XY－44AT型塔机一体钻机的研制与应用

2015-12-25戴圣海彭儒金

钻探工程 2015年4期

戴圣海，彭儒金，邱华，刘志

(长沙探矿机械厂，湖南长沙410100)

0 引言

目前国内外市场钻塔系列众多，从结构上可分为人字塔、四角塔、龙门塔、管子塔等，起塔方式一般为机械式、组装式、液压式等，此类钻塔大多只能满足垂直孔或90°～75°之间的倾角钻孔，而且钻塔的安装非常耗时。要实现更大倾角的钻孔，则需要使用价格相对昂贵的大型全液压钻机来实现。全液压钻机打孔方法使生产成本大幅提高，但由于受到施工环境的制约，大型全液压钻机因需要较宽的行走路面而加大了搬迁难度。为解决这一问题，市场上出现一种轻便式钻塔，这种钻塔安装在钻机上，虽然可满足大倾角需要，但是由于结构过于简单，设计不成熟，在使用时常遇到提升不稳，提升力不够，无法实现强力起拔等现象，因而在市场上难以得到大规模普及。结合各种钻塔的特点，笔者以XY－44A型钻机为载体，研制了XY－44AT型塔机一体钻机，不但大大方便了斜孔的钻进，同时使垂直孔的钻进效率也得到较大提高。

1 钻机的结构特点

本钻塔采用多种新型结构，与同类钻塔相比，具有更强的适用性、稳定性和安全性。钻塔结构如图1所示，其特点如下。

图1 塔机一体钻机结构示意

(1)采用双油缸起塔，增加了起塔的平稳性。

(2)装、拆、迁非常方便，使用安全可靠。

(3)下塔架与钻机相连，且可以绕升降机轴中心旋转，便于斜孔的施工。

(4)上塔架与天车相连，天车滑轮固定在滑板上，滑板可以在天车架上滑动，天车油缸伸长时，推动滑板滑移，补偿底架滑移时产生的让开孔位移，使钻杆的加接、钻具的提升和下降更加方便。

(5)天车采用钢索后拉和天车斜杆支撑，可大大提高钻塔起钻时天车梁的负载能力，减小钻具升降作业时钻塔的振动，提高钻机运转的平稳性。

(6)增加液压副卷扬，大大降低操作的劳动强度，提高生产效率，降低能量损耗。

(7)塔座使用三转臂梁支撑，保证钻塔旋转的同心度，分散起钻力和钻塔重力对钻机机架的压力，提高钻机使用寿命和安全性。

2 主要结构特点

2．1 钻塔

为实现6 m长主动钻杆提升的需要，钻塔名义高度设计为10.6 m。为简化生产及方便搬迁，图1中的下、中、上塔架之间用高强度螺栓连接成整体。下塔架通过钻塔底座与钻机相连，上塔架与天车相连。为减轻上塔架质量，将其设计为梯形结构;天车与上塔架之间设置斜支撑杆，该斜支撑杆的长度可调节，从而有效承载天车的悬臂提升力。

为方便操作人员进行提引器与水龙头的结合、分离操作，在中塔架上设计了吊篮。钻塔在地面组装好后，通过液压阀的操纵，钻塔便在起塔油缸的缓慢伸长过程中，绕着升降机中心作0°～90°旋转。当转至需要钻进的角度时，停止操作，起塔油缸在自带液压锁的作用下，牢牢支撑住钻塔进行作业。因此，操作非常方便，大大降低了劳动强度，提高了生产率。

2．2 钻塔底座

钻塔底座为连接钻塔与钻机的过渡装置。为实现钻塔从水平至垂直位置任意角度的变化，钻塔底座通过图2中的转臂与升降机及分动箱以转动副的形式相连，因此其能绕升降机的轴心线做0°～90°之间角度旋转。钻塔底座上焊有拉环，用以穿过斜拉钢索，拉环右边为钻塔的安装位置，左边为液压副卷扬的安装位置。

图2 钻塔底座示意

2．3 天车

天车设计的主导思想是在保证其强度和刚度的前提下，增加其承载能力。其结构如图3所示。天车支架由2根槽钢及两端封板焊接而成，支架上装有油缸，油缸前部与滑块相连，绳索旋转器与滑轮总成固定在滑板上，滑块通过油缸的伸缩在支架上来回滑移，带动与绳索旋转器与滑轮总成相连的动滑轮前后移动，从而起到让开孔口的作用，满足了普通钻进、绳索取心钻进等多种钻进工艺的需要。为实现液压副卷扬打捞岩心的需要，将动滑轮置于天车前端。

图3 天车总成示意

为保证塔架及天车在起钻时的平稳性，在塔架上部设计了斜拉钢索架、2根斜撑杆及斜拉钢丝绳。斜拉钢索架用螺栓固定在天车支架上，斜拉钢丝绳分别固定在支架两边的钢绳拉板上，另一端绕过斜拉钢索架上的钢索滑轮后，固定在塔架底座的拉环上。斜撑杆一端连接在支座上，另一端连接在上塔架的支座上。

2．4 液压系统

为提高液压化程度，降低操作者的劳动强度，提高钻进效率，该塔架一体在主机液压系统的基础上，串联一个二位三通阀，见图4所示。当要进行钻塔的起降、天车油缸的伸缩及液压副卷扬的操作时，通过操作二位三通阀手柄，将液压油进行切换。其中的三联组合液压阀，分别控制3组执行元件的运动;天车油缸的行程与钻机底架一致;通过起塔油缸控制塔架的起降。