１８ 鲍 娟：ＺＴ－３６Ａ型非开挖定向钴进铺管钴机的研制 第１４卷第５期 ＺＴ－３６Ａ型非开挖定向钻进铺管钻机的研制 鲍娟 （无锡市钻通工程机械有限公司，江苏无锡２１４１６１） 摘 要：本文介绍了ＺＴ－３６Ａ型非开挖铺管钻机在传统钻机的基础上进行了创新。该型钻机可实现半自动装卸钻 杆，既能减轻工人的劳动强度，又能加快工程进度、降低工程成本，施工更加安全可靠。 关键词：非开挖；钻机；履带式；自动化；全液压 中图分类号：Ｐ６３４．３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２８２Ｘ（２Ｏ１３）Ｏ５—００１８—０２ 随着国内现代化经济建设的迅速发展，城市通 矩，由另一个闭式柱塞泵供油实现动力头的钻进和 回拉动作，由一个齿轮泵供油实现夹持器、泥浆泵、 机械手及钻机其他部件的工作。钻机的回转与给进 信、电力、热力管道、燃（煤）气、各类水管道、输送各 种化工产品的地下管线的铺设及现有陈旧管线修复 和更换的任务逐渐增多，集诸多优点，如：工作效率 高、省时、节能、能明显提高社会效益于一身的非开 挖技术越来越得到人们的重视。为此，我公司顺应市 操作采用液控手柄控制，使得回转与给进均可无级 调速，极大的节省了能源；钻机行走采用有线远程控 制，其它操作则全部采用电气按钮集中控制，即方便 又安全。此外，钻机还可使用有缆控向仪器进行导 向钻进，适合多种工况。 １．２钻机主要技术参数 钻机功率：１６０ｋＷ 额定转速：２２００ｒ／ｒａｉｎ 最大回转扭矩：１４０００Ｎｍ 场需求，特别针对非开挖行业工人劳动强度大，成本高 的特点，自主研发了适用性更强，性能更加优越的ＺＴ－ ３６Ａ型定向钻进铺管钻机，来满足用户的需求。 １整体设计方案与技术参数 １．１钻机整体设计方案 如图１所示，ＺＴ＿３６Ａ型非开挖铺管钻机设计 输出转速：Ｏ￣１０５ｒ／ｍｉｎ 最大给进／回拉力：３６０ｋＮ 给进行程：３２５０ｍｍ 给进／回拉速度：Ｏ～Ｏ．２８ｍ／ｓ 钻机入射角度：８～２０。 履带行驶速度：１．５ｋｍ／Ｈ 履带爬坡能力：１６。 导向孔直径：ｑ￣１２Ｏｍｍ 为整体履带式、半自动化、全液压驱动。钻机由动力 站、动力头、给进机构、夹持器、钻架、地锚、操纵台、 机械手和泥浆泵等组成，且均安装在钢制履带底盘 上，移动起来既方便又灵活。 最大扩孔直径：￣ｌ Ｏ００ｍｍ 钻杆规格： ７６×３０００ｍｍ 泥浆泵流量：３２０Ｌ／ｍｉｎ １．遥控手柄；２．地锚组件；３．夹持器；４．操纵台；５．机械手； 机械手回转扭矩：１２００Ｎｍ ６．动力站；７．履带底盘；８．动力头；９．鲇架；１０．给进机构； １１．起塔油缸；１２．后支腿；１３．泥浆泵 机械手到位速度：２～３ｓ ２钻机主要结构设计 ２．１动力头 图１钻机总体图 一钻机动力由柴油机提供，采用全液压传动。由 个闭式柱塞泵供油实现动力头输出转速和回转扭 收稿日期：２０１３—０７—２４ 如图２所示，钻机动力头由一个柱塞式液压马 作者简介：￣｛（１９８２－－），女（汉族），江苏无锡人，机械设计制造及其自动化专业，从事非开挖工程机械设备的设计工作， Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｓｍａｙ２４＠１６３．ｃｏｒｎ。 ２０１３年１０月 地质装备 １９ 达、减速机、一级齿轮减速箱、水龙头、主轴、拖板等 组成，这种结构简单、体积较小。动力头主轴与钻具 之间采用螺纹连接，螺纹优选美国石油ＡＰＩ标准， 既增加了强度，互换性又好。另外，将钻机上的水龙 头更换为有线水龙头后，即可满足有缆控向仪器导 向信号的接收。 １．液压马达；２．减速机；３．一级减速齿轮箱；４．主轴； ５．水龙头；６．浮动拖板；７．给进机构 图２动力头 钻机动力头底部设有一浮动拖板与给进链条连 接，动力头置于浮动拖板上，可沿浮动拖板在鲇架导 轨上自由移动一段距离Ｓ１。在拧卸钻杆螺纹时，可 以减小螺纹所受的挤压力，保护螺纹，延长钻杆的使 用寿命。 ２．２给进机构 如图３所示，ＺＴ－３６Ａ型钻机采用双液压马达 驱动，通过链轮、链条传输动力的给进形式，实现钻 进和回拉。这种给进机构运行平稳、结构比较简单， 与油缸给进的结构相比，维修比较方便；钻机的给进 力与回拖力相同，可利于长距离导向孔的钻进。 马达一链条形式的给进机构所选用的链条必须 能承受全负载，并且需要选择低速大扭矩液压马达 传输动力，承载能力有限，适用于中小型钻机；大型 钻机多以齿轮一齿条形式作为给进机构，马达一链条 式的结构可作为大型钻机的助力机构，给钻机铺管 作业时提供必要的帮助。 １．液压马达２．链轮３．链条４．导轮 图３给进机构 ２．３夹持一拧卸机构 如图４所示，ＺＴ＿３６Ａ型钻机配有夹持一拧卸机 构，置于钻架前端。前后夹持器分别对装２个液压 油缸，推动油缸杆端部的卡瓦夹紧、松开钻杆；卸扣 机构则采用１个液压油缸与后夹持器连接。钻机卸 扣时，前后夹持器分别夹紧前后钻杆，后夹持器在卸 扣油缸的作用下旋转，前夹持器承受反扭矩，前后配 合卸开钻杆第一扣，之后依靠动力头反转卸开钻杆。 钻机装卸钻杆时的对中性对钻杆的使用寿命有 很大的影响，该型钻机的优点是前夹持器设计采用 大小油缸对中结构，具有良好的对中性能，可延长钻 杆的使用寿命；而前后托轮的设计可避免钻杆偏离 回转中心。 一 图４夹持一拧卸机构 ２．４ 自动装卸钻杆机构 目前，中小型钻机主要采取人工装卸钻杆和自动 装卸钻杆２种方式，而大型钻机则多采用吊机装卸。 采用人工装卸钻杆的作业方式效率低、施工成 本较高，而且施工人员的劳动强度很大。 自动装卸钻杆机构一般由钻杆箱、一对同步机 械手臂、钻杆起落、钻杆排数选择装置等组成。可由 该机构自动完成装卸钻杆的过程，操作比较复杂，易 出现失误，另外必须配置吊机装卸钻杆箱，施工成本 较高。 如图５所示，ＺＴ－３６Ａ型钻机采用旋转结构输 送钻杆，结构简单、操作方便，由一对同步机械手臂、 旋转机构、夹紧装置等组成。可实现由施工人员在 地面直接投放钻杆，然后操控机械手抓取钻杆完成 装卸钻杆的过程。此项技术既能减轻施工人员的劳 动强度、提高工作效率，又能达到加快工程进度、降 低工程成本的目的。 一／Ｆ／＝－ 图５自动装卸钻杆机构 （下转第４１页） ２０１３年１０月 地质装备 ５结语 ４１ 风动潜孔锤钻进技术在水利水电工程的运用， 成功解决了钻进效率低，成孔难的问题，既保证了本 工程的质量问题，又提高了工作效率。为风动潜孔 锤钻机在水利水电工程中普遍推广打下了基础。 参考文献： ［１］ 常焕生等．水利水电工程锚喷支护施工［Ｍ］．北京：中 国水利水电出版社，２００６． ［２］冯德强．钻机设计ｌ－Ｍ］．北京：中国地质大学出版社， 图７施工图 ｌ９９３． １－３］钻机设计选型与操作维护保养及质量检验标准规范实 用手册［Ｍ］．北京：北方工业出版社，２００７． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｉｒ Ｈａｎｕｎｅｒ Ｄｒｉｌｌ ｉｎ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔ ＺＨＡＮＧ Ｑｉａｎｇ （Ｓｈａｎｘｉ Ｈｅｃｈａｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｘｉ ７１２０００，Ｐ Ｒ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ａｉｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｈａｍｍｅｒ ｄｒｉｌｌ ｉｎ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｐｒｏｊ ｅｃｔ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ａｎｃｈｏｒ ｓｐｕｒｔｓ；Ａｉｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｈａｍｍｅｒ ｄｒｉｌｌ；ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ （上接第１９页） ２．５液压系统 采用电子自恢复式保险技术，可避免因搭铁短路、人 为或质量问题引起严重的线路故障。此项技术的应 用，极大地提高了钻机电路系统的可靠性，提升了钻 机整机的性能质量。 ３结束语 ＺＴ－３６Ａ型钻机为全液压驱动，由１台１６Ｏｋｗ 的柴油机提供全部动力。主液压系统采用闭式液压 传动技术，所有液压元件，均采用国内外先进产品， 效率高、性能稳定可靠。钻机主要采用油水组合式 散热器来解决柴油机和钻机液压系统的发热问题， 由于近年来人工成本的逐渐上升，对自动装卸 此外闭式系统中设有冲洗阀装置，可降低系统高压 时的油温。 钻机液压系统设计合理，带有自我保护功能，有 较高的可靠性。主液压系统中，２个柱塞泵安全阀 设定压力为２５ＭＰａ，切断压力为２３ＭＰａ，一旦系统 钻杆功能需求强劲，钻机配备半自动装卸钻杆机构， 既能很好的减轻工人的劳动强度，同时结构简单，操 作方便，适合中国国情。 ＺＴ－３６Ａ型非开挖铺管钻机，是针对我国非开 挖铺管市场的急需，在我公司其他钻机的经验基础 之上立项研究的重大课题。 此项目的完成，不仅为行业市场增添了一个新 的机型品种，而且针对我国行业的国情情况，更实 压力达到２３ＭＰａ，泵将自动零排量输出以保护油泵 和马达；回转马达设有卸扣浮动装置，卸扣油缸工作 时使动力头承受反转扭矩，此时浮动装置将回转马 达ＡＢ口连通，以保护马达和油泵。另外，自动装卸 机构设有防撞系统，可自动切断钻机给进控制回路， 以避免机械手与动力头产生碰撞，保障施工安全。 ２．６ 电气系统 用、更经济，进一步促进行业的迅速发展，也使钻通 产品继续引领我国非开挖行业。 参考文献： ［１］成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００２． ＺＴ－３６Ａ型钻机采用永州时新公司生产的 ＺＴＤ２０１２型多路电子功率开关盒取代了原ＺＴ系列 钻机上配用的继电器开关盒，该型电子功率开关盒 ［２］花容．非开挖导向钻机中几种主要结构设计［Ｊ］．探矿 工程，２００９（８）．
