DGZ150系列多功能钻机设计及应用技术研究.pdf
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1、文章编号:()收稿日期:基金项目:中国铁建股份有限公司科技研发计划项目()作者简介:姬海东()男河南焦作人高级工程师硕士主要从事隧道地质勘探技术与设备研究:.引文格式:姬海东陈力徐志英.系列多功能钻机设计及应用技术研究.铁道建筑技术():.系列多功能钻机设计及应用技术研究姬海东 陈 力 徐志英(中国铁建重工集团股份有限公司 湖南长沙)摘 要:针对进口多功能钻机价格昂贵、环境适应性差、动力不足、操作方式不友好等问题结合钻探施工工法及客户需求铁建重工研制出适用于隧道超前地质预报的施工利器:系列多功能钻机 在设备布局、功能规划、动力头、臂架结构、推进机构方面均进行了技术升级还可配置高原模块和智能模块
2、满足不同环境和客户的需求 国内多个隧道工程的实践应用表明:超前钻探和地质取芯揭开掌子面前方的“谜团”提升了隧道施工的安全性动力头具备 个回转档位、个冲击档位钻孔效率更高最大钻探深度达 高海拔环境下钻探效率不受影响环境适应性强智能化模块实时更新并记录当前钻进信息便于远程分析及指导施工关键词:多功能钻机 隧道施工 超前地质预报 动力头 双动力中图分类号:.文献标识码:./.():.:.:()引言近年来多功能钻机 在重大铁路、公路专线、水利水电等隧道施工中得到了广泛应用如郑万铁路、玉磨铁路、贵南铁路等工程其通过长距离地质预报、绳索取芯、防突、注浆止水、管棚、锚索等方法保障了隧道施工的安全有效地降低了
3、地质风险的发生已经成为了隧道施工装备中不可或缺的一部分 尤其是在软岩软土、溶洞、富水、煤层等不良地质段隧道施工中多功能钻机已成为保驾护航的尖兵利器 然而发展至今由于设备多数依赖进口以下问题未能得到很好解决阻碍多功能钻机推广应用()进口设备整体采购价格昂贵、货期长配件及售后服务不及时()动力头回转只有两档、冲击只有一档多功能钻进时需配置不同动力头或更换驱动马达()整机动力配置一般为内燃机不符合隧道环保施工要求少数双动力配置却动力偏小不能满足钻深 的施工需要()操作方式较为固定、单一存在视野不佳、操作手易疲惫和靠近危险源等不良因素本文研制的 系列多功能钻机满足国内平铁道建筑技术 ()姬海东 等:系
4、列多功能钻机设计及应用技术研究原、高原等主要工作环境有八档位动力头、双动力驱动、大功率、智能化设计等技术特点有效解决了以上问题 系列多功能钻机集成设计技术 系列多功能钻机是专为微型施工钻孔而设计具有主动和被动安全装置确保更高的安全性为施工人员提供更高的安全保护 同时根据现场作业需要同一机型可进行不同类型的工作从而满足多功能的快速施工要求 此外考虑不同功能、作业环境进行系列化设计满足不同客户需求.主要功能(见表)表 系列多功能钻机主要功能功能型号平原型智能型高原型 超前探孔 超前地质分析 地质取芯管棚支护注浆加固边坡锚固抢险救援数据交互智能升级高原作业 注:表示具备表示不具备但可选配.主要技术参
5、数(见表)表 系列多功能钻机主要技术参数项目参数平原型智能型高原型整机重量/整机尺寸:长 宽 高/发动机额定功率/电机功率/最大钻孔深度/钻孔直径/水平钻孔高度/最高行驶速度(/)/(/)/最大爬坡能力/接地比压/.整机设计技术 图 系列 多功能钻机.整体结构设计技术如图 所示 系列多功能钻机主要由动力头、推进机构总成、臂架总成、车架、底盘、覆盖件、电气系统、液压系统、水气系统、润滑系统等组成 采用履带底盘行走设计、主动俯仰式车架设计、多自由度和整体回转臂架设计、补偿式 刚性推进梁设计、侧置式拖链设计、内外杆夹持器 快速拆卸设计、电动机 发动机双动力设计、独有的八档位回转 三档位冲击动力头设计
6、、标准水头及平衡杆 多种变径接手钻具设计、独有的无线遥控器控制设计、智能化设计、高原化设计、自带电缆卷筒设计等设计技术满足隧道水平和垂直钻进的施工需求.动力头设计技术动力头是 系列多功能钻机的核心零部件之一采用全液压驱动顶锤式结构设计具有 个回转速度档位和 个冲击频率档位既能高速回转钻进又能低速大扭矩冲击钻进满足长距离钻孔和地质取芯不同工况下钻进要求 该款动力头是在传统锚固和取芯动力头的基础上集成设计而成在国内尚属首次应用打破了国外在该技术领域的垄断有利于整机技术的自主创新发展动力头主要技术参数见表 表 动力头主要技术参数项目参数值项目参数值回转速度/(/)回转扭矩/()冲击频率/(/)冲击功
7、/().推进机构总成设计技术推进机构总成主要由推进梁、夹持器组件、拖链总成、动力头底座、驱动总成等组成承担动力头支撑、侧移、前进、后退、行程补偿、钻杆快速安装与拆卸以及取芯卷筒底座支撑等作用 动力头推进与后退采用马达减速机驱动链轮链条方式具有快、慢速两个档位 动力头具有横向侧移功能取芯时方便快捷 夹持器组件由两组内、外杆夹持器和一组拆卸夹持器组成满足双管钻具快速、独立安装与拆卸要求.臂架总成设计技术臂架总成主要负责 系列多功能钻机各种姿态施工要求采用多个油缸满足水平和垂直钻进要求通过马达减速机驱动回转支撑带动主臂进行 大范围回转臂架总成结构件由高强度钢板焊接而成.智能化设计技术 系列多功能钻机
8、具有良好的智能控制技术采用无线遥控器控制整机的运行便于操作手灵活运用和规避视野盲区远离危险源 所有钻进参数如转速、扭矩、冲击能、推进速度、水压等均可自动采集和记录并自动生成工作日志通过搭载的 地质分析铁道建筑技术 ()姬海东 等:系列多功能钻机设计及应用技术研究系统可快速出具地质云图和日志参数曲线图智能辨识施工危险源从而制定预防和整治对策 在网络环境允许的条件下可实时传输施工数据进行远程交互和专家诊断 同时 系列多功能钻机也在远程操控甚至是无人操作、设备自行走和定位方面进行了预留设计用户可在经济允许的情况下选择配置.高原化设计技术高原低温高海拔工作环境是多功能钻机必须克服的一道障碍 由于传统的
9、内燃式动力多功能钻机并未对其进行针对性设计在过去的应用中已暴露了许多问题 系列多功能钻机从根源着手进行专业化设计通过发动机预热技术、液压油加热技术、高原型电机、耐低温液压油、耐低温电气和液压元件等技术手段彻底解决了根本问题提高了多功能钻机在高原环境下的适应能力 系列多功能钻机典型施工应用技术.超前探测和 随钻测量技术如图 所示 系列多功能钻机采用超前探孔并配置 随钻测量系统进行地质预报 通过在钻进过程中采集数据并对其进行分析生成地质云图和报告从而判断前方围岩的分布情况图 地质分析原理.数据采集 地质分析是根据多功能钻机随钻记录的数据对周边地质情况进行分析的技术 因此对新项目进行地质分析前多功能
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