QD轻便多用钻机的研制

傅彩霞 刘彦仁 李绍基

摘要：本文主要从市场分析、产品用途、功能、结构、参数、特点等方面介绍了一种可以满足锚固锚杆施工的轻便多用钻机。

关键词：轻便;多用;钻机;研制

1概述

经过多年的持续高速发展，地质勘探、能源普查等领域的设备市场也渐趋饱和，但工程勘察（探）领域要比地质勘探领域广得多，涉及建筑、水电、公路、铁路、桥梁、地质灾害防护等行业的锚索锚固、围堰帏幕处理和边坡治理，设备的需求大。尤其近几年，随着国家对基础建设的加强，在地质灾害预防、边坡处理、涵洞施工、水电工程锚固锚索施工任务的加大，带动了工勘领域对锚杆钻机市场的迅速发展。

2国内、外锚杆钻机技术的发展现状

2.1国外锚杆钻机技术发展状况

目前，国外应用较广的锚杆钻机主要有风动和液压两种型式。风动锚杆钻机有克莱姆公司WOMBAT 型、瑞典PRB - 300 型等;液压锚杆钻机有英国WISP 型，澳大利亚PROBAM 型等，基本都具有重量轻、扭矩大、噪音低、耗气量小、机身矮等特点。

近年来，性能优良、技术先进、操作维修方便、应用范围广的一体化的锚杆支护技术在国外发展很快。如乔伊公司的14CM10型采掘锚机组，12ED18型采锚机组，鲍拉特公司的E230型掘锚机组，郎艾道公司的RB1-50L型锚杆钻车等班工作效率已达120～240 根。

2.2国内锚杆钻机的研制状况

我国矿用锚杆钻机的研究始于20 世纪70年代末，先后研制过机械支腿式锚杆钻机、钻车式锚杆钻机，支腿与导轨式液压锚杆钻机、支腿式气动锚杆钻机、非机械传动电动锚杆钻机、机载式锚杆钻机等。其中比较著名的有浙江开山MGY60钻机，主要用于用于滑坡治理工程及危岩体锚固工程及控制建筑物位移等高边坡岩体锚固工程，还用于深基坑支护及地基加固工程孔，爆破工程的爆破孔和隧道管棚支护孔等;北京中海恒通的HTM120L钻机，主要适用于中型露天矿山、水电站土石方工程钻凿爆破孔或预裂孔，公路及铁路边坡支护锚杆孔、水电站坝体支护的锚杆孔。

通过上述调研结果，我们发现，一般的锚杆锚固钻机个体都比较大，拆解性较差，不能满足在狭小空间的施工需求。因此，一种结构合理新颖，设备轻巧、拆装方便、维护方便的设备在市场上尚属空白，QD轻便多用钻机正是基于这种市场契机，通过技术合作研发的新型产品，在市场发展前景上有较好的可行性。

3结构组成、工作原理及特点

3.1主要结构及技术参数

3.1.1主要结构

QD轻便多用钻机主要由液压站，操作台和主机三大部分组成，液压站是给整机的动作和执行提供动力的关键组成部分，主要由油箱，散热器，斜轴式柱塞油泵，齿轮泵，电机及其他辅件组成;操作台主要是集成了操作系统及相关仪表;主机则由回转器、给进装置、机架、底座、副桅杆、提升机构等组成，实现了模块化设计，拆装方便，通过不同模块化组合，演化形成不同性能參数的系列产品。

3.1.2技术参数

该钻机的钻进参数：钻孔直径φ75～φ160;钻孔深度60m;钻杆直径φ73㎜;系统压力16MPa;输入功率22kw; 整机重量1.2T。

3.2工作原理

在实际施工中，具体工作原理：启动电机，带动斜盘式柱塞泵和齿轮泵工作，压力油通过阀组，传输给三联阀和马达控制阀块，操纵手动控制阀，供油给液压马达，马达经一级齿轮减速，驱动主轴回转，由主轴带动钻具回转，实现正常的施工，通过调压旋钮或斜盘式柱塞泵来调节系统流量，实现回转器一定范围的无级调速。给进系统由安装在方管机身里面的油缸——链条组成行程倍增机构，通过链条拖动动力头在导轨上滑移，实现钻具的给进或起拔。大小泵转换手柄可以实现主机的高（低）速旋转和给进油缸的慢（快）速加压或起拔动作。

3.3主要特点：

3.3.1重量轻，可以直接装在钢管架上，解体方便，解体的单个组件质量小于137kg，配有底盘和副桅杆的整机质量约1.2T;

3.3.2体积小，钻机的横向尺寸约为300×500（不含底座），安装在钢管在钢管架上，使用1m长钻杆时，其导轨最大长度为1.8m，若使用0.5m长的钻杆，其导轨长度为1.2m，配有底盘和副桅杆时，其最大高度约5m;

3.3.3钻机采用液压驱动，整体分三大件，即液压站，操作台和钻机本体，液压站功率22KW，质量约420kg（不含液压油），拖轮移位，操作台距钻机3～10m，可在喷水和仰孔等困难条件下实现360°范围的施工作业;

3.3.4钻机动力头采用主轴浮动机构，可以有效的减少钻具的磨损，另有φ95的通孔和卡盘，可穿过长度3m左右的钻杆进行小口径的高喷作业。

3.3.5钻机的转速和扭矩范围较大。转速大致可分三个区，可分为0～800转/分的高速区，0～200转/分的中速区和0～50转/分的低速区。高转速区可以满足100m左右的小口径钻孔，包括水平孔和仰孔。中速区可满足孔径130以内的钻孔需求，也可满足牙轮钻进等全面钻进工艺。低速区适用于气动潜孔锤钻进工艺，也可作为轻便的高喷台车;

3.3.6提升力给进力和升降速度，最大提升力25KN，给进力20KN，速度为0～0.5m/s。吊架的提升力约10KN，速度0～1m/s，提升高度4.5m，可以满足绳索取心钻进时提拔钻具的需求;

3.3.7安装和移位方式，主要安装方式为用通用扣件直接固定在φ48的架管上，可分解或整体移位，2～3人作业，在地面施工时可人力整体移位，或用液压拖动或配履带移位系统。

4项目工业性试验情况

该项目经过紧张有序的组织，目前已经完成了样机的试制工作，随后进行了出厂前零负荷测试和施工现场负载工业性考核：

4.1出厂前零负荷测试：进行了室内各项数据的采集和验证。为验证该钻机的给进能力，我们采用特殊结构，给系统加压至16MPa，当时油缸的给进能力达到近9吨，整机没有出现明显的变形和破坏，所以整机的结构设计是安全可靠的，在速比为2.73的齿轮配比前提下，转速低速实测为69r/min，高速实测为490r/min，与理论计算的数值73r/min，512r/min相比较，效率分别达到0.94和0.9;给进油缸在小泵供油下，行程1670mm耗时30s，在大泵供油的前提下行程1670mm测时20s，计算得出的给进速度分别为3.36m/min和5.04m/min，基本达到了设计参数要求，可以满足锚杆施工工艺需求。

4.2施工现场负载工业性考核：为了让该机更好的适应工程施工要求，样机已在4500米的高海拔、低气压、空气稀薄的恶劣西藏某水电施工现场，完成了对整机的各项技术参数的综合测试，施工采用气动潜孔锤施工工艺，共跟踪两口孔的钻进情况：

施工方对该机给予了很好的评价，基本可以适应和满足60m以内工程锚固锚索孔的钻进需求，并按照施工方提出的意见和建议，对该机的局部进行了调整和优化，形成不同的施工需求下的系列化产品。

5结语

综上所述，该钻机突出优点就是：结构合理新颖、轻巧、拆装方便、维护方便，适合在狭小空间内进行施工，如防渗墙处理，坑道施工等。亦可实现锚杆锚固工艺施工，高喷、灌浆工艺施工，浅孔岩芯勘探、水井钻探等施工。与同类型的钻机比较具有一定的优越性，可以弥补公司现有产品结构单一的不足现状，为公司经济发展提供新的增长点。

参考文献

[1]煤炭工业部地质局 煤田地质小口径钻探  北京  煤炭工业出版社1978

[2]〔苏〕E·A·科兹洛夫斯基等  地质勘探孔钻探工程师手册  北京地质出版社  1990

作者简介：傅彩霞（1980～），女，汉族，甘肃民乐人，机械工程师，陕西核昌机电装备有限公司。从事钻探工程机械及其辅具等产品的研发工作，陕西省咸阳市人民西路60号，990665037@qq.com