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簡介

貴陽白云專賣潛孔鉆機的廠，一般分回轉(zhuǎn)式鉆機機、沖擊式鉆機和復(fù)合式鉆機3大類。依靠鉆具的回轉(zhuǎn)運動破碎巖層而成孔。主要有大、小鍋錐鉆機，正、反循環(huán)轉(zhuǎn)盤式鉆機，液壓動力頭式鉆機，潛孔振動回轉(zhuǎn)式鉆機等。簡單的回轉(zhuǎn)式鉆機只有鉆進裝置，結(jié)構(gòu)完善的回轉(zhuǎn)式鉆機則有鉆進裝置和循環(huán)洗井裝置兩部分組成。轉(zhuǎn)盤式水井鉆機的鉆具包括鉆桿和鉆頭。常用鉆桿的名義直徑有60、73、89和114毫米4種。鉆頭分全面鉆進用鉆頭和環(huán)狀鉆進用鉆頭兩大類。

大、小鍋錐 　

貴陽白云專賣潛孔鉆機的廠利用其鍋錐形鉆具旋轉(zhuǎn)切削土層。根據(jù)鉆具的大小分別稱為大鍋錐和小鍋錐，可由人力或動力驅(qū)動。切下的土屑落到鍋內(nèi)，提升到地面卸出，其結(jié)構(gòu)簡單,工效低,只能用于一般土層或砂卵石直徑不大于10厘米、含量不超過50%的地層。小鍋錐開孔直徑0.55米，鉆井深度80～100米；大鍋錐開孔直徑1.1米，鉆井深度30～40米。正、反循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機　

常用的回轉(zhuǎn)式鉆機,即正循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機由塔架、卷揚機、轉(zhuǎn)盤、鉆具、泥漿泵、水和電動機等組成。作業(yè)時，動力機通過傳動裝置驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，由主動鉆桿帶動鉆頭以30～90轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)破碎巖層。泥漿由泥漿泵抽吸加壓后通過鉆桿上方的水壓入空心鉆桿，向下流入鉆頭，由水口射出，以冷卻、潤滑鉆頭；井底巖屑通過鉆桿外的環(huán)形通道被帶出井口，在沉淀池沉淀后，泥漿流回泥漿池供循環(huán)使用。反循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機的鉆進方式和結(jié)構(gòu)與上述基本相同，但泥漿的循環(huán)方式相反：泥漿在沉淀池沉淀后從井口自行流入井底，攜帶巖屑的泥漿則由砂石泵經(jīng)鉆頭水口通過鉆桿內(nèi)腔向上抽吸出井，回到沉淀池。這種方式稱泵吸反循環(huán)。也可用水泵將加壓水流從井底通過噴嘴射入鉆桿內(nèi)腔，形成攜帶巖屑的上升水流，稱射流反循環(huán)。鉆機在鉆桿內(nèi)可形成很高的上升流速，排出巖屑和卵石的能力較強，因而鉆進速度較快。

適用于土層、一般砂層和卵石直徑小于鉆桿內(nèi)徑的松散地層，所用鉆桿的內(nèi)徑較大,一般為150～200毫米，zui大可達300毫米。但因受泵的抽吸或壓送能力的限制,鉆井深度一般在150米以內(nèi)，井深在50米以內(nèi)時排屑效率較高。壓氣洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機 　是在轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機上用空氣壓縮機代替泥漿泵，用壓縮空氣代替泥漿洗井。通常采用反循環(huán)方式,又稱氣舉反循環(huán)（圖2）。即將壓縮空氣通過供氣管路送至井內(nèi)氣水混合室，使其與鉆桿內(nèi)的水流摻混，形成比重小于 1的摻氣水流。在鉆桿外圍環(huán)形水柱的重力作用下，鉆桿內(nèi)的摻氣水流挾帶巖屑不斷上升并排出井外，流入沉淀池，沉淀后的水流以自流方式流回井內(nèi)。采用這種鉆機在井深較大時(50米以上)，排屑能力大于采用泵吸或射流反循環(huán)的鉆機，因而適用于井深較大的情況和缺水的干旱地區(qū)，以及寒帶凍土地層。

有的轉(zhuǎn)盤式鉆機同時備有泥漿泵和空氣壓縮機，可根據(jù)情況選用不同的洗井方式。

液壓動力頭式鉆機　

回轉(zhuǎn)式鉆機的一種。由液壓馬達通過減速器驅(qū)動，并以沿塔架上下移動的動力頭代替轉(zhuǎn)盤式鉆機上的轉(zhuǎn)盤和水，驅(qū)動鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)切削巖層?？捎弥睆竭_1米的大型鉆頭鉆鑿大口徑水井,其特點是鉆進速度快，鉆具的裝卸和下井管較簡便，接長鉆桿時無需提升鉆具，簡免了卷揚機、提升滑車、轉(zhuǎn)盤、水、方鉆桿等一系列部件。

潛孔振動回轉(zhuǎn)式鉆機　

是以振動和回轉(zhuǎn)運動相結(jié)合的方式鉆進巖層的一種回轉(zhuǎn)式鉆機。鉆具由鉆頭、振動器、消振器和導(dǎo)向筒等組成。振動器產(chǎn)生的激振力使整個鉆具作錐擺運動。鉆頭通過摩擦圈套裝在振動器外殼的外面，一方面隨振動器作頻率約為1000轉(zhuǎn)/分、振幅約9毫米的水平圓周振動；另一方面又繞振動器軸線作3～12轉(zhuǎn)/分的低速旋轉(zhuǎn)運動以破碎巖層，而鉆桿則不轉(zhuǎn)，并借消振器避免將振動傳給鉆桿。采用壓縮空氣反循環(huán)方式洗井，使巖屑通過位于振動器中心的導(dǎo)管和鉆桿內(nèi)腔排出井外。這種鉆機結(jié)構(gòu)簡單，鉆進效率高。井孔直徑為600毫米左右,鉆進深度可達150米。

靠鉆具的垂直往復(fù)運動，使鉆頭沖擊井底以破碎巖層。其結(jié)構(gòu)簡單,但沒有循環(huán)洗井系統(tǒng),巖屑的清除與鉆機不能同時進行，因而工效較低。鉆井深度一般在250米以內(nèi),有的可達500～600米。主要類型如下述。

沖抓錐 　

一種簡單的沖擊式鉆機，利用鉆具本身的重量沖擊地層。鉆具的下端是幾個可以張合的尖角形抓瓣，當(dāng)鉆具在自身重量作用下向下運動時,抓瓣張開,各抓瓣*在直徑約1米的圓周上切入巖層,然后由卷揚機通過鋼絲繩提升鉆具，抓瓣在閉合過程中將巖屑抓入尖錐體內(nèi)，提出井口后再張開抓瓣卸出巖屑。沖抓錐的鉆井深度通常為40～50米，zui深可達100～150米。鋼絲繩沖擊式鉆機 　由桅桿和其頂端的提升滑輪、鋼絲繩、沖擊機構(gòu)、鉆具（包括鉆桿和鉆頭）、電動機等組成。作業(yè)時,電動機通過傳動裝置驅(qū)動沖擊機構(gòu)，帶動鋼絲繩使鉆具作上下往復(fù)運動。向下運動時靠鉆具本身重量使鉆頭切入并破碎巖層，向上運動則靠鋼絲繩的牽引。鉆具下落的高度即沖程大小，根據(jù)巖層情況確定，一般為0.5～1米，硬巖層用大值；沖擊頻率常用為30～60次/分。切下的巖屑用抽砂筒清出地面，也可用將鉆頭與抽砂筒合成一體的抽筒鉆具，鉆進與清除巖屑同時進行，使切下的巖屑直接進入抽筒，積滿后提升鉆具，將巖屑倒出。為提高鉆頭的耐磨性和鉆進速度，常在鉆頭端部堆焊鎢鋼粉，成為合金補焊鉆頭。復(fù)合式鉆機

有兩種類型：

一類是在轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機的基礎(chǔ)上增設(shè)沖擊機構(gòu),以回轉(zhuǎn)鉆進為主,當(dāng)遇到卵石層時用沖擊鉆進的兩用水井鉆機，對各種地層的適應(yīng)性較強；另一類是將沖擊與回轉(zhuǎn)作用結(jié)合在一起鉆進的水井鉆機,如風(fēng)動潛孔錘鉆機。它所使用的潛孔錘鉆具(圖5)由缸套和在缸套中上下運動的活塞等組成。缸套下端與鉆頭連接，上端通過螺紋接頭與鉆桿相連，由空氣壓縮機提供的0.7～1.4兆帕的高壓空氣通過活塞上方的逆止閥、空氣分配器和活塞下方的進氣口，推動活塞沖擊頻率作為 700～1200次/分的上下往復(fù)運動，使活塞頻繁地沖擊鉆頭，以增強鉆頭鉆進巖層的能力。與此同時，鉆具以35～60轉(zhuǎn)/分的較低轉(zhuǎn)速作回轉(zhuǎn)運動。由活塞上、下空腔排出的空氣，向下進入鉆頭，起冷卻鉆頭的作用，并將孔底巖屑帶出井口。其回轉(zhuǎn)和循環(huán)洗井部分的結(jié)構(gòu)與用壓縮空氣洗井的轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機基本相同，所用鉆頭為碳化鎢球齒鉆頭或牙輪鉆頭等。風(fēng)動潛孔錘鉆機可用于硬巖層深井的鉆進，鉆進速度高，且鉆井速度不因鉆進深度的增加而降低，鉆出的井孔較直。

為了適應(yīng)不同地層鉆進的需要，提高鉆進效率，水井鉆機正向多用途鉆機及全液壓傳動與操縱的方向發(fā)展：即一臺鉆機備有多種設(shè)備和附件，可采用沖擊式、回轉(zhuǎn)式和潛孔錘等多種鉆井方式；還可采用泥漿洗井、壓縮空氣洗井和正、反循環(huán)洗井等方法。

全液壓鉆機的基本組成  

從系統(tǒng)仿真建模角度，多變幅工程鉆機可分為四個主要部分：動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、操作系統(tǒng)。工程鉆機作為一個有機的整機，其性能與各個系統(tǒng)的關(guān)系密不可分。 

1)動力系統(tǒng) 

由于工程鉆機的工作地點主要在野外，環(huán)境溫度變化大，所受負荷、沖擊也大，并且鉆進過程中產(chǎn)生大量的灰塵，污染物較，維護不便，因此鉆機的動力由柴油機來提供。柴油機工作性能可靠、維修方便、燃油消耗經(jīng)濟，符合工程鉆機的工作特點。 

2)液壓系統(tǒng) 

多變幅工程鉆機的主要動作有整機的行走、平臺回轉(zhuǎn)、變幅油缸的變幅、鉆具的給進、鉆具的起拔、回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)、鉆具的夾緊、鉆具的卸扣等，所有的運動都靠液壓傳動來完成。根據(jù)以上工作動作要求，把液壓元件通過油管有機的連接起來即是工程鉆機的液壓系統(tǒng)。 

柴油機利用泵把機械能以液壓油為介質(zhì)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，傳遞給給進油缸和馬達，再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，機械能傳給各個執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)運動和工作的各個過程。液壓系統(tǒng)設(shè)計的好壞直接決定鉆機的性能。同樣的液壓元件，系統(tǒng)不同對鉆機的性能影響很大。本鉆機根據(jù)鉆進的工藝特點及動作要求采用雙泵系統(tǒng)，使用一個負載敏感泵和一個恒壓變量泵。 

3)機械系統(tǒng) 

多變幅工程鉆機的機械系統(tǒng)是完成鉆機各個動作的執(zhí)行者，基本包括： 履帶行走裝置：整個鉆機的基體和支撐部分，承受整個鉆機的質(zhì)量和鉆進過程中外載荷的反力，并且可以做短距離的行走，搬遷方便，減少作業(yè)輔助時間。 

回轉(zhuǎn)裝置：在某個工作位置，使機身圍繞*回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，這樣整機不用移動就可以做多角度施工。 

工作裝置：是鉆機完成鉆進的主要組成部分，常用的有機身、回轉(zhuǎn)器、夾持器、卸扣器等。工作裝置是整個鉆機的核心，為鉆機的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)鉆機鉆進時，工作裝置驅(qū)動鉆桿旋轉(zhuǎn)和給進；當(dāng)起下鉆具時，除了驅(qū)動鉆桿前進和后退外，還  可以實現(xiàn)機械擰卸鉆桿。

4)操縱裝置 

全液壓鉆機的操縱裝置作系統(tǒng)是對柴油機、液壓閥、液壓泵、換向閥和執(zhí)行元件控制的操作裝置，把所有的執(zhí)行元件通過管路連接集中在一個操作平臺上，通過操作液壓手柄可控制鉆機的各種工作過程。 

2.2 全液壓鉆機的工作原理  

全液壓鉆機是以鉆頭進行鉆進作業(yè)的機械，各部分的運動通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)。變幅裝置由大臂油缸、大臂調(diào)整油缸、桅桿伸縮油缸、托架擺動油缸、大臂、調(diào)角連接板等組成。大臂鉸點鉸接在回轉(zhuǎn)平臺上，通過大臂油缸的伸縮調(diào)整大臂與水平面的夾角。機身與水平面的位置通過大臂調(diào)整油缸的伸縮來實現(xiàn)。當(dāng)機身固定在水平某一位置后，可以通過托架擺動油缸的伸縮來實現(xiàn)機身在水平面的轉(zhuǎn)動。 

鉆進作業(yè)時，先加載鉆桿，然后調(diào)整大臂油缸、大臂調(diào)整油缸、托架擺動油缸，使機身變幅到鉆進位置。操縱桅桿伸縮油缸，讓鉆頭接近地面。啟動回轉(zhuǎn)馬達，，同時緩慢移動給進油缸，鉆頭開始切削土壤。給進油缸達到zui大行程后，回轉(zhuǎn)馬達停止轉(zhuǎn)動，用夾桿裝置加載上另外一根鉆桿，繼續(xù)回轉(zhuǎn)鉆機，中間不斷加載鉆桿，直至鉆進到設(shè)計深度。  在鉆機的實際鉆進過程中，由于地層的情況，鉆進面的情況和鉆機液壓系統(tǒng)設(shè)計的差異，變幅裝置和給進機身在實際鉆進循環(huán)中動作配合是多種多樣的，根據(jù)現(xiàn)場情況來定，上述情況只是理想的鉆進過程。 

總之，全液壓鉆機采用大臂油缸、大臂調(diào)整油缸、桅桿伸縮油缸機身具有三個自由度，機身可以實現(xiàn)在有限的平面空間內(nèi)運動，加上托架擺動油缸的運動，使機身的運動擴大到有限的空間，再通過履帶馬達的驅(qū)動，使全液壓鉆機的鉆進空間可以沿水平方向得到擴大，從而滿足多變幅，多角度的鉆進要求選擇液壓基本回路

 4.2.1調(diào)壓回路     

當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時，液壓泵應(yīng)向系統(tǒng)提供所需壓力的液壓油，且又應(yīng)節(jié)省能 源，減少油液發(fā)熱，提高執(zhí)行元件運動的平穩(wěn)性。在液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，液壓泵的工作壓力上升時，一旦壓力達到溢流閥的調(diào)定壓力，溢流閥將開啟，并將液壓泵的工作壓力限制在溢流閥的調(diào)定壓力下，使液壓系統(tǒng)不致因壓力過載而受到破壞，從而保護了液壓系統(tǒng)。 

4.2.2調(diào)速回路     

由工況圖可知，這臺液壓鉆機滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調(diào)速回路。為有較好的低速平穩(wěn)性和速度負載特性，

可選用調(diào)速閥調(diào)速，并可以在推進缸中進油時設(shè)置單向閥調(diào)速。液壓回路的合成  壓油源部分由油箱、進口過濾器、電機、液壓泵、安全閥、壓力表、出口過濾器和回油過濾器組成,其功能為向工作機構(gòu)提供壓力油?？紤]到實際工作環(huán)境,油箱設(shè)計為封閉結(jié)構(gòu),其上裝有油溫表、油標(biāo)、空氣過濾器等。電機驅(qū)動液壓泵5,把機械能轉(zhuǎn)化為液壓能。出口過濾器是根據(jù)其特殊的工作要求而設(shè)置的,在多年的工程使用中,多次發(fā)生液壓缸拉傷的情況,液壓泵出口精密過濾是十分必要的。溢流閥為系統(tǒng)安全閥。 

控制顯示部分由調(diào)速閥、多路換向閥、液控單向閥、單向調(diào)速閥、分流節(jié)流閥、壓力表組成,起著控制各執(zhí)行元件的壓力、流量、方向和顯示其工作壓力的功能。當(dāng)支撐缸伸縮時,其他執(zhí)行元件是不工作的,這時調(diào)速閥控制支撐缸活塞桿的伸縮速度,以達到改變鉆桿傾角的目的。當(dāng)支撐缸調(diào)節(jié)完成后,多路換向閥中的閥置于中位,鉆桿的角度固定。當(dāng)鉆桿鉆進或撥起時,多路換向閥中的換向閥各自搬到相應(yīng)位置,此時單向調(diào)速閥調(diào)整進給速度或拔起速度,壓力表分別顯示進給缸進給壓力或拔起壓力,調(diào)速閥調(diào)整液壓馬達的轉(zhuǎn)速,進而控制鉆桿的鉆速,壓力表分別顯示雙馬達進、出口的壓力,進而得知鉆桿的轉(zhuǎn)矩。  各執(zhí)行機構(gòu)同處鉆機主體部分,如下圖所示,由液壓缸、液壓馬達和液壓缸組成,液壓缸支撐鉆機工作滑臺,同時調(diào)節(jié)其傾角,使其在0°～90°(水平向上)

鉆機結(jié)構(gòu)簡介 

采用分組式布置，全機分主機、泵站、操縱臺三大部分，各部分之間用軟管連接，擺布靈活，解體性好，便于搬遷運輸，在運輸條件較差的地區(qū)，主機還可以進一步解體。

4.1 主機 

主機由回轉(zhuǎn)器、夾持器、給進裝置、機架組成。各部分之間裝拆方便

回轉(zhuǎn)器 

回轉(zhuǎn)器由斜軸式變量馬達、齒輪減速器和膠筒式液壓卡盤組成。馬達經(jīng)兩級齒輪減速，驅(qū)動主軸及液壓卡盤實現(xiàn)鉆具的回轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)馬達排量可以改變回轉(zhuǎn)器的輸出速度。主軸為通孔結(jié)構(gòu)，通孔直徑75mm，回轉(zhuǎn)器安裝在給進機身的拖板上，借助給進油缸沿機身導(dǎo)軌往復(fù)運動，實現(xiàn)鉆具的給進或起拔。回轉(zhuǎn)器具有側(cè)向開合裝置。液壓卡盤采用液壓夾緊、彈簧松開常開式結(jié)構(gòu)，具有自動對中，安全可靠、卡緊力大等特點，它不但能保證正常鉆進，還可用來升降鉆具、強力起拔等（卡盤可配用不同規(guī)格的鉆桿、更換卡瓦時，用工具壓縮卡瓦組的彈簧并將其放入膠筒內(nèi)）。

夾持器 

夾持器采用碟形彈簧夾緊，油壓松開的常閉式結(jié)構(gòu)。固定在給進裝置機身的前端，用于夾持孔內(nèi)鉆具，還可配合回轉(zhuǎn)器實現(xiàn)機械擰卸鉆桿。夾持器卡瓦座落在卡瓦座上, 靠上下兩根銷桿限制卡瓦的退出。圓周方向靠卡瓦座上的一對平鍵固定。將兩根銷桿抽出，卡瓦就可以取出，夾持器通孔即可通過108mm的粗徑鉆具。