雙主卷?yè)P(yáng)配合“環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”的快速提下鉆系統(tǒng)

田 炯， 宋 偉， 劉 虎， 耿建璞， 趙文濤， 張西坤， 高占聽(tīng)

(河北建勘鉆探設(shè)備有限公司，河北 石家莊 050031)

雙主卷?yè)P(yáng)配合“環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”的快速提下鉆系統(tǒng)

田 炯， 宋 偉， 劉 虎， 耿建璞， 趙文濤， 張西坤， 高占聽(tīng)

(河北建勘鉆探設(shè)備有限公司，河北 石家莊 050031)

為了提高快速提升鉆具更換鉆具的能力，研制了SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)。該鉆機(jī)配置了SPS-600型雙卷?yè)P(yáng)鉆機(jī)及“環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”。試驗(yàn)及應(yīng)用情況表明，雙卷?yè)P(yáng)配合“環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”能夠快速提升鉆具更換鉆具，縮短鉆井施工的時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)水文水井施工優(yōu)質(zhì)、高效、快速的要求。

SPT-600D型鉆機(jī)；拖車(chē)；雙卷?yè)P(yáng)；環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)；水文水井鉆探

1 問(wèn)題的提出

近年來(lái)，由于我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，大量開(kāi)發(fā)利用地下水資源，地下水位逐年下降，建井越來(lái)越深，成本越來(lái)越高，對(duì)鉆機(jī)鉆探能力的要求也越來(lái)越高。然而水文水井鉆探要求工期短，流動(dòng)性大，搬遷頻繁，所以要求所使用的鉆探設(shè)備不能過(guò)于笨重。目前水文水井鉆機(jī)按組裝方式可分為散裝式、拖車(chē)式和車(chē)載式幾種型式。其中散裝式水文水井鉆機(jī)以其低廉的價(jià)格優(yōu)勢(shì)在施工領(lǐng)域占有一定的地位，但其搬遷轉(zhuǎn)場(chǎng)不方便，不僅在搬遷過(guò)程中會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，而且純鉆進(jìn)時(shí)間十分有限，造成人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。拖車(chē)式和車(chē)載式鉆機(jī)，搬遷轉(zhuǎn)場(chǎng)方便快捷，省時(shí)省力，大大縮短了輔助時(shí)間。然而車(chē)載式鉆機(jī)制造價(jià)格高，投入成本大，許多用戶(hù)不易接受。因而拖車(chē)式鉆機(jī)以其適中的價(jià)格，搬遷轉(zhuǎn)場(chǎng)方便快捷的特點(diǎn)，顯示出它的優(yōu)越性。隨著水文水井鉆探需求量的增加，對(duì)水文水井施工提出了優(yōu)質(zhì)、高效、快速的要求。在以往的鉆井過(guò)程中，更換鉆具是整個(gè)鉆井過(guò)程中最浪費(fèi)時(shí)間和人力的工序，因此，基于上述現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，考慮市場(chǎng)需求，我公司研制開(kāi)發(fā)了一種新型SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)。該鉆機(jī)改進(jìn)了鉆進(jìn)工藝，使得鉆井過(guò)程中更換鉆桿的時(shí)間大大縮短。

2 SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)

SPT-600型水文水井鉆機(jī)是拖車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)式回轉(zhuǎn)、正反循環(huán)鉆機(jī)，它主要適用于第四系松散地層、砂層、卵礫石層和基巖等各種復(fù)雜地層鉆進(jìn)，可鉆鑿600 m深的水井，也可適用于水文地質(zhì)勘察孔、地?zé)衢_(kāi)發(fā)孔、工程建筑灌注樁孔等的鉆進(jìn)施工。

SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 主機(jī)

SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)主機(jī)采用SPS-600型雙卷?yè)P(yáng)鉆機(jī)，該鉆機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該機(jī)主要由轉(zhuǎn)盤(pán)、萬(wàn)向軸、傳動(dòng)系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)等組成。轉(zhuǎn)盤(pán)為圓錐齒輪和圓柱斜齒輪雙級(jí)減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)比為6.16，最大輸出扭矩25 kN·m，轉(zhuǎn)盤(pán)有支座、托盤(pán)、撥杠、卡方各一套。萬(wàn)向軸采用JN162黃河汽車(chē)傳動(dòng)軸及萬(wàn)向節(jié)總成，扭矩6000 N·m。傳動(dòng)系統(tǒng)包括機(jī)架、離合器、變速箱、卷?yè)P(yáng)機(jī)及相應(yīng)操作系統(tǒng)。離合器為干式常開(kāi)式摩擦離合器，經(jīng)內(nèi)、外齒聯(lián)軸器傳至變速箱；變速箱可提供4個(gè)正擋和4個(gè)反擋，傳給轉(zhuǎn)盤(pán)和卷?yè)P(yáng)，轉(zhuǎn)盤(pán)、卷?yè)P(yáng)可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)和分動(dòng)，從而更方便的完成鉆進(jìn)和提下鉆具的工作；卷?yè)P(yáng)機(jī)為行星傳動(dòng)，提升能力大，操作可靠，工作平穩(wěn)。

圖1 SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)

圖2 SPS-600型雙卷?yè)P(yáng)鉆機(jī)

2.2 鉆塔

SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)采用K15B-70型鉆塔，該鉆塔為K型結(jié)構(gòu)，由塔身、天車(chē)、人字架、門(mén)字架、起塔導(dǎo)輪等組成，可通過(guò)液壓油缸整體起落。

該鉆塔承載能力大，外形美觀，起落塔方便，使用安全，鉆塔上部設(shè)有“環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”，可使主動(dòng)鉆桿通過(guò)環(huán)行道自動(dòng)后退，讓開(kāi)孔口懸掛于塔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)塔上無(wú)人操作。鉆塔結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 K15B-70型鉆塔

2.3 滑道及后靠結(jié)構(gòu)

整體滑道均采用80 mm槽鋼焊接而成，后靠部位采用U形結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 滑道及后靠結(jié)構(gòu)示意圖

滑道由直行滑道、后靠滑道、撥塊、銷(xiāo)軸等組成?！碍h(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”由后靠滑道、撥塊、銷(xiāo)軸等組成。與之配合使用的是水龍頭導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

3 雙卷?yè)P(yáng)鉆機(jī)配合“環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”提升鉆具的工作方式

SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)主副卷?yè)P(yáng)及穿繩結(jié)構(gòu)如圖6、圖7所示。

圖6 SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)主副卷?yè)P(yáng)機(jī)工作示意圖

圖7 七輪天車(chē)穿繩示意圖

主副卷?yè)P(yáng)配合七輪天車(chē)進(jìn)行鉆井作業(yè)，在更換鉆桿時(shí)，主卷?yè)P(yáng)提升水龍頭導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及方鉆桿沿滑道進(jìn)行提升進(jìn)行到“環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”，在機(jī)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行如下動(dòng)作：水龍頭帶導(dǎo)向滑輪，從底部進(jìn)入滑道Ⅰ部分，沿滑道向上滑動(dòng)，經(jīng)過(guò)撥塊，撥塊被頂?shù)教摼€位置，水龍頭導(dǎo)向達(dá)到Ⅱ位置；此時(shí)，撥塊由于自重，回到初始位置。水龍頭導(dǎo)向往下運(yùn)動(dòng)，順著滑塊往Ⅲ位置滑動(dòng)，達(dá)到Ⅳ位置停止。此時(shí)，水龍頭導(dǎo)向后靠于鉆塔后部。此工作方式見(jiàn)圖8。

圖8 “環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”示意圖

水龍頭導(dǎo)向及方鉆桿靠于鉆塔后部后，副卷?yè)P(yáng)帶動(dòng)三輪滑車(chē)從場(chǎng)地拽動(dòng)鉆桿并提升鉆桿到鉆塔內(nèi)部，與轉(zhuǎn)盤(pán)支座上鉆桿連接。連接完成后，副卷?yè)P(yáng)帶動(dòng)三輪滑車(chē)下放鉆桿至井深位置。

此時(shí)主卷?yè)P(yáng)帶動(dòng)水龍頭導(dǎo)向及方鉆桿從Ⅳ位置沿環(huán)行道提升至Ⅴ位置，對(duì)準(zhǔn)井口，下放方鉆桿至鉆桿位置，連接鉆桿，即可開(kāi)始進(jìn)行鉆井作業(yè)。

4 雙卷?yè)P(yáng)配合“環(huán)行道活門(mén)機(jī)構(gòu)”的廠內(nèi)試驗(yàn)情況

SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)在完成了樣機(jī)的試制后，按照《水文水井鉆機(jī)試驗(yàn)方法》(DZ/T 0048—93)、《水文水井鉆機(jī)技術(shù)條件》(DZ/T 0047—93)，在我公司廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行了各項(xiàng)試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。鉆機(jī)整體見(jiàn)圖9。

圖9 SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)整體外觀照片

(1)鉆機(jī)連續(xù)空載運(yùn)轉(zhuǎn)24 h，各部件運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)異常噪聲，最大噪聲≯95 dB，變速箱各擋位無(wú)跑擋現(xiàn)象，各密封處無(wú)滲漏油現(xiàn)象。

(2)用總質(zhì)量9 t的試塊對(duì)主卷?yè)P(yáng)進(jìn)行單繩一速提升能力試驗(yàn)，每次提升高度均不低于6 m，然后試塊自由落體1 m時(shí)抱閘制動(dòng)，制動(dòng)迅速可靠。聯(lián)接水剎車(chē)后，試塊下降平穩(wěn)。然后用總質(zhì)量5 t的試塊對(duì)副卷?yè)P(yáng)進(jìn)行單繩一速提升能力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果制動(dòng)迅速可靠。

(3)液壓系統(tǒng)起升鉆塔平穩(wěn)，液壓支腿伸出準(zhǔn)確穩(wěn)定，節(jié)流閥調(diào)節(jié)穩(wěn)定鎖死，各部件無(wú)滲漏油現(xiàn)象。

(4)對(duì)鉆塔進(jìn)行加載試驗(yàn)，逐級(jí)加載至滿(mǎn)載，保持10 min后卸載，鉆塔無(wú)永久變形，焊縫、焊口處無(wú)開(kāi)焊及裂紋現(xiàn)象。

(5)對(duì)水龍頭進(jìn)行靜載試驗(yàn)，卸載后所有受力零件無(wú)永久變形；對(duì)水龍頭進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)，每一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)保持2 min，各試驗(yàn)點(diǎn)無(wú)滲漏現(xiàn)象。

(6)對(duì)“環(huán)行道活門(mén)機(jī)構(gòu)”進(jìn)行配合試驗(yàn)，游動(dòng)滑車(chē)，水龍頭導(dǎo)向機(jī)構(gòu)均安裝于鉆塔上，進(jìn)行試驗(yàn)。水龍頭導(dǎo)向輪能順利通過(guò)撥塊，達(dá)到滑道上部，同時(shí)撥塊能自由下放；水龍頭導(dǎo)向輪向下能順利進(jìn)入到環(huán)行道內(nèi)。

5 雙卷?yè)P(yáng)配合“環(huán)行道活門(mén)機(jī)構(gòu)”現(xiàn)場(chǎng)使用情況

2015年9月，SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)在新疆伊寧市察布查爾縣順利開(kāi)鉆，孔徑325 mm，孔深435 m，歷時(shí)10天。在本次鉆井施工中，我公司技術(shù)人員針對(duì)雙卷?yè)P(yáng)配合“環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”的更換鉆具作業(yè)的時(shí)間進(jìn)行了細(xì)致的測(cè)量及分析；同時(shí)對(duì)同場(chǎng)地的一臺(tái)不帶后靠機(jī)構(gòu)的拖車(chē)鉆機(jī)進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集。兩臺(tái)拖車(chē)鉆機(jī)更換鉆具時(shí)間見(jiàn)表1所示。

表1 更換鉆具時(shí)間對(duì)比表

通過(guò)計(jì)算鉆具更換時(shí)間，可知SPT-600D型鉆機(jī)比普通型鉆機(jī)共節(jié)省更換鉆具時(shí)間123.5 min。該鉆井施工中，我公司生產(chǎn)的SPT-600D型拖車(chē)鉆機(jī)得到用戶(hù)的高度評(píng)價(jià)，不僅節(jié)省了更換鉆具的時(shí)間，還降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

6 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，水文水井鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)和品種隨著鉆進(jìn)方法的發(fā)展在不斷地變化，機(jī)械化程度也在不斷的提高。通過(guò)對(duì)SPT-600D型拖車(chē)式水井鉆機(jī)的研制及“環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了一種新的鉆井工藝，并得到了廣大用戶(hù)的認(rèn)可。通過(guò)試驗(yàn)及應(yīng)用情況表明，雙卷?yè)P(yáng)配合“環(huán)形道活門(mén)機(jī)構(gòu)”能夠快速提升鉆具和更換鉆具，縮短鉆井施工的時(shí)間，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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[7] DZ/T 0047—93，水文水井鉆機(jī)技術(shù)條件[S].

[8] DZ/T 0048—93，水文水井鉆機(jī)試驗(yàn)方法[S].

Fast Lifting and Lowering Drill Pipes System with Special Structure/

TIANJiong,SONGWei,LIUHu,GENGJian-pu,ZHAOWen-tao,ZHANGXi-kun,GAOZhan-ting

In order to achieve rapid drilling tools lifting, lowering and replacing, SPT-600D trailer drilling rig is developed, which is configured with SPS-600 dual winch drilling rig and ring like track shutter mechanism. The experiment and application show that by dual winch and ring like track shutter mechanism, drillingtools replacement can be quickly improved with short drilling construction period to realize high quality, high efficiency and fast hydrology and water well construction.

SPT-600D rig; trailer; dual winch; ring like track shutter mechanism; hydrology and water well drilling

2016-06-07；

2016-09-20

田炯，男，漢族，1981年生，工程師，機(jī)械專(zhuān)業(yè)，從事鉆探設(shè)備的設(shè)計(jì)工作，河北省石家莊市長(zhǎng)安區(qū)建華南大街58號(hào)，52890274@qq.com。

P634.3+1

A

1672-7428(2017)01-0061-04

(Hebei Jiankan Drilling Equipment Co., Ltd., Shijiazhuang Hebei 050031, China)