XY-6B型巖心鉆機的研制與應用

彭儒金，戴圣海，邱 華，劉 志

（長沙探礦機械廠，湖南長沙 410100）

XY-6B型巖心鉆機的研制與應用

彭儒金，戴圣海，邱 華，劉 志

（長沙探礦機械廠，湖南長沙 410100）

XY-6B型以XY-4、XY-44A及XY-5型等巖心鉆機的研制經驗為基礎，繼承了這些鉆機采用汽車底盤技術、彈簧夾緊液壓松開滾柱式卡盤及機架耐磨片等優點，同時進行了液壓系統的改進和升降機、轉盤體支撐等創新設計，大大提高了立軸式巖心鉆機的使用性能。

立軸式巖心鉆機;柱銷式卡盤;升降機;轉盤體支撐

隨著人類對地下資源的不斷開采，淺層地下資源已接近枯竭，深部找礦逐漸成為我國今后地質勘探的主要發展方向。而目前市場上，立軸式巖心鉆機仍是我國深孔巖心的主導機型，因此，如何提高立軸式巖心鉆機的使用性能就成為我們開發研制的努力方向。

根據市場需求，在我國常規巖心鉆機的基礎上，我們對零部件采用了模塊化設計，同時采用了汽車的成熟技術和其他創新技術，研制出了新一代深孔巖心鉆機，滿足了市場的需求。

1 指導思想

XY-6B型巖心鉆機以市場上常用XY系列巖心鉆機為基礎，繼承我廠現有巖心鉆機的優點，進行創新設計而成。在傳動系統的設計上，采用模塊化設計;卡盤的設計上，采用注銷式液壓卡盤結構;在液壓系統的設計上，改進了原有鉆機設計中的不足之處，如采用雙聯齒輪油泵等;在其他關鍵部位的設計中大膽創新，如進行了升降機的結構改進，簡化了內部結構，降低生產成本等。

2 結構特點

2.1 傳動、操作系統的設計

在該鉆機的傳動系統和離合變速系統設計上，仍然采用汽車底盤的設計理念，即動力機、離合器、變速箱及操作系統的設計，均采用汽車上整套傳動和變速系統技術，零部件也都選用汽車上的零部件。由于汽車設計和生產技術相當成熟和普及，因此鉆機生產制造容易組織，產品質量能得到保證，零部件供應方便，產品的通用性較強。該鉆機選擇了玉柴YC6B135Z-D20型柴油機作為動力，然后根據其輸出的功率和扭矩，選擇了東風17ZJK-00030型變速箱和380汽車專用離合器。

汽車變速器、離合器的采用，大大縮短了新型鉆機的設計和生產周期，降低了生產組織難度，增加了市場競爭能力，提高了產品質量，降低了生產成本，同時也減少了用戶的購機費用和使用維修費用。

2.2 卡盤的設計

國內同類型鉆機使用的均為碟簧卡緊油壓松開，三卡瓦自動定心式油壓卡盤，該結構為目前最成熟有效的結構之一，已為用戶所廣泛接受。但是該結構與碟簧夾緊力、主動鉆桿磨損的磨損程度以及三卡瓦定心與下卡盤的同軸度等都息息相關，因而只要主動鉆桿稍有磨損就會出現卡盤夾緊不可靠，打滑、刮傷主動鉆桿和崩卡瓦等現象。為此，我們借鑒了我廠巖心鉆機的成熟結構——彈簧夾緊、液壓松開的滾柱式卡盤結構。XY-6B型鉆機卡盤結構如圖1所示。

其工作原理是:固定在卡盤油缸上的夾持環上下滑動，推動卡盤導套里的2個滾柱內外滾動以實現對主動鉆桿的夾緊和松開。卡盤油缸系單向給進油缸，進油時卡盤油缸上移，推動夾持環壓縮彈簧，2個滾柱在主動鉆桿重力分力的作用下向外運動，松開主動鉆桿;回油時，彈簧復位，推動夾持環下移而使滾柱滾入主動鉆桿卡槽，夾緊主動鉆桿。該結構最大的優點就是夾緊可靠，不傷主動鉆桿。

圖1 卡盤

2.3 機架的設計

國內同類型鉆機的底架與上機架直接接觸，易燒傷、磨損快，降低了機架的使用壽命。而我廠系列巖心鉆機在底架與上機架之間，采用材質為65Mn的耐磨板，在移動上機架時，減少底架與上機架的磨損與燒結，因此底架與上機架基本不磨損，經久耐用。同時機架可采用低碳鋼焊接而成，滑移軌道無需進行淬火等熱處理工序，因此減少了加工工序，降低了生產組織難度。再者鉆機的上機架設計成可拆分式，前后可拆成兩體，便于搬遷。

2.4 液壓系統的設計

以往我廠所研發的巖心鉆機，因采用單泵供油，鉆進過程中的大流量及高壓溢流引起能量損耗，致使油溫升高，有時甚至出現因過高的油溫導致液壓系統失效的現象。為解決這個問題，我們在XY-6B型巖心鉆機的設計中采用了雙聯齒輪油泵，實現了小流量溢流，即鉆進時，只用單油泵供油，而倒桿或快速掃孔時，用雙油泵供油，因此既很好地解決了油溫升高的問題又不影響油缸的升降速度。同時，雙泵供油使倒桿速度更快，有效地提高了工作效率。

此外，為解決因多路閥泄漏，卡盤松開持續時間不長的問題，在該鉆機卡盤油缸進油管上增加液控單向閥，大大增強了液壓卡盤的工作可靠程度。該鉆機的液壓系統如圖2所示。

2.5 升降機的設計

圖2 液壓系統圖

升降機主要用于提升、下降鉆具以及起拔套管。在鉆探過程中，升降機工作時間比較長，特別是深孔鉆進，其工作時間可占總工時的1/3～1/2，其性能的好壞直接關系到鉆探施工效率、鉆孔質量和生產安全，是全面評價鉆機性能的重要指標。因此要求其制動可靠且應具有較大的安全系數。在此次設計中，我們對升降機的內部結構進行了優化設計，使其結構更合理，提高承載能力。鉆機搬遷時，升降機可與分動箱、水剎車分離，單獨運輸。圖3為我廠中淺孔巖心鉆機的升降機結構，圖4為XY-6B型巖心鉆機的升降機結構。這2種升降機雖然均為行星輪式結構，但XY-6B型巖心鉆機的升降機在設計過程中，將以前巖心鉆機升降機常用結構中的閘輪A8、油星輪支架A12及密封蓋A9合并為閘輪支架，大大簡化了結構。

圖3 中淺孔巖心鉆機的升降機結構

2.6 轉盤體支撐

由于該鉆機回轉器部分體積龐大，而且只簡單地通過轉盤體法蘭連接在分動箱上，呈懸置狀態，無其他固定支撐裝置。工作過程中，回轉器部分震顫晃動，受力不均且較大，打深斜孔時表現尤其明顯，導致與分動箱連接的轉盤體法蘭及壓緊螺栓產生機械疲勞，出現鉆孔方向偏離原目標等現象，不利于鉆孔施工。因此為增加回轉器部分工作的穩定性，在回轉器部分的設計中，增加了左右支撐。如圖5所示。

圖4 XY-6B型巖心鉆機的升降機結構

圖5 XY-6B型巖心鉆機轉盤體外形圖

3 生產試驗

由于對我廠巖心鉆機使用性能的充分認可，在了解到我廠新研制的XY-6B型巖心鉆機既保留了以前巖心鉆機的優點又進行了創新設計后，江西省地礦局贛南地質調查大隊院士工作站在我廠XY-6B型巖心鉆機試鉆成功后，馬上購買了一臺用于南嶺于都-贛縣礦集區盤古山示范區2000 m驗證孔的施工，這也是該工作站揭牌后首次開工的深部探測驗證鉆孔。該項目是國家專項“深部探測技術與實驗研究專項”的重要組成部分，對拓展深部和第二空間找礦具有重要價值。到目前為止，該孔已經鉆進至300余米，用戶反應該機設計較以往巖心鉆機結構更合理，工作可靠，穩定性好，施工效率高，操作輕松自如。另外由于分動箱采用了斜齒輪，鉆機工作時噪聲也非常小。

4 改進

4.1 存在的問題

轉盤體支撐質量太大，不利于加工和裝配，且不適用于斜孔施工。

4.2 改進措施

改進后的轉盤體支撐結構如圖6所示，主要包括正絲接頭3，正絲螺母A3，反絲接頭5，反絲螺母A4，調節桿4及兩個自潤滑型向心關節軸承A2。鉆垂直孔時，松開正絲螺母A3和反絲螺母A4，旋動調節桿4，使支撐達到合適長度后，鎖緊兩頭的螺母即可。斜孔鉆進時，松開正反絲螺母，旋動調節桿，使2個支撐有效工作長度分別按照轉盤體所需角度縮短和伸長，最終使轉盤體旋至所需工作角度，鎖緊正反絲螺母，即可進行斜孔的鉆進。

圖6 改進后的轉盤體支撐結構

5 結語

XY-6B型鉆機經用戶使用，得到了較高的評價，該鉆機具有以下主要特點:

（1）采用汽車變速箱和離合器，結構緊湊、合理，工作期間運轉平穩，噪聲小，傳動效率高，裝拆方便，便于保養和維修;

（2）具有較高的轉速和較合理的轉速范圍，轉速級數較多、低速扭矩大;

（3）裝機功率大;

（4）移車平穩，固定簡單可靠，高速鉆進穩定性好;

（5）鉆機卡盤采用液壓柱銷式，夾緊可靠，不傷主動鉆桿;

（6）在整個鉆進過程中，無故障發生，使用壽命長。

［1］ 肖燕波，譚國平，彭儒金.立軸式巖心鉆機設計開發的新思路［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2008，35（9）.

［2］ 成大先.機械設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2007.

［3］ 機械工業標準化技術服務部.液壓管接頭標準匯編［S］.江蘇無錫:機械工業標準化技術服務部，1992.

［4］ 夏祖印，張能武.機械加工實用手冊［M］.安徽合肥:安徽科學技術出版社，2008.

［5］ 郭紹什.鉆探手冊［M］.湖北武漢:中國地質大學出版社，1993.

Development and Application of XY-6B Core Drill

PENG Ru-jin，DAI Sheng-hai，QIU Hua，LIU Zhi（Changsha Exploration Machinery Factory，Changsha Hunan 410100，China）

Based on the development experience of XY-4，XY-4A and XY-5 core drill，the advantages of automobile chassis technique，spring clamping hydraulic unlock roller-type chuck and weae-resistant frame were followed，and improvement was made on hydraulic system and creative designs were carried out in the elevator and rotary table support，the service performance of spindle core drill was greatly in improved.

spindle core drill;pin chuck;elevator;rotary table support

P634.3+1

A

1672-7428（2012）09-0059-03

2012-06-13

彭儒金（1972-），男（漢族），湖南嘉禾人，長沙探礦機械廠設計研發部部長、工程師，機械設計制造及其自動化專業，從事鉆探機械的研發工作，湖南省長沙市星沙經濟技術開發區盼盼路5號，prj07310735@sina.com。