一種新型雙缸互助折疊鉆塔的設(shè)計思路及要點

馬增福

(連云港黃海機械股份有限公司，江蘇 連云港222062)

1 市場現(xiàn)狀

目前，巖心勘探鉆機主要有傳統(tǒng)的立軸鉆機和全液壓鉆機兩大類。它們各有優(yōu)缺點。在國外，全液壓巖心鉆機占主導(dǎo)地位，而在國內(nèi)，目前則是立軸鉆機仍然是絕對主導(dǎo)。

近年來，不斷有使用者在呼吁，希望設(shè)備制造企業(yè)能夠生產(chǎn)出結(jié)合兩者優(yōu)點的鉆機。根據(jù)立軸鉆機配用的鉆塔拆裝不方便和缺乏安全的缺點，國內(nèi)出現(xiàn)了塔機一體立軸鉆機。然而，該種鉆機存在著整機移動不方便的缺點。因此，根據(jù)市場需求和對目前各類設(shè)備的調(diào)查，我們開發(fā)了一種履帶裝載的，可施工1500～2000 m的塔基一體鉆機(圖1)。

通過分析研究，決定在HXY－6(B)型鉆機的基礎(chǔ)上研制該設(shè)備，并對已有的較小的HYDX－44LT型履帶立軸式塔機一體巖心鉆機及其同類鉆機進行了調(diào)查比較。

(1)從鉆機、履帶、鉆塔組合的塔機一體結(jié)構(gòu)看，HYDX－44LT型鉆機使用2.22 m寬度的履帶，符合用戶運輸寬度要求。

圖1 塔基一體鉆機

(2)從使用的外觀四棱桅桿式鉆塔組裝結(jié)構(gòu)來看，鉆塔與主機連接，主機與履帶相連，鉆塔依托鉆機的支撐，鉆機依托履帶的支撐，相互連接節(jié)點較多，這種壘積木式塔機一體結(jié)構(gòu)，相對穩(wěn)定性較弱。

(3)從主機、履帶、鉆塔部件的自身結(jié)構(gòu)看，均為獨立設(shè)計的自身完整單元結(jié)構(gòu)，有各自自身獨立的特點，相互連接起來的整體結(jié)構(gòu)性差，要承受更大載荷能力時，將會受到各自自身結(jié)構(gòu)的限制。

(4)從施工單位的使用情況看，用戶雖然對HYDX－44LT型履帶立軸式塔機一體巖心鉆機滿意度較高，但是多個施工單位的信息反饋認為，HYDX－44LT型履帶立軸式塔機一體巖心鉆機，如果鉆塔的負荷超過12 t時，其穩(wěn)定性較差。

(5)從相互依托的疊加結(jié)構(gòu)、各部件的自身結(jié)構(gòu)和使用情況看，針對要為鉆塔承載要求更大的HXY－6型鉆機配塔，如果延用HYDX－44LT型履帶立軸式塔機一體鉆機的配置結(jié)構(gòu)，顯然不太適用。因此，既將主機和鉆塔共置于寬度為2.22 m的履帶上，又要滿足運輸?shù)母叨纫?，是鉆塔設(shè)計的關(guān)鍵問題。

經(jīng)過研究分析，在鉆塔的設(shè)計上必須要有以下大的突破才能完成這一目標。

(1)鉆塔應(yīng)具備折疊，整機寬度≯2.3 m(履帶寬度)，高度≯3 m，裝車后的高度為4.2 m，以滿足運輸長度，確保運輸方便;

(2)鉆塔能承載20 t;

(3)鉆塔的展開或折疊，插或拔銷，起、落塔，滑移塔著地，動作過程均由全液壓驅(qū)動。

2 設(shè)計思路

初始設(shè)想采用剛性較強的龍門式塔體方案，但在履帶寬度范內(nèi)布置較難，若主機中置，塔腿橫跨主機兩側(cè)，塔腿與主機間距較小，沒有操作位置;若主機偏置，雖留出了操作空間，可鉆塔負荷不對稱，且難以折疊，運輸有難度。

經(jīng)過多次論證，最終設(shè)計方案是:在2.22 m寬度范圍的履帶上，設(shè)置主機(主機寬度1.3 m，長度3.65 m)和鉆塔，由于履帶的較小面積的限制，使主機與鉆塔在履帶上只有順置，鉆塔用油缸起落，運輸時不需拆卸，重點要考慮鉆塔的自身結(jié)構(gòu)(鉆塔只有選擇截面積較小的外觀四棱桅桿式塔體，12 m長的桅桿式塔體，在履帶上橫躺，其重心及運輸狀態(tài)均不協(xié)調(diào))，鉆塔只有折疊后才能滿足運輸長度(圖2)，展開后滿足施工高度(圖3)。

其中鉆塔的折疊是該方案的難點。雖然水平折疊方便，可是無疑要超寬。最終決定只能在高度方向折疊，將塔上段翻轉(zhuǎn)180°。要實現(xiàn)這一功能的核心是雙缸互助的動作。

圖2 運輸狀態(tài)

圖3 工作狀態(tài)

另一個要考慮的核心問題是鉆進能力的保證。這就需要保證鉆塔的載荷能力，讓鉆塔與主機各自獨立設(shè)置，并將鉆塔設(shè)計成由桅桿體與滑座體組合成滑移桅桿式鉆塔，鉆塔支座固定在履帶座上，工作時通過滑移油缸，讓桅桿式鉆塔直接著地，這樣，實現(xiàn)相對較好的桅桿式鉆塔負荷能力和較好的穩(wěn)定性。

3 設(shè)計要點

3.1 折疊油缸鉸座位置和油缸行程的確定

(1)塔下段上的主推、助推缸鉸座中心，與固定銷中心的距離連線的延長線，與塔上段的主推、助推缸上鉸座中心運動軌跡，圓上的交點間的距離，小于等于主推、助推缸伸出后的總長度;塔上段的主推、助推缸鉸座中心，繞固定銷中心轉(zhuǎn)動的運動軌跡應(yīng)為同心圓。

(2)在折疊狀態(tài)，塔下段上的主推、助推缸鉸座中心與塔上段的主推、助推缸鉸座中心的距離，大于等于主推、助推缸縮回后的總長度。

(3)在展開狀態(tài)，塔下段上的主推缸鉸座中心與塔上段的主推缸鉸座中心的距離，小于等于主推缸伸出后的總長度。

3.2 塔的展開與折疊

塔展開和折疊過程均通過主推、助推油缸的配合實現(xiàn)。展開時主推油缸工作，助推油缸隨動;折疊時主推油缸隨動，助推油缸工作。

3.3 塔上段與塔下段連接的活動銷子為液壓錐銷

雙缸互助折疊鉆塔的設(shè)計，關(guān)鍵點是2個折疊油缸鉸座位置的確定，折疊主推、助推油缸行程的確定。

3.4 小結(jié)

“3.1”中的3點，是相互關(guān)聯(lián)的遵守確定原則?！?.2”是確定主推、助推油缸在折疊或展開過程的動作配合，折疊就是兩個缸動作的相互依存和轉(zhuǎn)換依存關(guān)系的過程，油缸的動作原則上是:主推缸工作，助推缸隨動;助推缸工作，主推缸隨動?！?.3”是為了對塔的展開后插銷或折疊前的拔銷方便，確定塔連接鉸座和銷子的結(jié)構(gòu)要求。為使插銷和拔銷方便，設(shè)計采用了液壓錐銷，如圖4所示。

4 結(jié)語

該雙缸互助折疊鉆塔，一改傳統(tǒng)的機、塔分離的模式，將鉆塔和主機組合到履帶體上，形成履帶桅桿式塔機一體巖心鉆機。鉆塔用油缸起落、油缸折疊或展開，油缸滑移塔體，使塔的支座連接在履帶上，塔體能穩(wěn)坐地面。整體布局協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)緊湊，塔體落地穩(wěn)固，承受負荷大。該雙缸互助折疊鉆塔，展開后滿足工作長度，折疊后滿足運輸長度?；緦崿F(xiàn)了運輸、移孔、打鉆施工的長途整機裝運、短途自行行走、施工自行起落塔，提高鉆探設(shè)備性能的目的。和全液壓鉆機一樣便于運輸和便于搬遷，方便施工。大大提高了勘探工作的效率。

相信該設(shè)備在經(jīng)過實際施工的驗證及不斷改進后，一定會受到施工單位的歡迎，為鉆探工作作出貢獻。

圖4 起落塔，展開、折疊塔

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