大孔径分体臂式潜孔钻机
2012-12-01陈欠根赵宏强
谭 荣，陈欠根,2，赵宏强 ,2
（1.湖南山河智能机械股份有限公司技术中心，湖南 长沙 410100；2.中南大学机电工程学院，湖南 长沙 410083）
大孔径分体臂式潜孔钻机
谭 荣1，陈欠根1,2，赵宏强1,2
（1.湖南山河智能机械股份有限公司技术中心，湖南 长沙 410100；2.中南大学机电工程学院，湖南 长沙 410083）
介绍了大孔径分体臂式潜孔钻机的应用、功能、技术参数、技术特点、结构以及工作原理。
潜孔钻机；大孔径分体；臂式
1 概述
潜孔钻机广泛应用于冶金、煤炭、建材、铁路、水电建设、国防施工及土石方等工程爆破孔钻凿作业中。传统的大孔径潜孔钻机绝大部分钻机和空压机为一体式，机器重量重、体积大，移动不方便，机动性能差。钻机和空压机易受钻孔时产生粉尘的影响，容易磨损，维护成本高，使用寿命短。另外因为大孔径潜孔钻机的钻杆粗和长，钻架大和高，所以传统的大孔径潜孔钻机都采用固定式钻架或仰俯式钻架，不能调整钻孔角度或调整角度范围小，不能满足多方位钻孔的需要，一次行走定位只能钻一个孔，作业范围小，辅助作业时间长。
湖南山河智能机械股份有限公司与中南大学研制了一种钻机与空压机分开，机器重量轻、结构简单、移动方便、机动性好，钻架采用臂架式，能满足多方位钻孔要求，一次行走定位能钻多个孔，作业范围广，钻机与空压机受钻孔产生的粉尘影响小，机器不易磨损，维护保养方便，使用寿命长，能耗低、效率高、操纵轻便灵活、使用成本低的大孔径分体臂式潜孔钻机。
2 技术参数
钻孔直径 152～255mm
钻孔深度 0～24m
适应岩石 普氏f8～18
钻具转速 0～50 rpm
工作臂长 2200 mm
举升角度 -30～50°
摆动角度 -45～20°
推进轴压 4000～20000N
推进行程 4.38m
补偿行程 1200mm
前倾角度 140°
翻转角度 -90～20°
回转扭矩 6000Nm
提升速度 22m/min
提升能力 75kN
钻杆直径 146mm
钻杆长度 单根4000mm
钻杆库容量 5根钻杆
冲击器型号 HD85
钻头型式 柱齿整体式HD85-203
捕尘方式 湿式除尘
行走方式 液压、履带、自行
轮距 2745 mm
轨距 2312 mm
履带宽度 350 mm
离地间隙 480 mm
履带架摆动角度 ±10°
行走速度 2.7 km/h
爬坡能力 25°
工作气压 1.38～2.5MPa
压气总耗量 28m3/min
装机容量 75kW
主气管内径 （2寸）50mm
轮廓尺寸(长×宽×高)
工作状态 7790×2945×7800 mm
运输状态 9040×2945×3400 mm
总重量 17吨
3 技术特点
SWDF200大孔径分体臂式潜孔钻机，把重量重、体积大的空压机不直接装到钻机上。空压机的移动可由钻机拖挂在后面进行移动，采用标准的拖轮式移动空压机，性能可靠，维修方便。
同时，SWDF200大孔径分体臂式潜孔钻机还具有以下特点：
（1）驾驶室具有开阔的视野和友好的用户界面，能最大程度地减轻操作者的疲劳程度，并提供最佳舒适性。钻机所有的操纵、姿态调整、钻孔位置选定都由先导操纵手柄集中控制，带冷暖空调的人机工程设计司机室，大大改善了劳动条件，所有的指示灯、报警灯安装于同一面板，司机对作业情况一目了然。驾驶室设有冷暖空调，密封好，防止室外粉尘进入室内，改善了工人的工作条件。
（2）采用高可靠性履带行走机构，液压调平机构，钻具回转采用液压马达，滑架起落采用液压缸支撑。最大限度地提高了工作效率及钻机的工作面适应能力。
（3）冲击器、钻杆自动拆装机构，采用两对夹持牢固的液压缸，确保了开孔和钻进过程中钻杆的有效导向以及钻杆自动可靠的拆装。减轻工人的劳动强度，提高了工作效率。
（4）钻具回转用液压马达驱动齿轮减速机，回转速度可无级调节。
（5）自动防卡杆机构，在发生意外时钻具能自动提升保护设备。
隋唐五代时期，人们继承了前代的用法，凡是“尚巧”一定与技巧、技艺等相联系。如隋代江总《为陈六宫谢表》“愧缠艳粉，无情拂镜，愁萦巧黛，息意临窗”[20](P4070)，赞美宫中女子善于妆扮。可以说，这一用法，自隋唐到宋代，人们的“尚巧”观念都是基于对制作、创作方面的工艺、技能等方面的肯定和推崇，是单纯从技术、技能方面来言说的。比照本文前述所引用的唐宋时期“尚拙”问题的文献，亦可对此有较为充分的理解。
（6）孔底湿式除尘方式，利用风水混合物作为除尘介质将孔底岩粉湿化，然后将其排到地表，保持清洁的作业环境。通过驾驶室外截止阀可调节水流量大小。
（7）灵活的钻臂和推进梁以及可靠的滑架补偿机构，可满足前、后、左、右各种角度的钻孔要求，并且保证钻架与工作面可靠地接触。
4 结构及工作原理
SWDF200大孔径分体臂式潜孔钻机为冲击回转式凿岩钻孔机械，由推进系统、回转装置、钻臂、钻架、补偿油缸、滑架、举升油缸、钻杆库、卸杆器、吸尘罩、除尘装置、行走架、机架、供气系统、柴油机泵组、液压系统、司机室、操纵系统等部分组成（见图1所示）。
（1）钻架
钻架是潜孔钻机的主要部件，是回转装置滑行、钻具推进和提升的导轨，是由槽钢焊成箱形结构。钻杆支座固定在钻架的下端，以支撑钻杆及钻具。钻架通过补偿油缸及滑动导槽与滑架连接，由补偿油缸的作用钻架可相对滑架上下滑动，钻架起落时，补偿油缸将钻架提起，钻孔作业时，补偿油缸将钻架推出使钻架下支点支撑在作业面上。
（2）滑架
滑架是由钢板焊接的方箱结构件，用以连接支撑钻架。滑架由销轴与机架支座铰接，工作时由举升液压缸支撑，钻架滑架总成的起落及变更钻孔方向通过举升液压缸实现。
（3）回转机构
回转是由两台液压马达做动力，经齿轮减速可输出0～50转/分连续可调的转速。
（4）推进机构
图1 SWDF200大孔径分体臂式潜孔钻机结构图
推进机构由推进液压马达、链轮组、链条组成。链条的一端绕过主动链轮通过销轴固定在滑板的上部，另一端绕过从动链轮通过销轴与回转器座连接，推进与提升是通过控制液压马达的正反转来实现。推进液压马达自身由于控制系统的作用而具有缓冲作用。
（5）卸杆器
卸杆器由上卸杆器体、下卸杆器体、上钳口、下钳口、卡杆缸及卸杆缸等部分组成。卸杆时下卸杆器将下钻杆(或冲击器)由卡杆缸作用卡牢、上卸杆器将上钻杆由卡杆缸作用卡牢，然后卸杆缸动作便可将上下钻杆连接螺纹松开，再通过回转机构便可将钻杆卸下。
（6）除尘装置
本钻机配置湿式除尘装置，它由捕尘罩、水箱、高压储水罐及管道组成。工作时捕尘罩紧罩孔口，风水混合物通过钻具中心进入孔底，把岩粉湿化，然后将其排至孔口。
（7）行走机构
行走由行走架、液压马达、多级行星式减速机、履带、驱动轮、导向动轮及张紧装置等部分组成。由液压马达通过多级行星式减速机实现独立驱动。减速机内藏于履带宽度之中。黄油缸调节，弹簧张紧。带停车制动器。减速机内装N220润滑油。
（8）机架
机架是钻机的骨架与安装平台。除尘装置、柴油机泵组、油箱、阀组、司机室等均安装在机架上。机架与履带架用铰轴连接，左右各安装有一调平油缸，作业时用于钻机调平支撑，使履带尽量接触地面，利于稳定机器。
（9）压气系统
本钻机外接空压机,由用户自行配备,排气量为28m3/min，排气压力为1.38～2.5MPa。
（10）冲击器
冲击器为黑金刚HD85高气压冲击器，其结构及配气原理详见HD85冲击器说明书。
（11）柴油机泵组
由75kW，2200rpm的康明斯柴油机与四联液压泵组成。柴油机使用手册作为本钻机使用手册附件提供给用户。
（12）油箱
油箱由油箱体、回油过滤器、吸油钢管、球阀、空气滤清器、液温液位计等组成。油箱的容积为580L。
（13）钻杆库
钻杆库由上摆杆机构、下摆杆机构、摆杆油缸、棘轮转位机构及油缸支座等组成。上摆杆机构装在钻架的上部，送杆臂卡住副钻杆的上端，下摆杆机构装在钻架的下部，副钻杆下部支撑在下摆架的卡盘上，定位销插入钻杆内螺纹接头的中心孔内，在油缸的作用下，可将副钻杆送入或退出回转中心。转位油缸可把钻杆转到钻杆库出口位置。
（14）液压控制系统原理
SWDF200大孔径分体臂式潜孔钻机的各个动作，都用液压先导阀或电磁阀操纵控制，可以无级调节工作机构的运动速度。钻机的液压动作分为：履带行走、调平、推进机构补偿、钻臂举升、钻臂偏摆、钻架举升、钻架偏摆、捕尘罩升降、钻杆库摆杆、钻杆转位、钻具夹紧、卸杆、动力头回转、钻具推进提升等动作。
图2 SWDF200大孔径分体臂式潜孔钻机施工图
5 使用情况
目前，该钻机正在四川攀枝花某铁矿施工，成孔直径203毫米，成孔深度17米，单孔成孔时间48分钟，具有作业效率高、机动灵活、操作舒适、运行成本低的优点，深受客户好评。
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