全液壓系列智能鉆機

胡金亮 靳宣強 王 永 孫 瑞 李 飛

（1.蒙陰縣科技信息情報研究所，蒙陰 276200；2.山東省機械設計研究院，濟南 250031；3.蒙陰縣科學技術局，蒙陰276200；4.蒙陰縣農業科學研究所，蒙陰 276200；5.蒙陰縣飛達礦山工程機械有限公司，蒙陰 276200）

國內現有在用水井鉆機主要還是水循環式巖心鉆機，機器笨重，組裝復雜，鉆鑿速度慢，條件限制多。而電動水井鉆機雖然具有小巧靈便、速度快的優點，但其主要針對農村民用水井市場，不能適應大孔深孔的需要。現有鉆機的操作系統一般由手動操作系統控制，其缺點是：工作過程中需要操作人員近距離操作鉆機，危險系數較大；鉆井過程中揚起的粉塵吸入和機器工作中產生的噪音，對人體健康產生危害；控制面板集動力、傳動、升降等操作系統于一體，操作不熟練時易混淆導致失誤等。國際市場上的同類產品普遍存在造價高、操作復雜、維護困難等缺點。智能化液壓水井鉆機正可以滿足大孔、深孔的市場要求，同時又具有機器緊湊、操作簡單、適應地域廣的優點，未來幾年將在強大的市場需求推動下有較快發展。

全液壓智能鉆機能夠適應各種地形條件及多種復雜地質條件，在野外條件下能夠快速鉆井取得水源。目前，我國軍用的鉆井設備仍普遍采用研磨式水循環巖心鉆機，全液壓智能鉆機能夠替代研磨式水循環巖心鉆機設備，在軍事后勤保障領域具有潛在的應用價值，有助于提高軍隊后勤保障能力，同時項目產品也符合軍民融合的產業發展政策。另外，隨著光伏發電、地熱資源等開發和推廣，液壓水井鉆機將極大推動地溫利用技術的應用，加速綠色能源的開發利用。

1 目標產品分析

國外進口產品存在造價高昂、能耗高、維修保養成本奇高且不方便的難題。其液壓操控系統繁雜，操作人員不易掌握，液壓元件壽命較短，維修保養麻煩。有關人員經過廣泛市場調研，認真聽取廣大鉆探施工人員的意見，研發制造出全液壓系列智能鉆機，其具有安全可靠、操作維護方便、適應性強等特點，節省大量人力物力，提高工作效率。該系列產品結構更緊湊，重量輕，經濟耐用易操作；一次推進加長，扭矩增大，鉆孔更深；推進加速，支臂穩固，性能更高。加大變速箱，增加扭矩，提高鉆孔深度；鉆臂改為伸縮式二次推進，加長推進長度，同等深度減少換桿次數，節約時間，節省油耗和人工費用。同時，縮短鉆機整體長度和重量。支腿油頂由前伸縮、后固定方式改進為前伸縮后90°回轉折疊式，整機結構更緊湊，同時增加支腿伸展400mm，便于機器遷移裝車。液壓系統增加快速提升控制閥，提高效率40%。鉆機機頭底座加裝自主開發的新型聚酯纖維復合材料耐磨滑塊，有效避免機座和滑軌之間滑動對滑軌的磨損，耐磨滑塊更換簡單，在其磨損到一定程度后能夠方便進行更換，而不是對整個鉆機滑軌進行更換，減少了維護成本。

2 關鍵零部件設計、開發

全液壓智能鉆機能夠實現水井鉆機自動化控制，能夠打大孔徑、深孔井，適應不同的工作環境，工作狀態和行走狀態實現自由切換，提高鉆井作業的效率及安全系數、減少對人體的危害等。

2.1 鉆臂改為伸縮式二次推進，加長推進長度

如圖1所示，鉆臂改進后，二次推進長度增加到6.6m，鉆機整體長度縮短，整機重量減輕。該設備采用實用新型專利《一種水井鉆機升降架》，該實用新型包括位于鉆機機體上方的支撐架，支撐架上方鉸接有升降架，升降架包括兩側為滑軌結構的外支架，外支架內部設有通過若干伸縮缸伸縮連接的內滑架，內架中部滑動連接安裝鉆機的鉆機座；鉆機座的縱向位置分別連接有傳動滑鏈，下方經繞過內滑架下端與內滑架上側固定，上方繞過內滑架上端與外支架的上側固定，鉆機座下方與內滑架連接部設有若干截面為“匚”形的長條形滑塊。本實用新型能夠使得鉆機的行程得到增加，便于長鉆桿的使用；多伸縮缸設計能夠在工作過程中平穩運行；鉆機座與內滑架之間的滑塊進一步增加穩定性，減少了對零件的磨損[1]。

圖1 鉆臂

2.2 支腿油頂由前伸縮、后固定方式改進為前伸縮后90°回轉折疊式

如圖2所示，鉆機支腿油頂由前伸縮、后固定方式改進為前伸縮后90°回轉折疊式，整機結構更緊湊，同時增加支腿伸展400mm，便于機器遷移裝車。改進后，其提供了一種可轉動鉆機支架，包括固定行進裝置和鉆機裝置的車架，車架兩側轉動連接有若干支撐裝置，支撐裝置與車架轉動連接部處設有固定位置的限位裝置；限位裝置包括轉動部上方的2塊帶若干固定孔的限位板，固定孔限位板分別上下交錯地固定在支撐裝置和車架上，固定孔相互配合并由固定銷固定。本實用新型能夠方便地對支撐裝置位置進行調整，便于鉆機運輸和移動；避免利用液壓設備將支撐裝置伸出收回，減少整機的質量；相對于液壓缸支撐的強度更高，可靠性和安全性更好；結構更加簡單，降低了成本和加工難度。

圖2 支腿油頂

2.3 新型聚酯纖維復合材料耐磨滑塊

由于鉆機滑架部分在鉆鑿過程中有上下鉆進，滑架和滑軌來回磨損，滑軌的磨損較快，為有效避免機座和滑軌之間滑動對滑軌的磨損，減少維護成本，在滑軌上加裝自主開發的新型聚酯纖維復合材料耐磨滑塊，如圖3所示。

這種水井鉆機用滑塊為截面呈“匚”形的長方體結構，滑塊中間沿縱向設有與鉆機滑軌接觸的滑槽，滑槽上方設有與鉆機底座接觸的底座面，滑槽開口的后方和底部設有與固定滑塊的L形卡板配合的豎面和橫面，滑槽的底面向下傾斜與水平面呈1°～2°夾角，豎面和橫面兩側設有與卡板邊緣相接觸的限位邊，滑塊材料為玻璃纖維復合材料。本實用新型利用玻璃纖維復合材料制成，耐磨性好，能夠有效避免鉆機座和滑軌之間接觸滑動對滑軌的磨損，由于滑塊是可替換件，在其磨損到一定程度后能夠方便地進行更換而不用對整個鉆機滑軌進行更換，減少維護成本[2]。

圖3 滑塊

2.4 系統集成及設備組裝（以FY130自行式液壓鉆機為例）

現有的鉆機設備往往比較笨重，移動不便，需要由其他運輸設備搬運，設備構成復雜，往往由機械、液壓、電氣等多套系統組成，不利于維護，并且要求操作人員起吊裝卸等付出很大的勞動力，不僅費時、效率低下，而且工作環境噪音大。此外，普通的鉆井機械不能實現傾斜作業，對于一些需要在斜面鉆探的工作場合，難以正常工作，一些履帶式的機械在長途運輸時單獨需要運輸機械，不能實現長距離的行進。本項目為解決以上鉆機設備構成移動不便、工作效率低下，操作人員多、工作環境惡劣、不能長途運輸，不能在一些特殊需要的工作條件下完成作業的問題，提供一種自行式液壓鉆機。

該鉆機動力件均采用液壓元件，連接同一系統并統一控制，結構緊湊，原理簡單，易于維護；采用氣鉆進行鉆井，提高工作效率；輪式行進裝置能夠實現方便的移動，活動銷的設置不僅適應短途遷移，也很適合長途牽引。該鉆機只需2名操作人員就能進行操作，由于全部采用液壓裝置和支撐架的設計，噪音減少，工作環境的質量和鉆探的精度得到提高。此外，鉆機架與平面呈0°～90°任意夾角，解決了傳統鉆井設備無法在傾斜平面作業的難題。

3 產品特點

鉆臂改為伸縮式二次推進，加長推進長度，縮短鉆機整體長度，減輕整機重量；滑架部分加裝自主開發的新型聚酯纖維復合材料耐磨滑塊，有效避免機座和滑軌之間滑動對滑軌的磨損，減少了維護成本；支腿油頂由前伸縮、后固定方式改進為前伸縮后90°回轉折疊式，整機結構更緊湊，同時增加支腿伸展400mm，便于機器遷移裝車；整機遠距離無線操作，自動鉆進、清井，液壓平衡履帶行走地形適應能力更強。

4 結語

全液壓智能鉆機的關鍵零部件、關鍵技術自主研發，取得多項專利技術，具有完全自主知識產權，具有較強的創新性，達到國際先進水平。項目完成可達到國內領先水平，填補國內產品空白。該項目產品具有高效率、低成本的優勢，它將取代現有傳統的水循環巖心鉆機，具有在廣大發展中國家和欠發達地區推廣的優勢。