帶自動(dòng)報(bào)警裝置的導(dǎo)軌式液壓鉆架設(shè)計(jì)研究

曾永耀

摘要：鉆架承載著地質(zhì)鉆機(jī)各部件的重量，因此鉆架的穩(wěn)定性、合理性，決定了鉆機(jī)的性能。鉆進(jìn)時(shí)鉆機(jī)會(huì)對(duì)鉆架施加一定的作用力，致使鉆架表現(xiàn)出復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。目前市場(chǎng)上的鉆架如錨柱式、立柱式、圓盤式等，針對(duì)現(xiàn)有鉆架的不足，結(jié)合工程實(shí)際，根據(jù)鉆架工作時(shí)的力學(xué)機(jī)制，我們提出的帶自動(dòng)報(bào)警裝置的導(dǎo)軌式液壓鉆架設(shè)計(jì)思路，由液壓驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌式鉆架，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)鉆架的長(zhǎng)度和角度，以適應(yīng)不同場(chǎng)地的開鉆要求。同時(shí)還安裝自動(dòng)報(bào)警裝置以避免鉆架安全事故。除此之外，該設(shè)備還裝配了滾輪以方便鉆機(jī)的整體快速移動(dòng)。

Abstract： The drill frame bears the weight of the mine drill. So the rationality and stability of the drill frame can decide the function of the mine drill. In the process of working， the mine drill will give a force to the drill frame， which will lead the drill frame in the complicate mechanical state. At present， there are a lot of drill frame including lock pillar， upright pillar， disk pillar. we release a new drill frame with automatic alarm driving by hydraumatic in consideration of the shortcomings of the mine drill based on the mechanism of the drill frame.? The new drill frame driving by hydraumatic can adjust the length and angle in order to adapt the different working enviroment. Besided， automatic alarm is installed in order to avoid accident. And idler wheel is also installed in order to fastly move.

關(guān)鍵詞：自動(dòng)報(bào)警;導(dǎo)軌;液壓;地質(zhì)鉆機(jī);鉆架

Key words： automatic alarm;guide rail;hydraumatic;mine drill;drill frame

中圖分類號(hào)： P532? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）01-0047-02

0? 引言

鉆探是巖土工程勘查、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)資源勘查等工程地質(zhì)與資源勘查工作最直接、最有效的技術(shù)手段，地質(zhì)鉆機(jī)是實(shí)現(xiàn)鉆探工作最重要的物質(zhì)載體。地質(zhì)鉆機(jī)的機(jī)型主要有TXJ - 1600型，廣泛用于垂直或者傾斜度小于45°的礦產(chǎn)資源、油氣資源、地下水以及市政巖土工程勘查的鉆孔工作，其最大鉆進(jìn)深度一般為1200（Φ 60鉆桿）- 1600 m（Φ 50鉆桿）[1]。

鉆架是地質(zhì)鉆機(jī)的關(guān)鍵部件，承載著鉆機(jī)各部件的重量，因此鉆架的穩(wěn)定性、提升能力以及結(jié)構(gòu)的合理性，直接決定了地質(zhì)鉆機(jī)的性能和適用范圍[2]。鉆架看似結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其實(shí)在鉆進(jìn)過程中，鉆機(jī)會(huì)對(duì)鉆架施加一定的作用力，因此鉆進(jìn)時(shí)鉆架會(huì)表現(xiàn)出復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)[3]。然而目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的鉆架如錨柱式、立柱式、圓盤式等，主要存在以下不足：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易致使鉆架的安全性無法保證;②鉆架不具有可伸縮性不利于鉆機(jī)整體移動(dòng);③鉆架與鉆機(jī)之間多為滑板連接，頻繁搬動(dòng)使得鉆架磨損嚴(yán)重、縫隙變大，導(dǎo)致鉆機(jī)定位不準(zhǔn)[4]。

鑒于現(xiàn)有鉆架的諸多不足，結(jié)合工程實(shí)際，根據(jù)鉆架工作時(shí)的力學(xué)機(jī)制，我們通過改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和工藝，研發(fā)了帶自動(dòng)報(bào)警裝置的導(dǎo)軌式液壓鉆架，該設(shè)備由液壓驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌式鉆架，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)鉆架的長(zhǎng)度和角度，以適應(yīng)不同場(chǎng)地的開鉆要求。同時(shí)該設(shè)備還安裝自動(dòng)報(bào)警裝置以避免鉆架安全事故。除此之外，該設(shè)備還裝配了滾輪以方便鉆機(jī)的整體快速移動(dòng)。正因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的創(chuàng)造性與先進(jìn)性，獲得了國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán)（專利號(hào)：ZL 20172 0966440.1）。

1? 設(shè)備的組成和結(jié)構(gòu)

1.1 設(shè)備的組成

我們?cè)O(shè)計(jì)的帶自動(dòng)報(bào)警裝置的導(dǎo)軌式液壓鉆架，主要由底座1、導(dǎo)軌2和伸縮桿Ⅰ（7）、伸縮桿Ⅱ（11）、伸縮桿Ⅲ（12）組成（圖1和2）。底座、導(dǎo)軌和伸縮桿的具體組成為，底座1主要包括：滾輪18、氣缸16、固定板17、報(bào)警器15、轉(zhuǎn)動(dòng)筒13、加固座9;導(dǎo)軌2主要包括：保護(hù)座10、連接座Ⅰ（3）、連接座Ⅱ（4）、鋼絲繩14;伸縮桿主要包括：伸縮桿Ⅰ（7）、伸縮桿Ⅱ（11）、伸縮桿Ⅲ（12）（圖1）。

1.2 設(shè)備的結(jié)構(gòu)

底座1的下端四角共設(shè)置兩對(duì)滾輪18和兩對(duì)由氣缸16和固定板17組成的固定機(jī)構(gòu)（圖1）;底座1的上端左部設(shè)置固定座Ⅰ（5）、固定座Ⅱ（6）和支撐桿8（圖2），固定座Ⅰ（5）和固定座Ⅱ（6）上分別鉸接伸縮桿Ⅱ（11）和伸縮桿Ⅲ（12）（圖2）;為了避免移動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌倒塌，在底座1的上端中部設(shè)置加固座9，并在加固座9內(nèi)配備一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)筒13，轉(zhuǎn)動(dòng)筒上纏繞鋼絲繩14，鋼絲繩的另一端連接在導(dǎo)軌2上（圖1和2）;為了防止導(dǎo)軌向右側(cè)過分傾斜而倒塌，在底座1的上端右部設(shè)置保護(hù)座10，保護(hù)座10的上部與導(dǎo)軌2鉸接、下部和底座1相連，并且保護(hù)座10與導(dǎo)軌2的接觸面上裝置壓力感應(yīng)片，壓力感應(yīng)片通過導(dǎo)線與報(bào)警器15連接（圖1），最后在底座1的上端右部還設(shè)置伸縮桿Ⅰ（7），其頂端鉸接在連接座Ⅱ（4）上（圖1和2）。

導(dǎo)軌2的左側(cè)上下兩端分別間隔設(shè)置連接座Ⅰ（3）和連接座Ⅱ（4）（圖1）;導(dǎo)軌2的下端左部設(shè)置支撐桿8，支撐桿8的底端鉸接在底座1上，頂端通過支撐托19和導(dǎo)軌2相連（圖2）;伸縮桿Ⅰ（7）頂端鉸接在連接座Ⅱ（4）上，底端固定在底座1上（圖1）;伸縮桿Ⅱ（11）頂端鉸接在連接座Ⅰ（3）上，底端鉸接在固定座Ⅰ（5）上（圖1）;伸縮桿Ⅲ（12）底端固定在固定座Ⅱ（6）上（圖1），當(dāng)導(dǎo)軌水平放置時(shí)，伸縮桿Ⅲ（12）的頂端和連接座Ⅰ（3）鉸接（圖2）。

2? 設(shè)備技術(shù)原理及性能指標(biāo)

設(shè)備的工作原理為：施工時(shí)通過調(diào)節(jié)液壓支撐來改變伸縮桿Ⅰ（7）和伸縮桿Ⅱ（11）的長(zhǎng)度和角度，改變導(dǎo)軌2的傾斜角度，進(jìn)而滿足鉆機(jī)不同開孔角度的開鉆要求。

具體工作過程為：①鉆機(jī)工作時(shí)，為保證安全先啟動(dòng)鉆架底座1上的氣缸16使固定板17伸出，支撐在地面上，保證鉆機(jī)穩(wěn)定（圖1和2）;②施工時(shí)通過改變伸縮桿Ⅱ（11）的長(zhǎng)度，使其在導(dǎo)軌2的連接座Ⅰ（3）和連接座Ⅱ（4）之間移動(dòng)，從而改變導(dǎo)軌2的角度，以適應(yīng)不同地形坡度、不同工作環(huán)境的開鉆要求（圖1）;③當(dāng)導(dǎo)軌2垂直時(shí)，若繼續(xù)伸長(zhǎng)伸縮桿Ⅱ（11），會(huì)使導(dǎo)軌2下部擠壓保護(hù)座10，壓力感應(yīng)片接收擠壓信號(hào)后傳遞給報(bào)警器15，發(fā)出警報(bào)提醒操作人員注意，避免安全隱患（圖1）;④在底座1的下端四個(gè)角設(shè)置兩對(duì)滾輪18，以方便鉆機(jī)整體快速移動(dòng)（圖1和2）;⑤當(dāng)鉆架移動(dòng)時(shí)，垂直放置的導(dǎo)軌2也會(huì)移動(dòng)，安全隱患增加，為避免安全隱患，通過縮短伸縮桿Ⅱ（11），使導(dǎo)軌2逐漸趨于水平（圖1），當(dāng)導(dǎo)軌2接近水平時(shí)，調(diào)整支撐桿8，使支撐托19作用在導(dǎo)軌2上，然后拆卸伸縮桿Ⅱ（11）使其與連接座Ⅰ（3）分離，并將伸縮桿Ⅲ（12）與連接座Ⅰ（3）鉸接，再調(diào)節(jié)伸縮桿Ⅰ（7）和伸縮桿Ⅲ（12）的長(zhǎng)度，使導(dǎo)軌2保持水平（圖2）。

3? 技術(shù)的創(chuàng)造性與先進(jìn)性

我們?cè)O(shè)計(jì)的帶自動(dòng)報(bào)警裝置的導(dǎo)軌式液壓鉆架，克服了目前市場(chǎng)上，鉆架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易安全性無法保證、鉆架不具有可伸縮性不利于鉆機(jī)整體移動(dòng)、以及鉆架與鉆機(jī)之間多用滑板連接，頻繁搬動(dòng)使得鉆架磨損嚴(yán)重、縫隙變大，導(dǎo)致鉆機(jī)定位不準(zhǔn)的缺點(diǎn)，填補(bǔ)了目前帶自動(dòng)報(bào)警裝置的導(dǎo)軌式液壓地質(zhì)鉆機(jī)鉆架的技術(shù)空白。該設(shè)備具有自動(dòng)報(bào)警裝置可以避免鉆架安全事故、該設(shè)備由導(dǎo)軌式液壓驅(qū)動(dòng)可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)鉆架的長(zhǎng)度，并且該設(shè)備在使用過程中具有適用范圍廣、安全高效有利于推廣的優(yōu)點(diǎn)。

主要?jiǎng)?chuàng)造性與先進(jìn)性在于：①在底座下端四個(gè)角設(shè)置兩對(duì)滾輪，以方便鉆機(jī)整體快速移動(dòng)（圖1和2）;②為保證安全，鉆機(jī)工作時(shí)同時(shí)啟動(dòng)鉆架底座的氣缸，伸出固定板支撐在地面上，保證鉆機(jī)穩(wěn)定（圖1和2）;③通過液壓支撐來改變伸縮桿Ⅰ和伸縮桿Ⅱ的長(zhǎng)度，從而簡(jiǎn)便的改變導(dǎo)軌的傾斜角度，以適應(yīng)不同地形坡度的開鉆要求（圖1）;④當(dāng)導(dǎo)軌垂直時(shí)，若繼續(xù)伸長(zhǎng)伸縮桿Ⅱ，會(huì)使導(dǎo)軌下部擠壓保護(hù)座，壓力感應(yīng)片接收擠壓信號(hào)后傳遞給報(bào)警器，發(fā)出警報(bào)以提醒操作人員注意，避免安全隱患（圖1）。

4? 技術(shù)的成熟程度、適用范圍和安全性

4.1 技術(shù)的成熟程度

我們提出的帶自動(dòng)報(bào)警裝置的導(dǎo)軌式液壓鉆架結(jié)構(gòu)示意圖，從設(shè)計(jì)思路來看，本設(shè)備的技術(shù)成熟度較高、具備一定的推廣價(jià)值。

4.2 適用范圍

本鉆架可廣泛應(yīng)用于巖土工程勘查、地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源勘查和尋找地下水資源等地勘行業(yè)的地質(zhì)鉆機(jī)。

4.3 安全性

本設(shè)備有三重安全防護(hù)裝置，具體為：①鉆機(jī)工作時(shí)先啟動(dòng)鉆架底座1上的氣缸16，伸出固定板17支撐在地面上，保證鉆機(jī)安全穩(wěn)定（圖1和2）;②為了避免鉆機(jī)移動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌2倒塌，在底座1上端中部設(shè)置加固座9，在加固座9內(nèi)配備電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)筒13，轉(zhuǎn)動(dòng)筒上纏繞鋼絲繩14，鋼絲繩14的另一端連接在導(dǎo)軌2上（圖1）;③為了防止導(dǎo)軌2向右側(cè)過度傾斜而倒塌，在底座1上端右部設(shè)置保護(hù)座10，保護(hù)座10的上部與導(dǎo)軌2鉸接、下部和底座1相連，并且保護(hù)座10與導(dǎo)軌2的接觸面上裝置壓力感應(yīng)片，壓力感應(yīng)片通過導(dǎo)線與報(bào)警器15連接（圖1）。理論上，本設(shè)備不存在由于設(shè)計(jì)缺陷可能造成的安全事故。

參考文獻(xiàn)：

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[3]郭勇，周振華.潛孔鉆機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].礦業(yè)快報(bào)，2008，24（4）：13-15.

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