鉆通ZT－150H型非開挖鋪管鉆機研制

魏華超

（無錫市鉆通工程機械有限公司，江蘇 無錫214161）

1 引言

目前，非開挖市場前景廣闊。隨著世界人口的不斷增長，工業化程度的不斷提高，各種燃氣，石油，自來水，電信管道的鋪設非常廣泛，現在市場的需求量由小型設備轉變為中大型設備。由于一些直徑大的管道需要鋪設，尤其是在一些偏遠的山區以及島嶼地帶，也需要鋪設一些自來水管道，要穿越河流，山體等障礙物，不便于明挖，這就需要非開挖設備來施工，滿足那些地區的人們的生活需要。

2 整體方案設計

非開挖鉆機有整體與分體式兩種結構形式。由于整體式結構對于大噸位鉆機而言，體積大、重量重，行走不靈活，運輸極不方便；又因市場的需求，工程施工的需要，設備能力加大，但單件重量要適合運輸。為此，我們研制了一種分體式全液壓非開挖鉆機，方便拆裝與運輸，適合長距離的搬運以及在惡劣的路面上自由行走。

該鉆機采用全液壓多泵組合傳動方式，主泵提供回轉與給進回拉，副泵提供夾持與輔助動作及履帶行走馬達動力。動力頭、鉆架、夾持器、行走小車、起塔油缸構成塔架部分；柴油機、油泵組、吊車、支腳、履帶車構成動力站部分。這兩個部分是該鉆機的重要組成部分，發揮著重要作用。當移動鉆機時，把塔架前端油缸頂起，在履帶車的牽引下行走；當鉆機工作時，履帶車從塔架下開出，然后起塔油缸支起調整施工角度，前后地錨裝置固定好，油管與電器連接一塊，通過操縱室來實現給進、回轉、夾持、卸扣一系列的動作來進行施工。總體來說，該鉆機分為兩大塊：動力站與塔架，這種分體式結構便于安裝調試運輸，操作靈活，其中夾持器結構采用全程移動方式，更方便拆卸鉆桿。動力站及其塔架如圖1、2所示。

3 鉆機的主要機構與參數設計

3．1 鉆機的主要機構

ZT－150H型非開挖鉆機具體可分為九大部分：動力頭、鉆塔、給進機構、履帶車、夾持器、動力站、液壓系統、電路系統、地錨裝置。

（1）動力頭

動力頭采用整體封閉齒輪箱體式結構，箱體通過齒輪的轉動實現飛濺潤滑；空心主軸后面配備旋轉水龍頭結構，方便泥漿與水從后面通過進入鉆桿中達到施工要求；驅動方式通常有3種，大多數采用中低速馬達驅動。①低速大扭矩馬達直接驅動；②低速大扭矩馬達通過減速機傳動；③高速馬達通過行星減速機和齒輪傳動。就以上3種驅動方式而言，①與②這2種方式速度慢，轉速調節范圍窄，扭矩比較大，③轉速快些，調節范圍寬，由于本鉆機要求轉速范圍有3個檔位，同時要求轉速也較高，所以選擇③傳動方式。動力頭還要配備浮動結構，一般有2種方式：整體浮動與主軸浮動。整體浮動是箱體下端通過2根銷軸穿在與箱體相連接的小車架上，然后通過在箱體前端安裝一個小油缸來支撐，始終讓箱體處于后端，鉆桿上扣時拉動箱體前進防止絲扣損壞，制作方便。主軸浮動是指在主軸前端分2段，前端主軸固定在花鍵套內，花鍵套與后端主軸相連，中間帶有密封裝置，防止漏水，此方式也應用較普遍，但是加工周期長，制造精度高。ZT－150H型鉆機采用前一種浮動形式。

圖1 履帶式動力站

圖2 塔架

（2）鉆塔

鉆塔結構形式有多種，如桁架式，型材拼接式，板材拼接式，型材與板材相結合式等。由于桁架式結構有些復雜，同時加工工藝比較麻煩，焊點比較多，型材與板材這兩種形式，雖然焊接方便快捷，但是存在制造精度低不能直接滿足使用要求。ZT－150 H型鉆機采用型鋼與板件焊接而成，整體剛度比較好，采用對稱結構，便于加工制造，前后有支撐點，后支撐采用油缸連接，可以方便的調整鉆塔角度，滿足施工要求同時后支撐點處增加限位，避免履帶車與塔架整體行走時產生振動，導致整機不穩。

（3）給進機構

給進機構有3種傳動結構方式：①油缸直接推進式；②鏈條馬達式；③齒輪齒條式。由于油缸直接推進式給進力大時，油缸制作起來比較大而且笨重，再有油缸桿不能做的過長否則容易彎曲，穩定性不好，傳動環節比較多，不便于拆裝。鏈條馬達式在給進回拉力比較大的情況下，鏈條不能承受較大載荷，容易拉斷，傳動起來不是很平穩。齒輪齒條式傳動扭矩比較大，傳動平穩，受力比較均勻，同時不受行程的限制，更適合大噸位鉆機。本機采用多組馬達同時驅動齒輪，與固定在鉆架上的齒條做相對運動來實現給進與回拉。

（4）履帶車

履帶車可以與鉆塔拆裝分離，也可以馱著鉆架行走，底盤類似挖掘機底盤，它包括驅動輪，漲緊輪，承重輪，支重輪，鏈軌（所謂的四輪一帶）。剛性連接式車架，行走方便靈活，適合泥石路以及路面凹凸不平的道路，外置控制盒操作，可以遠離設備控制，防止意外事故發生。

（5）夾持器

夾持器結構有對夾式與三爪式兩種。對夾式加工制造方便，同時穩定性也較好；三爪式雖然受力均勻，夾持體上的3個等分加工難度高，同時3個油缸的同步性比較差，難于保證3點同時著力。因此，本機采用雙油缸對夾方式，夾持力大，對中性好，夾持器整體可以自由移動，方便擰卸鉆桿絲扣；卸扣采用雙邊油缸同時著力，卸扣扭矩大，來滿足施工的需求。

（6）動力站

動力站可以獨立行走，發動機采用美國進口康明斯品牌，動力強勁，配備豪華裝飾的超大駕駛室，帶有大噸位吊車，可以吊運鉆具，方便安全，四周還有支腿支撐增加整體穩固性。

（7）液壓系統

兩組油泵與柴油機通過分動箱連接，傳動平穩，回轉與給進采用閉式系統，單獨使用不會與其他系統有任何干涉，功率上比較強大能滿足性能要求，同時閉式系統變量泵為集成式結構，補油泵及補油、溢流、控制等功能閥組集成于液壓泵上，使管路連接變得簡單，不僅縮小了安裝空間，而且減少了由管路連接造成的泄漏和管道振動。由于僅有少量油液從油箱中吸取，減少了油箱的損耗；采用開式負載敏感系統，此負載敏感回路包括軸向柱塞變量泵，負載感應驅動機構和配置有負載感應梭閥網絡的比例多路換向閥構成。多路換向閥中負載感應網路通過一系列梭閥與每個工作控制閥片的A口和B口相通，從而保證所感應到最高負載壓力可以通過梭閥傳至變量泵的控制閥。負載感應網路的LS口與變量泵負載感應控制閥的X口相連負載感應控制的變量泵，它基本消除了無效功的發熱損耗，系統的發熱損耗僅限于換向閥進出口實際流量的壓降發熱損耗，而且隨實際系統工作壓力的變化保持恒定，節省功率，性能優越，系統穩定可靠。

3．2 主要參數

發動機功率：448k W

給進／回拉力：1500k N

回轉轉速：0～30，0～60，0～90r／min

回轉扭矩：66k N·m

給進行程：6．6m

給進行走速度：0～0．45m／s

鉆桿直徑：114mm

入射角度：8～15°

外形尺寸：11800×2550×3360mm

4 結束語

目前，此非開挖鉆機樣機已經制造完成，調試與部分性能測試也已完成，可以和國外的設備相媲美，操作方便靈活，可以適合一些惡劣工況的施工，對巖石工況更為適合，即將應用到實際施工中去。

［1］ 成大先 ．機械設計手冊 ．北京：化學工業出版社，2002．

［2］ 花容 ．非開挖導向鉆機中幾種主要結構設計［J］．探礦工程（巖土鉆掘工程），2009（8）．

［3］ 路甬祥 ．液壓氣動技術手冊 ．北京：機械工業出版社，2002．