QDW－50型無水鉆機的研究與應用

彭儒金，戴圣海，邱 華，孔中捷

(長沙探礦機械廠，湖南長沙 410100)

QDW－50型無水鉆機的研究與應用

彭儒金，戴圣海，邱 華，孔中捷

(長沙探礦機械廠，湖南長沙 410100)

為了滿足高山、無水地區(qū)等惡劣環(huán)境的石油物探要求，分析了目前市場上無水鉆機的優(yōu)缺點，提出了新型無水鉆機主要應解決的問題;介紹了QDW－50型無水鉆機的主要組成部分、特點、技術參數以及試機情況。

鉆機;石油物探;無水地區(qū);模塊化設計

隨著我國地質勘察技術的不斷發(fā)展，在沙漠、戈壁、山地、丘陵等復雜地形的地質勘探、礦山施工、鉆井作業(yè)等情況已越來越頻繁，很多施工場所環(huán)境艱苦，嚴重缺水，且運輸條件極為不便。根據實際情況及需要，一種操作更趨簡便，維修輕便快捷，占地面積小，鉆進效率高，易搬遷，能完全適應高山、無水地區(qū)等惡劣環(huán)境的石油物探鉆機便應運而生。

QDW－50型無水山地鉆機是一種全液壓模塊式、輕便式山地物探鉆機，它是在我廠第一代山地鉆機的基礎上開發(fā)出來的一種新型鉆機，主要適用于土層及巖石層中鉆進，可廣泛使用于山地、丘陵無水地帶石油爆破孔和水利及其他建設工程鉆鑿爆破孔的施工。另外，QDW－50型無水山地鉆機還可選配泥漿泵，實現泥漿鉆進。

1 新型無水鉆機的主要特點

(1)該鉆機在我廠原有QDW－30型物探鉆機的基礎上，并借鑒國內現有保定宏業(yè)生產的WTRZ－2000型鉆機的優(yōu)點進行優(yōu)化設計;

(2)能滿足石油物探工程施工中的各種工藝要求;

(3)能大大減輕勞動強度，鉆機操作簡便，功能完善，廣泛適應于在山地、丘陵等環(huán)境惡劣的無水地帶施工。

2 QDW－50型無水鉆機的主要結構及組成

QDW－50型無水鉆機主要由汽油機架總成、空壓機總成、油箱與油泵總成、底架總成、滑架、動力頭、操縱臺總成、散熱器總成、液壓系統(tǒng)以及鉆具等主要部件組成(見圖1)。

圖1 QDW－50型無水鉆機結構示意

2.1 汽油機架總成和空壓機總成

汽油機架總成由支架、滑板總成、皮帶輪、汽油機等組成。本鉆機共配有3臺汽油發(fā)動機和2臺空壓機，汽油機是動力來源，空壓機是鉆機氣源。滑板總成、曲拐、U形拉桿等組成一個汽油機輸出軸徑向位置的調節(jié)裝置，以調節(jié)傳動皮帶的松緊程度。其總成和其他組件拆卸容易，拆卸后各單成一體。

2.2 油箱與油泵總成

油箱與油泵總成由油箱、支架、皮帶輪、溢流閥、油泵組成。油箱由螺栓固定在支架上，油泵通過法蘭盤安裝在支架的連接板上。

2.3 底架總成

底架總成由底架體、支腿、連接鉸耳等組成。連接鉸耳與滑架通過支架連桿連接，當把滑架上的支架連桿放入連接鉸耳的U形槽內，插上銷軸后，便可固定好滑架撐桿。而支腿與底架體通過方管連接，銷軸定位，可隨意拆卸。支腿上鉆有等距線性孔，當安裝時可以根據實際地形需要調節(jié)每個支腿與底架等距孔的間距，實現底架整機水平位置。

2.4 滑架

滑架由液壓馬達、滑架體、支承座、動力頭托架、鏈輪、鏈條、上副撐桿、下副撐桿等組成。馬達連接鏈輪轉動，帶動鏈條上下移動，而與鏈條連接的動力頭托架通過滑輪沿滑架上下滑動，形成系統(tǒng)的給進與提升。上、下副撐桿負責滑架的垂直度調節(jié)和支撐輔助作用，上、下副撐桿上有等距孔，通過孔的間距配合調節(jié)滑架的垂直位置，下副撐桿通過鉸鏈連接在底架上，通過正反絲扣可進行微距調節(jié)。

2.5 動力頭

動力頭由液壓馬達、動力頭固定架、動力頭體、主軸等組成。動力頭液壓馬達將輸出動力傳遞給主軸，主軸連接鉆具進行旋轉作業(yè)。動力頭固定架與滑架的動力頭托架通過彎銷連接，它承受鉆具質量和鉆進壓力。動力頭體接口輸入壓縮空氣，通過主軸向鉆具供氣。

2.6 操縱臺總成

操縱臺總成包括操縱架、供氣總成、主操縱閥、副操縱閥、雙向減壓閥、雙向平衡閥、單向調速閥、壓力表等。供氣總成是一個三通體，帶球閥、氣管快速接頭等，它保證2臺空壓機輸出氣體的匯合和供氣的通斷。主操縱閥的手柄置于上、中、下分別是動力頭馬達的正轉、停止、反轉;副操縱閥的手柄置于上、中、下分別是進給液壓馬達的提升、停止、給進;單項減壓閥用于調節(jié)給進壓力的大小;單項調速閥用于調節(jié)鉆進速度大小;雙向平衡閥控制給進與提升的沖擊和自鎖;壓力表顯示動力頭旋轉的系統(tǒng)壓力和給進提升的系統(tǒng)壓力。

2.7 散熱器總成

散熱器總成由散熱器、支架等組成。散熱器由12 V直流電機驅動風扇直接進行液壓油的冷卻，汽油機提供電機的能源。散熱器直接固定在支架上，支架通過固定桿直接掛在底架橫梁上，起整機配重的作用。

2.8 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)實現鉆具的旋轉、給進與提升，其液壓原理如圖2所示。

圖2 QDW－50型無水鉆機液壓系統(tǒng)原理

(1)液壓系統(tǒng)設計為開式系統(tǒng)。液壓泵為雙聯齒輪泵，其輸出工作壓力由溢流閥調節(jié)設定，溢流閥直接安裝在油箱上面。兩泵為單獨回路，互不干涉，檢修簡單容易。

(2)動力頭旋轉回路由手動分流閥控制，當手柄處于中位時，閥中位機能為H形，這時實現旋轉馬達的浮動狀態(tài)。雙聯齒輪泵的前泵卸荷，減少系統(tǒng)能源損耗和防止油溫的上升。改變動力機的轉速，即可改變系統(tǒng)的壓力與流量。

(3)給進提升回路由手動分流閥、單向調速閥、單向減壓閥控制。手動分流閥處于中位時，系統(tǒng)卸荷。由于系統(tǒng)接入雙向平衡閥，帶自鎖，臨時停機系統(tǒng)不受影響。在給進回路時，先單向減壓閥調節(jié)系統(tǒng)給進壓力大小，以滿足不同地層的實際工況，回油路上接有單向調速閥，調節(jié)給進速度，及時控制鉆具的給進，避免孔內事故的發(fā)生。提升鉆桿時，要求高效快速，不受控制閥限制，最高時速達0.46 m/s。真正實現慢速鉆進，快速提升。

(4)液壓系統(tǒng)技術參數。液壓系統(tǒng)的額定壓力:前泵16 MPa，后泵16 MPa;液壓系統(tǒng)額定流量:前泵52 L/min，后泵:29 L/min;旋轉馬達轉速0～132 r/min;給進提升速度0～0.46 m/s。

3 QDW－50無水鉆機的工作原理及技術參數

3.1 工作原理

本鉆機各執(zhí)行部件的動作是由液壓和氣動2個系統(tǒng)來實現的，如圖3所示。

圖3 QDW－50型無水山地鉆機

液壓系統(tǒng)由一臺汽油機做原動力，帶動雙聯齒輪油泵。油泵輸出高壓油通過操縱閥組分別將液壓油傳至動力頭旋轉馬達和給進提升馬達，分別控制鉆具的旋轉、給進和提升等動作。

氣動部件則由2臺汽油機做原動力，經皮帶傳動至各自的空氣機工作。兩臺空壓機所產生的壓縮空氣經供氣總成后成一路輸出，經鉆機動力頭、鉆具傳至井孔底部，驅動氣動潛孔錘進行沖擊鉆鑿。

3.2 技術參數

QDW－50型無水山地鉆機基本技術參數詳見表1。

表1 QDW－50型無水鉆機基本技術參數

4 QDW－50型無水山地鉆機的應用

2010年3～4月在我廠新廠房區(qū)對整機進行了生產試驗。其地質條件主要由砂礫巖、粉砂巖、礫巖和板巖等，初次試鉆開孔直徑為75 mm，完成鉆進深度50 m。在整個操縱過程中手柄集中、協同人員少、效率較高。

試驗證明，QDW－50型無水山地鉆機能達到預期的各項技術性能參數，其主要可概括為以下幾點:

(1)采用了合理的技術參數，提升力和旋轉扭矩大，處理事故的能力強。

(2)主要液壓元件、空壓機主機及動力機都系原裝進口，性能優(yōu)越、質量可靠。

(3)鉆機分為10大框架式模塊，最大部分質量不超過75 kg，質量輕，搬遷時容易，解體性能強，拆裝效率高。

(4)液壓系統(tǒng)雙泵供油，使用單泵單回路，液壓系統(tǒng)操作更趨簡單化，且故障少、易排除。

(5)液壓油冷卻系統(tǒng)采用直流電機驅動換熱器裝置，散熱穩(wěn)定可靠、效果好。

(6)采用液壓元件控制給進與提升等動作，能滿足實際施工工況。

(7)鉆機采用雙墊叉卸鉆桿方式，拆卸鉆桿方便、高效、勞動強度低。

5 結語

QDW－50型無水山地鉆機結構合理、美觀，與國內同類型產品比較，具有操作簡便，功能完善，效率高等特點。能適應高山、丘陵、沙漠等無水地區(qū)的中深孔石油物探需要，也能適應于惡劣環(huán)境下的煤田物探施工，具有巨大的市場空間。

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Study on QDW－50 Drill Operated without Water and the Application

PENG Ru-jin，DAI Sheng-hai，QIU Hua， KONG Zhong-jie(Changsha Exploration Machinery Factory，Changsha Hunan 410100，China)

To satisfy the petroleum geophysical exploration in harsh environments of high-mountain and no water supply condition，analysis was made on the advantages and disadvantages of drill operated without water in the market and put forward the main problems to be solved for new drill operated without water.QDW－50 drill operated without water was introduced about its main components，characteristics，technical parameters and the test running.

drill;petroleum geophysical exploration;water-deficient area

P634.3+1

A

1672－7428(2012)06－0020－03

2012－02－20;

2012－05－08

彭儒金(1972－)，男(漢族)，湖南嘉禾人，長沙探礦機械廠設計研發(fā)部部長、工程師，機械設計制造及其自動化專業(yè)，從事鉆探機械的研發(fā)工作，湖南省長沙市星沙經濟技術開發(fā)區(qū)盼盼路5號，prujin@163.com。