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        工程鉆機應用研究

        2021-11-10 12:48:47王帥
        科學與生活 2021年4期
        關鍵詞:變速箱系統(tǒng)

        王帥

        [摘要]本文通過分析現(xiàn)階段工程鉆機的應用情況,歸納了目前工程鉆機應用與推廣中存在的問題,以GCPS-20型工程鉆機為例提出了工程鉆機在應用和推廣中的一些建設,總結了該研究成果,為工程鉆機的應用推廣研究提供了依據(jù)。

        [關鍵詞] 工程鉆機;系統(tǒng);變速箱

        隨著國家基本建設的投入持續(xù)增長,尤其是像奧會奧運場館等一批國家重點項目的陸續(xù)啟動,將對工程鉆機技術要求更高、鉆機不僅要具有高效性、環(huán)保性,更要具有復合性。通常使用的工程鉆機在工作時只有鉆進,當遇到較為堅硬的巖石層,如卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖石地層,就不得不改變鉆進方位,或另鉆它孔。

        1.國內外研究現(xiàn)狀

        隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展,各類建筑和工程施工的數(shù)量激增,工程難度日益加大,質量要求越來越高,極大的推動了各類基礎處理施工技術的發(fā)展,尤其是近 20 年來,由于建筑的大型化和高層化,各種處理范圍廣,效率高,污染少,成本低的深基礎施工工法,如大型旋挖樁、地下連續(xù)墻、各種錨固、高壓旋噴、深層攪拌等已成為基礎工程施工的重要手段。而現(xiàn)有國產(chǎn)基礎施工設備效率低下,污染嚴重,不能適應新施工技術的要求,施工企業(yè)一直在大量進口該類設備。加大開發(fā)適合我國國情的新型基礎工程施工鉆機的力度,滿足市場急需,替代進口,是該類設備制造業(yè)的首要任務。

        2.存在的主要問題

        工程鉆機是在我國改革開放后才得以蓬勃發(fā)展的,但大部分鉆機主要是在原水井鉆機的基礎上演變過來的,鉆機直徑較小。這幾年向大型化發(fā)展趨勢非常明顯,過去只能鉆1.5~2m孔徑的鉆機已不能滿足要求,能完成2.5~3m孔徑的鉆機生產(chǎn)企業(yè)較少,大扭矩、大功率配置是這類鉆機的特點。目前這類鉆機仍以轉盤式泥漿正循環(huán)或泵吸反循環(huán)形式為主,多采用門形鉆塔,型鋼底盤散裝形式,鉆孔直徑增大后,轉盤、卷揚機等部件都隨之增大,使整機更為笨重、龐大,而且鉆機直徑增大后,落后的泥漿循環(huán)鉆進工藝對環(huán)境污染更為明顯,不少地區(qū)出現(xiàn)了限制使用的情況,這就限制了這類鉆機的發(fā)揮。

        3.以JCPS-20型工程鉆機為例

        3.1方案設計

        在這一階段,要按選擇最優(yōu)方案所需的技術—經(jīng)濟論證來制定產(chǎn)品總體和主要部件方案,同時要確定關于工作原理、可靠性和強度的問題范圍,這些問題必須加以研究,有些要得到實驗驗證。要對不致太大影響技術任務書中規(guī)定的設計對象,它的最終主要指標的那些結構要素作近似計算。如果想在有接近于設計對象的實際樣機,就可以不經(jīng)過計算而擬訂各個機構要素,但在方案設計中,為了進行于選擇最優(yōu)設計方案有關的技術—經(jīng)濟計算,必須充分精確地估計對最終結果有影響的參數(shù)。

        在確定設計原理方案時,還必須體現(xiàn)機械工業(yè)的技術發(fā)展政策。根據(jù)機械的實際工作情況,盡量采用微電子技術和新型材料,設計機電一體化產(chǎn)品。

        3.2技術設計

        在技術設計中,要擬定設計對象的總體和部件,具體確定零件的結構,對所設計的機械產(chǎn)品提出的要求是:制造和維護經(jīng)濟,操縱方便而安全,可靠性高,使用壽命長,為了能達到這些要求,零件應滿足一些準則,簡而言之,可以用:“明確、簡單、安全”六字來表達。

        4.系統(tǒng)原理

        GCPS-20型工程鉆機的系統(tǒng)主要由傳動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電動系統(tǒng)、工具系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。其中傳動系統(tǒng)是指電機的動力經(jīng)皮帶傳至變速器,變速器為一進三出結構,一路輸出經(jīng)齒輪傳至主副卷揚機;一路輸出至減速器,經(jīng)由萬向軸傳至轉盤,供回轉鉆進;一路輸出經(jīng)鏈輪傳動沖擊卷揚機,供沖擊提升。氣動系統(tǒng)是指空壓機輸出壓力氣,由空氣包至氣控箱,分兩路經(jīng)操縱閥控制,傳至沖擊卷揚機兩只氣胎離合器,完成沖擊提升及降落。電氣系統(tǒng)是指控制電機啟動及關閉,為氣動系統(tǒng)提供電源控制,為操縱箱提供控制系統(tǒng)。工具系統(tǒng)是指游動滑車、水龍頭、主動鉆桿、孔內鉆桿、加重塊、刮刀鉆頭、墊叉組成回轉鉆進工具系統(tǒng)。游動滑車、水龍頭、孔內鉆桿、沖擊排渣管、沖擊鉆頭、孔口導向工具、墊叉組成沖擊鉆進工具系統(tǒng)。

        5.各部件功能

        5.1轉盤

        轉盤用于驅動主動鉆桿及鉆具回轉,轉盤系一級圓錐齒輪傳動機構,通過大錐齒、轉臺、大、小補心驅動鉆桿工作。

        5.2減速器

        減速器是進一步降低轉速、提高扭矩而設計的,有兩檔變速,由雙聯(lián)滑動齒輪實行。

        5.3變速箱

        變速箱為二軸一級變速箱,有三檔變速,由單、雙聯(lián)齒輪滑移實現(xiàn)變速。變速箱內有正、反轉裝置,由雙向牙嵌離合器實現(xiàn),單向牙嵌離合器實現(xiàn)卷揚機離合。

        5.4主、副卷揚機

        主、副卷揚機均為行星式卷揚機,靠制動行星輪來實現(xiàn)鉆具的提升。

        5.5底座

        底座由滑臺、下座、油缸、孔口板組成,轉盤、卷揚機組固定于滑臺上,鉆塔固定于下座上,油缸一段固定于滑臺,另一端與孔口板相聯(lián),油缸用于滑臺的后移和孔口板開合

        5.6鉆塔

        鉆塔用于懸掛游動滑車、水龍頭和提升器等提升設備,結構形式為“n”型,鉆塔內設有導向槽和主動鉆桿后置懸掛裝置,導向槽用于水龍頭導向,懸掛裝置用于換接鉆桿時主動鉆桿不落地。鉆塔起落由油缸完成。

        6.錐齒輪的計算

        7.研究結論

        這臺JCPS-20型工程鉆機是集回轉、沖擊鉆進工藝于一體的多功能復合型鉆機,用轉盤回轉鉆進時可用于第四世紀覆蓋層,沖擊鉆進時可用于卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬層地層,最大鉆孔直徑為2000毫米,鉆機為機械傳動,機械液壓操作,操作方便、可靠。動力為電機,主、副卷揚機均采用行星式卷揚機構,提升能力強,輔助水龍頭后置懸掛裝置,主動鉆桿不落地,減輕勞動強度,縮短輔助作業(yè)時間。

        [參考文獻]

        [1]成大先.機械設計手冊[M]第一卷、第二卷、第三卷.北京:化工工業(yè)出版社,2018

        [2]賀利樂.機械系統(tǒng)動力學[M].北京:國防工業(yè)出版社,2014

        [3]焦健.鐵路工程地質鉆機的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化,2020(12):120-125.

        [4]盧玉忠,尤克強,吳艷,張發(fā)智.水井鉆機和工程鉆機的現(xiàn)狀及展望[J].探礦工程(巖土鉆掘工程).2004(7):33-34.

        山東協(xié)和學院 工學院 山東濟南 250109

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