一种新型双缸互助折叠钻塔的设计思路及要点

2013-12-04马增福

钻探工程 2013年4期

马增福

(连云港黄海机械股份有限公司，江苏连云港222062)

1 市场现状

目前，岩心勘探钻机主要有传统的立轴钻机和全液压钻机两大类。它们各有优缺点。在国外，全液压岩心钻机占主导地位，而在国内，目前则是立轴钻机仍然是绝对主导。

近年来，不断有使用者在呼吁，希望设备制造企业能够生产出结合两者优点的钻机。根据立轴钻机配用的钻塔拆装不方便和缺乏安全的缺点，国内出现了塔机一体立轴钻机。然而，该种钻机存在着整机移动不方便的缺点。因此，根据市场需求和对目前各类设备的调查，我们开发了一种履带装载的，可施工1500～2000 m的塔基一体钻机(图1)。

通过分析研究，决定在HXY－6(B)型钻机的基础上研制该设备，并对已有的较小的HYDX－44LT型履带立轴式塔机一体岩心钻机及其同类钻机进行了调查比较。

(1)从钻机、履带、钻塔组合的塔机一体结构看，HYDX－44LT型钻机使用2.22 m宽度的履带，符合用户运输宽度要求。

图1 塔基一体钻机

(2)从使用的外观四棱桅杆式钻塔组装结构来看，钻塔与主机连接，主机与履带相连，钻塔依托钻机的支撑，钻机依托履带的支撑，相互连接节点较多，这种垒积木式塔机一体结构，相对稳定性较弱。

(3)从主机、履带、钻塔部件的自身结构看，均为独立设计的自身完整单元结构，有各自自身独立的特点，相互连接起来的整体结构性差，要承受更大载荷能力时，将会受到各自自身结构的限制。

(4)从施工单位的使用情况看，用户虽然对HYDX－44LT型履带立轴式塔机一体岩心钻机满意度较高，但是多个施工单位的信息反馈认为，HYDX－44LT型履带立轴式塔机一体岩心钻机，如果钻塔的负荷超过12 t时，其稳定性较差。

(5)从相互依托的叠加结构、各部件的自身结构和使用情况看，针对要为钻塔承载要求更大的HXY－6型钻机配塔，如果延用HYDX－44LT型履带立轴式塔机一体钻机的配置结构，显然不太适用。因此，既将主机和钻塔共置于宽度为2.22 m的履带上，又要满足运输的高度要求，是钻塔设计的关键问题。

经过研究分析，在钻塔的设计上必须要有以下大的突破才能完成这一目标。

(1)钻塔应具备折叠，整机宽度≯2.3 m(履带宽度)，高度≯3 m，装车后的高度为4.2 m，以满足运输长度，确保运输方便;

(2)钻塔能承载20 t;

(3)钻塔的展开或折叠，插或拔销，起、落塔，滑移塔着地，动作过程均由全液压驱动。

2 设计思路

初始设想采用刚性较强的龙门式塔体方案，但在履带宽度范内布置较难，若主机中置，塔腿横跨主机两侧，塔腿与主机间距较小，没有操作位置;若主机偏置，虽留出了操作空间，可钻塔负荷不对称，且难以折叠，运输有难度。

经过多次论证，最终设计方案是:在2.22 m宽度范围的履带上，设置主机(主机宽度1.3 m，长度3.65 m)和钻塔，由于履带的较小面积的限制，使主机与钻塔在履带上只有顺置，钻塔用油缸起落，运输时不需拆卸，重点要考虑钻塔的自身结构(钻塔只有选择截面积较小的外观四棱桅杆式塔体，12 m长的桅杆式塔体，在履带上横躺，其重心及运输状态均不协调)，钻塔只有折叠后才能满足运输长度(图2)，展开后满足施工高度(图3)。

其中钻塔的折叠是该方案的难点。虽然水平折叠方便，可是无疑要超宽。最终决定只能在高度方向折叠，将塔上段翻转180°。要实现这一功能的核心是双缸互助的动作。

图2 运输状态

图3 工作状态

另一个要考虑的核心问题是钻进能力的保证。这就需要保证钻塔的载荷能力，让钻塔与主机各自独立设置，并将钻塔设计成由桅杆体与滑座体组合成滑移桅杆式钻塔，钻塔支座固定在履带座上，工作时通过滑移油缸，让桅杆式钻塔直接着地，这样，实现相对较好的桅杆式钻塔负荷能力和较好的稳定性。

3 设计要点

3.1 折叠油缸铰座位置和油缸行程的确定

(1)塔下段上的主推、助推缸铰座中心，与固定销中心的距离连线的延长线，与塔上段的主推、助推缸上铰座中心运动轨迹，圆上的交点间的距离，小于等于主推、助推缸伸出后的总长度;塔上段的主推、助推缸铰座中心，绕固定销中心转动的运动轨迹应为同心圆。

(2)在折叠状态，塔下段上的主推、助推缸铰座中心与塔上段的主推、助推缸铰座中心的距离，大于等于主推、助推缸缩回后的总长度。

(3)在展开状态，塔下段上的主推缸铰座中心与塔上段的主推缸铰座中心的距离，小于等于主推缸伸出后的总长度。

3.2 塔的展开与折叠

塔展开和折叠过程均通过主推、助推油缸的配合实现。展开时主推油缸工作，助推油缸随动;折叠时主推油缸随动，助推油缸工作。

3.3 塔上段与塔下段连接的活动销子为液压锥销

双缸互助折叠钻塔的设计，关键点是2个折叠油缸铰座位置的确定，折叠主推、助推油缸行程的确定。

3.4 小结

“3.1”中的3点，是相互关联的遵守确定原则。“3.2”是确定主推、助推油缸在折叠或展开过程的动作配合，折叠就是两个缸动作的相互依存和转换依存关系的过程，油缸的动作原则上是:主推缸工作，助推缸随动;助推缸工作，主推缸随动。“3.3”是为了对塔的展开后插销或折叠前的拔销方便，确定塔连接铰座和销子的结构要求。为使插销和拔销方便，设计采用了液压锥销，如图4所示。

4 结语

该双缸互助折叠钻塔，一改传统的机、塔分离的模式，将钻塔和主机组合到履带体上，形成履带桅杆式塔机一体岩心钻机。钻塔用油缸起落、油缸折叠或展开，油缸滑移塔体，使塔的支座连接在履带上，塔体能稳坐地面。整体布局协调，结构紧凑，塔体落地稳固，承受负荷大。该双缸互助折叠钻塔，展开后满足工作长度，折叠后满足运输长度。基本实现了运输、移孔、打钻施工的长途整机装运、短途自行行走、施工自行起落塔，提高钻探设备性能的目的。和全液压钻机一样便于运输和便于搬迁，方便施工。大大提高了勘探工作的效率。

相信该设备在经过实际施工的验证及不断改进后，一定会受到施工单位的欢迎，为钻探工作作出贡献。