HHLJ—Ⅱ型冰凌开孔器在黄河冰凌爆破中的首创应用
2011-04-28李荣生宫立新
刘 启 李荣生 宫立新
（山东东营利津黄河河务局 257400）
1 引言
黄河安危，事关大局。黄河下游凌汛特点是：凌汛变化急速复杂，险情突然，难以预测，且天寒地冻，取土困难，猝不及防，危害严重。据《黄河志》的资料：1875～1955年的80年间，有29年发生凌汛决溢，三年两决，有近一半是凌决。历史上决口频繁，灾情严重，造成附近各村庄尽成泽国，房屋倒塌无数，淹毙的人口、牲畜难以数计。黄河凌汛造成的灾难和损失，令人触目惊心。因此，黄河防凌工作至关重要。
黄河若遇“武开河”是极其危险的，唯一有效、实用的方法就是选择最佳时机爆破冰凌，疏通河道，打酥打透，扩大断面，增大排冰能力，疏导冰凌下泄，防止冰凌堵塞壅水，造成洪水溃堤决口。为确保黄河安全顺利度过凌汛期，爆破冰凌极为重要。
从长期经验来看，下游爆破冰凌最佳时机是在上游开河来冰到达前的4天左右。因此，下游爆破最佳时机只有3天左右。爆破前，破冰开孔工具与效率是影响爆冰的关键因素。传统开凿冰孔是由黄河沿线众多民兵用洋镐、冰镩等工具进行作业。用人多、效率低、时间长、强度大，且十分危险。更关键的是易贻误爆破良机，给防凌造成不可估量的损失。为此，我们创制了HHLJ—Ⅱ型冰凌开孔器。
2 冰凌的概念、特性
自然界中的水有三种状态：液态称水，气态称水汽，固态称冰。冰在0℃时体积最大。冰的熔化热为3.35×105J/kg。冰的抗压强度为0.3～5.5MPa/cm2；抗剪强度约为抗压强度的1/2；弹性模量平均为53MPa。为此，开孔器选择耐磨、高强度刃刀器材，以满足冰凌特性指标。
3 HHLJ—Ⅱ型冰凌开孔器结构
HHLJ—Ⅱ型冰凌开孔器由连接轴、开孔器、刃刀、定位钻和螺母构成。
4 发电机、工程钻性能指标、特点
4.1 发电机
选用雅马哈EF4600型发电机，一台发电机可供两个开孔器用电（每组3人，一机两器）。
a.技术参数。额定电压220V；额定频率50～60Hz；输出功率3.5～4.0kW；额定电流15.9～18.2A。
b.特点。ⓐ可提供优质的电力；ⓑ轻巧、方便；ⓒ噪音低；ⓓ耗油低。
4.2 工程钻
选用ZIZ—90型手持式工程钻。
a.技术参数。开孔范围φ165～220；额定电压220V；额定频率50～60Hz；输入功率1280W；空载转速1800r/min。
b.特点。安全可靠、效率高、运转平稳、超负荷时能自动离合。
5 冰凌开孔器的选材、制作与组装
5.1 选材
开孔器选用高强度优质无缝钢管与板材。钢管高300mm，外径200mm，壁厚4mm；板材直径196mm，厚5mm；20mm×6mm×6mm 碳钢（SK）或高速钢刃刀 8件；经切割、钻孔、焊接、磨制、车床加工而成。
5.2 开孔器部件制作
5.2.1 连接轴制作
连接轴选φ55、长80mm的优质圆钢。A端攻锥度内丝直径 30mm，深 30mm；B端攻内丝直径 16mm，深25mm。C段车削尺寸φ50，长80mm；D段车削尺寸φ40并套丝（同32标准螺母内丝），长20mm。加工时，纵向轴心必须同圆同心，防止运转时发生摆动（见图1）。
5.2.2 开孔器制作
高300mm，外径200mm；顶部用5mm钢板焊封，在顶端中心钻孔攻丝定型为φ40，周围钻孔8个φ30孔；器壁开消阻溢屑（水）窗4个（椭圆形）；在开孔器底端等距离开槽将刃刀焊固，其宽度大于筒壁2mm（分内、外）。并分8个区段开锯齿各9个，锯齿为内、正、外三形。开孔器制成总高305mm（包括刃刀）（见图2）。
5.2.3 定位钻的选用、制作与作用
a.选用。选用φ18、长360mm的电锤钻头。
图1 连接轴示意图
图2 开孔器示意图（单位：mm）
b.制作。将电锤钻柄切割、套丝加工成φ16，丝距长20mm。丝距与连接轴B端内丝须配套（反丝）。定位钻制成总长340mm。
c.作用。快速定位、防滑。避免开孔器初始启动状态不稳定的多方位滑动，避免发生意外伤害事故。
5.3 组装
连接套A端内丝与ZIZ—90钻固接；B端与开孔器、定位钻丝接，并用32螺母拧紧牢固。
6 开孔器简述
开孔器是一种具有快速切削、排屑、成孔、高速旋转能力的专用器具。
7 技术性能指标
输出功率1.1kW，转速1200r/min，总质量不大于8kg，操作人员不多于1人，开孔效率4个/min。开孔器可根据实测冰厚与要求，制成不同高度。
8 开孔器的原理、特点和作用
8.1 原理
该开孔器由发电机提供电力，利用手持式工程钻高速旋转带动其刃刀快速切削冻冰，借锯齿、消阻溢屑窗将冰屑或水搅动排出，定位钻定位防滑，快速完成冰凌打孔成型。
8.2 特点
该开孔器结构合理、体积小、易操作，省工、省时、高效、安全，使用寿命长。
8.3 作用
该开孔器主要用于黄河防凌中的普查、断面观测与“武开河”爆破前冰凌打孔（适用各类冰凌圆形开孔）。
9 维护保存
清污、涂油、拆卸分离，在专用箱套件集中存放保管。闲时发电机、工程钻可移作它用，以发挥其更大使用价值。
10 开孔器试验、时效计算与效益分析
10.1 试验
试验冰厚25cm，冰面宽210m，孔距10m，打孔20个。实验结果：开孔器用时5min，平均4孔/min；而传统的人工开凿用5人，用时100min，平均1孔/5min。
10.2 时效计算
黄河冰凌爆破，按照“宽河道不破、窄河道破”原则，利津“窄胡同”河道属必须爆破段落。河道总长30km，冰面宽310m，冰厚25cm。爆破前布设：按行距30m排列，孔距10m，每行打孔30个。共计30000÷30＝1000行，30×1000＝30万个（20世纪70年代实例）。
a.传统的人工开凿用时：12×8×125＝12000 孔/天；30000÷12000＝2.5 天。
b.开孔器四组（4机、8器、12人） 用时：4×60×8×8＝15360 孔/天；30000÷15360＝2 天，（实验数据计算）。
10.3 效益分析
分析情况见表1～表3。
从表1可以看出，使用该器具有以下特点：
表1 传统人工开凿与开孔器费用比较
表2 开孔器构成价值
表3 传统人工与开孔器效率比较
a.效益可观。仅器具与人工两者之间比较就节约人工113个，人工费一天就节省3.51万元，说明其创造的经济效益十分理想。
b.抢得先机。开孔器比人工提前1天，抢得爆破先机，为防凌爆冰赢得不可估量的社会效益和经济效益。
c.重复创值。开孔器虽比传统人工高1万元，但发电机与电钻闲时可作他用，继续创造价值，并可重复使用。
d.安全性好。可减少在冰面上高危性作业的大量人员，避免、降低意外伤害事故几率的发生。
从表2可看出：开孔器制造成本低。
从表3可看出：开孔器比传统人工提高效率20倍，缩短开孔爆冰时间1/3天，为爆冰除险赢得先机。
开孔器在爆破冰凌使用中发挥了巨大作用，且省工、省时，高效、安全，为避免发生凌汛灾害所产生的社会效益、防洪效益难以计算。
11 结语
应用HHLJ—Ⅱ型开孔器，为防凌爆破赢得了宝贵时间，节省了大量人力、物力、财力，降低了意外伤害发生几率，为消除黄河凌汛危害、高效完成爆破任务发挥了巨大作用，应大力推广使用。■
