專利名稱：沖擊反循環(huán)鉆機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于基礎工程施工鉆探設備鉆機。
我國水利水電混凝土防滲墻的槽孔施工，幾十年來，主要使用老式的CZ－22，CZ－30鋼絲繩沖擊鉆機，這種鉆機具有沖擊功大，有擠密功能，對地層適應性強，結構簡單，便于操作維修等特點，但其缺點是抽筒式間斷排渣，造孔工效低，易對環(huán)境造成污染。近年來，國內(nèi)不少單位都在致力于這方面的研究，并取得不少成果，但至今為止，研制出的若干新型鉆機均不十分理想，有的沖擊功偏小，有的不能用于槽孔施工，有的鉆進深度有局限，并且采用卷筒帶動鉆頭沖擊作業(yè)，工效低，能量損耗大，且局限于單孔施工。在國外，用于防滲墻槽孔施工的機械發(fā)展很快，為了適應漂卵石等大顆粒復蓋層鉆槽(孔)的需要，不少國家也對沖擊反循環(huán)鉆機進行了研究，例如，日本KPC－1200重錘式反循環(huán)鉆機，法國CIS－78沖擊反循環(huán)鉆機等，由于國外這些鉆機多數(shù)采用機－－電－－液一體化，鉆機結構較復雜，售價昂貴。因此，很有必要研制一種既先進又實用的沖擊反循環(huán)鉆機，以適應我國水電建設需要，所以我們從中國的國情出發(fā)，構思了一種獨特的研制方向和路線，這就是在吸收老式鋼絲繩沖擊鉆基礎上，突破若干關鍵技術，使其能適應沖擊反循環(huán)作業(yè)的要求以實現(xiàn)快速鉆進。
為解決深厚復蓋層建造混凝土防滲墻需要，提供一種結構簡單，操作維修方便，造價低，利用雙繩同步作業(yè)，進行反循環(huán)連續(xù)排渣，工效高，可進行成槽施工的鉆機是本實用新型的目的。
本實用新型的主要結構如


圖1，2，3，其中，
圖1為同步雙筒卷揚系統(tǒng)示意圖，圖2為天輪機構示意圖，圖3為沖擊系統(tǒng)示意圖。其中1.卷揚軸；2.雙鍵；3.鏈輪轂；4.鏈輪齒圈；5.軸承座；6.制動輪；7.雙鍵；8.軸承；9.左卷筒；10.螺拴；11.大齒輪；12.小齒輪；13.軸承；14.立軸；15.圓柱銷；16.右卷筒；17.注油管；18.軸承；19.軸套；20.壓板；21.螺拴；22.鋼絲繩；23.軸承；24.平鍵；25.止動墊圈；26.螺母；27，28，29，31，33.軸套；30.圓螺母；32.螺拴；34.圓螺母；35.閘帶；36.工字架；37.螺母；38，40，41.軸套；39，42.滑輪；43.天輪軸；44，45，46，47.箱形結構；48.繩夾；49.沖擊架；50.連桿；51.沖擊齒輪；52.前導向軸；53.前導向輪；54.后導向輪；55.后導向軸。
本實用新型的特點是卷揚系統(tǒng)的卷揚軸(1)采用常閉式制動系統(tǒng)，閘帶(35)常剎住制動輪(6)通過雙鍵(7)與制動輪(6)聯(lián)成一體，左右卷筒(9，16)通過單列圓錐滾子軸承(8，23)以背靠背形式裝配在卷揚軸(1)上，成自由相對回轉狀態(tài)，卷揚軸(1)通過花鍵與立軸(14)聯(lián)結，一對小齒輪(12)裝配在立軸(14)上，尾部用圓螺母(25)緊固，并分別和左右卷筒上的兩個大齒輪(11)嚙合，兩個大齒輪經(jīng)聯(lián)結件螺拴(10)，圓柱銷(15)平鍵(24)分別與左右卷筒聯(lián)成一體；沖擊機構的兩個前導向滑輪(53)，兩個后導向滑輪(54)分別裝配在前后導向軸(52，55)上，用于兩根鋼絲繩穿過。
桅桿上的天輪機構由天輪軸(43)，三個滑輪(39，42)及箱形結構件(44，45，46，47)組成，中間滑輪(42)用于懸吊水龍頭和排渣管，一對滑輪(39)用于鋼絲繩懸吊鉆頭。
沖擊機構用于懸吊鉆頭的鋼絲繩為左、右旋向，使兩根鋼絲繩在深孔作業(yè)時不打紐絞結。
本實用新型的實施例動力經(jīng)鏈輪齒圈(4)，鏈輪轂(3)，雙鍵(2)，傳至卷揚軸(1)，卷揚軸(1)通過花鍵與立軸(14)聯(lián)結，一對小齒輪(12)用軸承(13)裝配在立軸(14)上，尾部用圓螺母(25)緊固，一對小齒輪(12)分別和左卷筒(9)，右卷筒(16)上的兩個大齒輪(11)嚙合，兩個大齒輪經(jīng)螺拴(10)，圓柱銷(15)，平鍵(24)分別和左卷筒(9)，右卷筒(16)聯(lián)成一體。動力再經(jīng)立軸(14)，小齒輪(12)傳至大齒輪(11)，并分別驅(qū)動左、右卷筒。如需提升或下放鉆具，當兩根鋼絲繩等長時，左卷筒(9)，右卷筒(16)只產(chǎn)生同一方向的公轉，左、右卷筒不產(chǎn)生相對轉動。當雙鋼絲繩不等長，左、右卷筒在同一方向公轉的同時，還將產(chǎn)生相對轉動，直至雙繩等長，達到新的平衡，最終使鉆具的雙鋼絲繩等長沖擊作業(yè)。
鏈輪轂(3)和制動輪(6)由圓螺母(34)，軸套(33，31)及軸承(18)固定在卷揚軸(1)左側，左卷筒(9)，右卷筒(16)分別由圓螺母(30)，軸套(29，28，27)，軸承(8，23)對稱固定在卷揚軸(1)上，卸去左、右卷筒上的螺母(26)，從觀察孔可了解齒輪嚙合狀況，并通過圓螺母(30)可調(diào)節(jié)左、右卷筒上的大齒輪(11)與小齒輪(12)的嚙合間隙，該卷揚可通過注油管(17)，卸去螺母(26)給差速輪系(11，12)，軸承(23)注油潤滑。左、右旋轉鋼絲繩(22)由左、右卷筒上的壓板(20)，螺拴(21)緊固在儲繩筒上。
卷揚軸(1)采用常閉式制動系統(tǒng)，即閘帶(35)常剎住制動輪(6)，通過雙鍵(7)將制動輪(6)和卷揚軸(1)聯(lián)成一體，左卷筒(9)，右卷筒(16)通過軸承(8，23)，在卷揚軸(1)上成自由相對回轉狀態(tài)。此工況恰能保證左、右卷筒在公轉及卷揚軸(1)在制動狀態(tài)，都能調(diào)整雙鋼絲繩等長作業(yè)。雙繩調(diào)節(jié)平衡分兩種工況①閘帶(35)松開，卷揚軸(1)轉動，帶動同步雙筒卷揚轉動，當雙鋼絲繩不等長時，左、右卷筒在公轉的同時，還將產(chǎn)生相對轉動，如左卷筒順時針轉放繩(從卷揚左側看)，則右卷筒被動機械逆時針轉收繩，雙繩等長作業(yè)時，這種相對轉動自動停止，直到下一個循環(huán)；②閘帶(35)剎住制動輪(6)，卷揚軸(1)不轉動，公轉失效。當雙鋼絲繩不等長時，左、右卷筒不產(chǎn)生公轉，僅作相對運動，還可調(diào)節(jié)雙繩平衡等長。
該同步雙筒卷揚采用了兩套單列圓錐滾子軸承(8，23)，并且以背靠背形式裝配在左、右卷筒上，在徑向載荷Fr作用下，沖擊筒軸承(23)的派生軸向力S1與齒輪嚙合對左、右卷筒的軸向反力Fa，大小接近，方向相反。該種軸承裝配形式可減少抵消左、右卷筒向外兩側的軸向合力，利于齒輪正常嚙合，保證同步雙筒卷揚在長期疲勞條件下正常工作。
桅桿天輪機構將老式的機構雙滑輪［一個滑輪(39)，一個滑輪(42)］改為三滑輪，兩個滑輪(39)用于鋼絲繩懸吊鉆頭，一個滑輪(42)懸吊水龍頭及排渣管，以進行連續(xù)排渣。
固定在同步雙筒卷揚的兩根鋼絲繩(22)，經(jīng)沖擊機構一對后導向輪(54)，一對前導向輪(53)，穿過桅桿天輪機構一對滑輪(39)，繩頭懸吊鉆頭，以便實現(xiàn)雙繩同步作業(yè)。中間滑輪(42)用于懸吊水龍頭及反循環(huán)排渣鉆桿。滑輪(39)分別由圓螺母(37)，軸套(38，40)，固定在桅桿天輪機構的左右兩側，中間滑輪(42)由軸套(41)，天輪軸(43)凸肩固定在中央，繩夾(48)用于鎖定地錨鋼絲繩。
在動力驅(qū)動下，沖擊齒輪(51)作圓周順時針轉動。沖擊齒輪回轉一周，鉆頭完成一次沖擊、提升過程。
國內(nèi)有關單位研制的沖擊反循環(huán)鉆機均采用同一旋向的鋼絲繩，由于鋼絲繩為同一旋向，施放的應力也為同一方向，所以，在鉆孔作業(yè)時兩根鋼絲繩往往會打紐絞結在一起，特別是在深孔作業(yè)時，尤為明顯。本實用新型CZF－1200沖擊反循環(huán)鉆機在國內(nèi)首次采用了左、右旋向鋼絲繩懸吊鉆頭作業(yè)。鉆機在采用左、右旋向鋼絲繩后，應用效果良好，在超深孔(71m)作業(yè)時，也無打紐絞結現(xiàn)象。
提升鉆頭合閉在主軸上的鉆具同步雙筒卷揚離合器，同時松開制動輪(6)上的閘帶(35)，動力驅(qū)動鏈輪齒圈(4)，鏈輪轂(3)，卷揚軸(1)，帶動雙筒卷揚逆轉，鋼絲繩(22)卷升，以提起鉆頭。
落放鉆頭松開閘帶(35)，鉆頭靠自重下落，同時帶動雙筒卷揚順轉。
正常沖擊合閉主軸上沖擊的離合器、閘帶(35)剎住制動輪(6)，鉆具由沖擊機構帶動上下沖擊作業(yè)。
本實用新型的效果CZF－1200型沖擊反循環(huán)鉆機的關鍵部件同步雙筒卷揚問題及配套機構的解決，使反循環(huán)工法得以實現(xiàn)，通過楊村和順義試驗孔及小浪底圍堰防滲墻成槽施工，鉆進工效大為提高。楊村試驗孔，通過了直徑為800mm，孔深為54.5m的粉沙、粘土層試驗，純鉆工效達4.497m／h，大平均工效2.97m／h，為老式CZ－22型鉆機成孔速度的三倍；北京順義試驗孔，通過了直徑為800mm，孔深為71m的深厚砂卵石復蓋層的深孔試驗，純鉆工效為0.85m／h，大平均為0.5m／h，為相同地層施工的CZ－22型鉆機成孔速度的三倍；在國家“八.五”重點工程河南小浪底上游圍堰混凝土防滲墻主體工程施工中，進行了我國第一臺沖擊反循環(huán)鉆機的成槽試驗，在23＃－5號槽孔施工中，日進尺達23m，其工效為老式?jīng)_擊鉆機的近十倍。
雙繩同步卷揚機構工作原理科學，結構合理，運轉自如，在動態(tài)和靜態(tài)情況下，均能保持雙鋼絲繩等長，并使鉆具平穩(wěn)工作。
雙繩懸吊的鉆頭，在沖擊過程中始終保持平衡，不僅適用于鉆進土層，也能鉆進砂卵石、基巖等堅硬地層。
樣機結構簡單，操作、維修方便，關鍵部件同步雙筒卷揚結構設計已經(jīng)受了長期運轉試驗，其三次試驗沖擊運轉時間已近1000小時。
本實用新型的特點是鉆機結構簡單，操作、維修方便，造價低，工效高，能進行反循環(huán)連續(xù)排渣，還可進行成槽施工，并可根據(jù)需要，將左右卷筒聯(lián)成一體，成為單卷筒。
本實用新型可廣泛適用于地質(zhì)，工程基礎處理成孔、成槽施工。
權利要求1.一種主要以卷揚系統(tǒng)、沖擊機構、桅桿、操縱機構組成的沖擊反循環(huán)鉆機，其特征在于卷揚系統(tǒng)的卷揚軸(1)采用常閉式制動系統(tǒng)，閘帶(35)常剎住制動輪(6)，通過雙鍵(7)與制動輪(6)聯(lián)成一體，左卷筒(9)與右卷筒(16)通過單列圓錐滾子軸承(8)(23)以背靠背形式裝配在卷揚軸(1)上，左右卷筒成自由相對回轉狀態(tài)，卷揚軸(1)通過花鍵與立軸(14)聯(lián)結，一對小齒輪(12)裝配在立軸(14)上，并分別和左右卷筒上的兩個大齒輪(11)嚙合，兩個大齒輪經(jīng)聯(lián)結件螺旋(10)，圓柱銷(15)，平鍵(24)分別與左右卷筒聯(lián)成一體；沖擊機構的兩個前導向輪(53)、兩個后導向輪(54)分別裝配在前后導向軸(52，55)上；桅桿的天輪機構由天輪軸(43)，三個滑輪(39，42)及箱形結構板件(44，45，46，47)組成。
專利摘要一種沖擊反循環(huán)鉆機，其特點是雙繩同步卷揚系統(tǒng)的卷揚軸(1)為常閉式制動，與制動輪(6)聯(lián)成一體，左右卷筒(9，16)通過單列圓錐滾子軸承(8，23)裝配在卷揚軸上，成自由狀態(tài)，在動、靜態(tài)作業(yè)條件下，均可隨意調(diào)節(jié)雙繩平衡，天輪機構改為三個滑輪，沖擊機構由兩個導向輪組成。具有結構簡單，操作維修方便，工效高，能進行成槽施工，在任何情況下，均能保持雙鋼絲繩等長，并使鉆具平穩(wěn)工作的特點?？蓮V泛作為地質(zhì)、工程基礎處理成孔成槽施工。
文檔編號E21B1/00GK2154903SQ9321744
公開日1994年2月2日 申請日期1993年7月5日 優(yōu)先權日1993年7月5日
發(fā)明者張杭生, 蔣振中, 哈秋舲, 賀瑞明, 劉日新 申請人:中國水利水電基礎工程局科研所