)計(jì)為10.6 m。為簡(jiǎn)化生產(chǎn)及方便搬遷，圖1中的下、中、上塔架之間用高強(qiáng)度螺栓連接成整體。下塔架通過(guò)鉆塔底座與鉆機(jī)相連，上塔架與天車相連。為減輕上塔架質(zhì)量，將其設(shè)計(jì)為梯形結(jié)構(gòu);天車與上塔架之間設(shè)置斜支撐桿，該斜支撐桿的長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，從而有效承載天車的懸臂提升力。

為方便操作人員進(jìn)行提引器與水龍頭的結(jié)合、分離操作，在中塔架上設(shè)計(jì)了吊籃。鉆塔在地面組裝好后，通過(guò)液壓閥的操縱，鉆塔便在起塔油缸的緩慢伸長(zhǎng)過(guò)程中，繞著升降機(jī)中心作0°～90°旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)至需要鉆進(jìn)的角度時(shí)，停止操作，起塔油缸在自帶液壓鎖的作用下，牢牢支撐住鉆塔進(jìn)行作業(yè)。因此，操作非常方便，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率。

2．2 鉆塔底座

鉆塔底座為連接鉆塔與鉆機(jī)的過(guò)渡裝置。為實(shí)現(xiàn)鉆塔從水平至垂直位置任意角度的變化，鉆塔底座通過(guò)圖2中的轉(zhuǎn)臂與升降機(jī)及分動(dòng)箱以轉(zhuǎn)動(dòng)副的形式相連，因此其能繞升降機(jī)的軸心線做0°～90°之間角度旋轉(zhuǎn)。鉆塔底座上焊有拉環(huán)，用以穿過(guò)斜拉鋼索，拉環(huán)右邊為鉆塔的安裝位置，左邊為液壓副卷?yè)P(yáng)的安裝位置。

圖2 鉆塔底座示意

2．3 天車

天車設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想是在保證其強(qiáng)度和剛度的前提下，增加其承載能力。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。天車支架由2根槽鋼及兩端封板焊接而成，支架上裝有油缸，油缸前部與滑塊相連，繩索旋轉(zhuǎn)器與滑輪總成固定在滑板上，滑塊通過(guò)油缸的伸縮在支架上來(lái)回滑移，帶動(dòng)與繩索旋轉(zhuǎn)器與滑輪總成相連的動(dòng)滑輪前后移動(dòng)，從而起到讓開孔口的作用，滿足了普通鉆進(jìn)、繩索取心鉆進(jìn)等多種鉆進(jìn)工藝的需要。為實(shí)現(xiàn)液壓副卷?yè)P(yáng)打撈巖心的需要，將動(dòng)滑輪置于天車前端。

圖3 天車總成示意

為保證塔架及天車在起鉆時(shí)的平穩(wěn)性，在塔架上部設(shè)計(jì)了斜拉鋼索架、2根斜撐桿及斜拉鋼絲繩。斜拉鋼索架用螺栓固定在天車支架上，斜拉鋼絲繩分別固定在支架兩邊的鋼繩拉板上，另一端繞過(guò)斜拉鋼索架上的鋼索滑輪后，固定在塔架底座的拉環(huán)上。斜撐桿一端連接在支座上，另一端連接在上塔架的支座上。

2．4 液壓系統(tǒng)

為提高液壓化程度，降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鉆進(jìn)效率，該塔架一體在主機(jī)液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，串聯(lián)一個(gè)二位三通閥，見圖4所示。當(dāng)要進(jìn)行鉆塔的起降、天車油缸的伸縮及液壓副卷?yè)P(yáng)的操作時(shí)，通過(guò)操作二位三通閥手柄，將液壓油進(jìn)行切換。其中的三聯(lián)組合液壓閥，分別控制3組執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng);天車油缸的行程與鉆機(jī)底架一致;通過(guò)起塔油缸控制塔架的起降。

圖4 液壓管路圖

3 鉆機(jī)的實(shí)際使用情況

該鉆機(jī)研制成功后，經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的檢驗(yàn)，各技術(shù)參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。目前，該鉆機(jī)已進(jìn)入國(guó)內(nèi)多個(gè)礦區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，并遠(yuǎn)銷馬來(lái)西亞等國(guó)，為用戶創(chuàng)造了良好的生產(chǎn)效益。

2013年，XY－44AT型塔機(jī)一體鉆機(jī)在張家界花垣地區(qū)進(jìn)行找礦工作，該工地地層以灰?guī)r為主，采用繩索取心鉆進(jìn)工藝，開孔直徑110 mm，終孔直徑75 mm，最終鉆進(jìn)孔深1050 m。

2014年，XY－44AT型塔機(jī)一體鉆機(jī)在郴州市臨武縣鎢礦工地采用繩索取心金剛石鉆進(jìn)方法，鉆孔傾角85°，終孔直徑75 mm，終孔孔深度1121 m。

圖5為該鉆機(jī)在馬來(lái)西亞的施工現(xiàn)場(chǎng)照片。

該鉆機(jī)因具有節(jié)省鉆塔搭建時(shí)間、方便大角度斜孔鉆進(jìn)及鉆塔底架占地面積相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)，受到用戶的廣泛好評(píng)。通過(guò)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)跟蹤服務(wù)，結(jié)合用戶提出的合理化建議及收集到的市場(chǎng)信息，我們先后對(duì)鉆塔進(jìn)行了一些優(yōu)化，如在塔架上設(shè)計(jì)了方便施工人員攀援的塔梯;天車滑輪材料換為尼龍，不斷提高其使用性能。

圖5 馬來(lái)西亞施工現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié)語(yǔ)

XT－44AT型塔機(jī)一體鉆機(jī)以XY－44A型巖心鉆機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了可液壓起降的鉆塔，并增加了液壓副卷?yè)P(yáng)，整機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、科學(xué)合理，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用表明，大大提高了鉆機(jī)操作的方便性和斜孔鉆進(jìn)的施工效率，節(jié)省了施工成本。

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