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1、传统机械钻机的改造(1.内蒙古科技大学机械学院，内蒙古包头014010；2.内蒙古煤田地质局 151 队，内蒙古包头 014040)摘 要：文章就传统机械钻机改造过程中的若干问题进行了论述，对改造其他类型的钻机具有一定的指导意义。关键词：钻机；技术改造；液压系统中图分类号：TH137 文献标识码：B 文章编号： 10076921(XX)15 0102 01针对传统机械钻机使用较普遍，在施工过程中钻机卡紧需要人力，不能实现前后移车和加压或减压钻进，只能靠自重钻下，整个设备成为一体，占地面积较大，适应的钻探区域有限，拆装复杂、搬迁困难，施工过程劳动强度高，危险性大，效率低，不能进行自动升降等问题，
2、对其设备进行了改造。改造后的钻机是机械液压钻机，重量轻、可拆性好、结构紧凑、通用化程度高，回转器承载能力高，可适应各种地质条件的钻探工作。工作人员的劳动条件得到了很大的改善，提高了工作效率和经济效益。1 钻机的设计1.1技术要求钻孔深度： 1000mm立轴行程： 500mm立轴最大起重量：120KN立轴最大压力：80KN钻机系统压力：8MPa钻机前后移动行程：360mm1.2设备布置改造后钻机设备布置工艺流程见图1 所示。740)this.width=740 border=undefined1.3主要装置的设计改造后的钻机是一种机械液压钻机，主要由回转器、变速箱、卷扬机、机架、动力系统、制动系
3、统和液压装置等构成。1.3.1塔架为了加大提升能力，钻机塔架采用四方交接立柱。塔架主要由三大部分组成：即钻塔底座、塔架主体和滑轮组。钻塔底座是底座和塔架主体的过渡机构，它的底端安放在底座上，作为整个塔架的回转中心，其上端面与塔架的底部相连，用以承受整个塔架部分的重量以及卷扬机工作时的外载荷；塔架主体部分由两个方笼型的立柱，顶端交接组成，塔架主体总高10m 。塔架截面为四方，下端有20锥度的一段。塔架的最上端为三组定滑轮，工作时可根据需要来调节卷扬机的提升能力。整个架体的起落由液压系统控制，升起和落下只需几秒钟。塔架竖起后，考虑到工作时的稳定性问题，需对塔架增设两根辅助支撑，辅助支撑的两端采用
4、销轴连接，其长度可调整，以保证两支撑点受力均匀。1.3.2液压系统液压系统主要用来实现钻机立轴升降，钻机前后移动，钻具称重，调整孔底压力，事故处理，下套管、起拔套管，油压卡盘卡紧、松开等动作。钻机配有给进油缸2 个、卡盘油缸 2 个、移动油缸1 个，通过这些油缸可以实现钻机立轴升降，下套管、起拔套管，油压卡盘卡紧、松开，钻机前后移动等动作的控制。钻机配有两个油泵， 一个是齿轮泵，通过带轮和动力机连接；另一个是手动柱塞泵，当动力机或油泵发生故障关闭时，利用手摇油泵供油，可将钻具提离孔底，防止发生埋钻事故。2 分析与计算2.1滑轮组受力分析塔架的设计必须考虑其承载能力。按设计要求，卷扬系统起吊能力
5、为90KN， 滑轮组固定在塔架的顶端，其着力点分布如图 2 所示。根据受力平衡原理，可得：740)this.width=740 border=undefined由计算可知：卷扬系统工作时，其工作载荷主要作用在塔架的过梁中部。因此，横梁中部在设计时采取减力绗架结构，以保证该部具有足够的强度和刚度。正常工作时工作载荷最终落在了两个交接的塔架中心点上，受力稳定，支撑牢固。2.2支撑杆受力分析在塔架起吊重物过程中，若起架油缸长时放置失压或控制系统失灵，全部载荷将作用在支撑杆上，对支撑杆进行稳定性分析见图3 所示。740)this.width=740 border=undefined顶杆为碳素结构钢钢管
6、，规格为 108mm 92mm，每米质量 19.73kg ，6.5m 长的杆质量约为128.3kg ，所以人力抬起安装即可。屈服强度为 s 245MPa，许用屈服强度为：740)this.width=740 border=undefinedA构件的截面面积。得 3.43MPa，则 ，杆的强度足够。按设计要求，塔架部分的总载荷约为150KN，故支撑杆的强度是足够的。此外，在塔架的交接处前、后两侧又增设了两个辅助支块，从而使塔架系统的安全性得到了进一步的保障。如果长时间定点钻探，为了更安全，可以在塔架立起之前顶端系上预拉钢丝绳，同时在地面打桩，通过紧绳器拉紧钢丝，螺丝扣头锁紧，这样会使设备起吊更安
7、全。3 结束语改造后的钻机具有如下特点：机架起落灵活、可靠，安装、搬迁非常方便。若需转移施工场地，塔架可迅速解体为3 个 部分，即塔架底座、塔架主体和滑轮组，其中最重的部件为塔架主体。当需要组装时，通过 各部件之间的定位销、螺栓又可将各部件迅速组装为一个整体，再通过液压控制系统将塔架提升到所预定的位置，使整个钻机机组在很短的时间内组装为一体，并可进入工作状态，从而大大减少了施工的辅助时间。钻机具有可靠的液压系统，工作平稳、灵敏。由于将控制手柄集中在了控制盘上，工作人员的操作更方便，工作效率较得到提高，劳动强度也大幅度降低。目前改造后的钻机运行正常，工作人员的劳动条件得到了很大的改善，工作效率提高了 20% 。参考文献 1 方桂花 液压传动 MXX：地震出版社， XX.5. 2 周庆固 . 工程钻探技术及施工方法 M .XX：地质出版社 ,1987.7. 3 焦生杰 . 工程机械机电液一体化 M .XX：人民交通出版社， XX.
传统机械钻机的改造
