DTR3205H型全套管全回转钻机讲解.doc

DTR3205H型全套管全回转钻机介绍刘可可、陈建海、金立源、张迅（徐州盾安重工机械制造有限公司 江苏徐州）摘要：本文主要介绍徐州盾安重工机械制造有限公司自主研发的DTR3205H型全套管全回转钻机，主要包括其技术参数、机械部件、液压系统、电气系统和辅助机具的介绍。该机型主要适应于特殊地层和复杂环境下施工，其性能稳定可靠，施工效率高。关键词：全套管全回转钻机；技术参数；机械部件；辅助机具1 引言随着城市化进程的加速，复杂地质环境施工项目日益增多，全套管全回转钻机以环保、可靠、高效的钻进技术优势应用范围越来越广，我国急需大型全套管全回转钻机。全套管全回转钻机及其工法在国内应用时间不长，技术及应用上具有一定的挑战性。盾安全套管全回转钻机的成功研发填补国内技术空白，具有完全自主知识产权，替代进口，满足了国内市场需求。为持续满足市场需要、完善产品型普、在行业中保持持续的领先优势，盾安重工自主研发了DTR3205H全套管全回转钻机，最大成孔直径达到3200mm，最大成孔深度达到了120m以上。DTR3205H全套管全回转钻机安全保护措施齐全、操作方便、施工效率高，该机具有以下主要特点：（1）原装美国康明斯发动机，动力强劲，性能稳定。（2）日本原装川崎液压系统，可靠性高。（3）与浙江大学国家电液控制工程技术研究中心合作开发的全套管全回转钻机电液压控制系统，性能稳定、可靠、操作简便。（4）瞬间增强系统，碰到障碍物时，可瞬间加大起拔力和扭矩，清除障碍物。（5）多套马达减速机可以提供足够的扭矩，传递给套管强大的回转力，可适应复杂地层及切削障碍物。（6）该机型具有完全自主知识产权，突破发达国家的技术封锁，创造出多个国内和国际第一。2 整机构成DTR3205H全套管全回转钻机是集全液压动力和传动，机电液联合控制于一体的新型转机。该钻机由主要结构和主要辅助机具设备组成，包括液压动力站、工作装置和辅助机具三大部分。立柱支腿油缸减速机和马达走台护栏底座传动箱体顶层支架楔形副夹紧快换接头电器柜应急系统加油口散热口图1 DTR3205H钻机主要部件示意图3技术参数DTR3205H全套管全回转钻机的技术参数如表1所示。表1 盾安DTR3205H全套管全回转钻机的技术参数型号单位参数备注钻孔直径mm20003200回转扭距kNm9080/5368/3034瞬间10593回转速度rpm0.6/1.0/1.8最大下压力kN1100+自重600起拔力kN7237瞬间8370压拔行程mm750工作装置质量kg96000含楔形副夹紧发动机型号Cummins QSM11-335两台发动机功率kW/rpm2272/1800发动机燃油消耗率g/kwh2216最大功率时液压动力站质量kg13000控制方式有线遥控选装无线遥控工作装置尺寸（长宽高）mm596045514380初始状态液压动力站尺寸（长宽高）mm4800286023404 DTR3205H全套管全回转钻机的关键技术4.1安全可靠的液压系统设计DTR3205H全套管全回转钻机采用了自主研发设计的负载保护装置（专利号ZL 2012 2 0627579.0 图2），其包括置于液压油路中的液压驱动入口和电磁比例溢流阀，负载保护装置还包括感测来自液压油路压力并反馈至所述电磁比例溢流阀以实现溢流调压的压力传感器。通过液压系统压入管路上压力传感器实时反馈的负载大小，精确控制套管刀头的载荷，防止过载情况的发生。B-CON刀头载荷系统（专利申请号CN201210482705.2，图3），可以使套管的压入力保持一定的数值，不随套管质量的增加而变化，通过维持适宜的压入力，防止刀头因超负荷而损坏；马达泄油的油路中带有超压自卸装置，使油路中的压力维持在设定压力之下，保护马达等硬件不受损伤。由于采用安全稳定的新型液压系统，为钻机提供更稳定的输出，运行更平稳，安全性更高。图2 负载保护装置 图3 刀头载荷系统1-液压驱动入口;2-刀头负载入口;3-电磁比例溢流阀溢流口;4-御值调整装置。4.2套管防回弹技术全回转钻机在进行大扭矩高深度施工时，由于地质情况的不可预见性，随着深度的增加，套管所受的阻力随之加大，套管会由于阻力过大导致钢管弹性变形，此时如果停止回转，钢管会在短时间发生回弹，液压马达会被扭曲的钢管带动瞬间高速回转，极易导致马达报废。为了解决这一难题，采用专用液压阀（图4）使钢管弹性力缓慢释放，有效保护液压马达。专用液压阀图4 钻机防回弹装置4.3自动调平系统（专利号ZL 2012 2 0628282.6）全套管全回转钻机在工作时，由于地基不平，造成套管的垂直度有偏差，而影响成孔垂直度，这将对施工带来非常大的危害，也对以后的工程质量带来隐患。为了保证全套管全回转钻机套管的垂直度，增加套管垂直度检测和调平系统（图5）。自动调平系统由安装于钻机工作装置上的角度传感器通过连接线与微处理器相连，同时微处理器又与水平显示仪表、调平控制开关和比例电磁阀相连。角度传感器通过电缆线将信息实时的传递到微控制处理器的信号采集口，同时受调平开关的控制，而将得出的数据显示在水平显示仪表上，并根据数据大小输出对应大小的电流去驱动比例电磁铁，由比例电磁铁推动比例液压阀而改变使伸缩油缸的状态，从而达到自动调平的目的。自动调平仪图5 调平系统DTR3205H全套管全回转钻机，采用自主研发设计的一种全套管全回转钻机调平装置（图6），其包括驱动所述全套管全回转钻机工作的液压油路, 所述液压油路包括动力油路和调平油路以及将所述液压油路在动力油路和调平油路之间切换的电磁换向阀。新型调平装置在得电状态下，保证钻机调平功能的实现，在不得电的情况下来自恒压泵的油路同回转油路联通，提高了恒压变量泵输出能量使用效率。 图6 调平装置图6说明如下：1 表示连接去往液压油箱的回油油路的油口；2 表示连接来自恒压变量泵出油口油路的油口；3 表示连接去往接头安装板快速接头端口油路的油口；4 表示连接去往回转电液阀块油路的油口；5 表示连接去往接头安装板快速接头端口油路的油口。4.4套管楔形夹紧装置（专利号ZL201120273730.0）本钻机采用自主研发设计的套管夹紧装置（图7），工作时，向夹紧油缸4 的无杆腔同步送入高压油，夹紧油缸4 的活塞杆伸长，缸体推动升降平台1 上移，连杆3 和楔块7 跟随升降平台1 上的上回转支承2 同步上移，此时楔块7 的斜面脱离大齿圈10 斜面的限制，变径隔套8 在自重作用下自动向外移动与套管12脱离。将套管12 放入六只变径隔套8 之间，向夹紧油缸4 的有杆腔同步送入高压油，夹紧油缸4 的活塞杆回缩，缸体拉动升降平台1、连杆3、楔块7 和变径隔套8 下移，在下行的过程中，楔块7 的斜面在大齿圈10 斜面的限制下和变径隔套8 同时内移，变径隔套8 内弧面逐渐接近套管12 外壁，直至达到设定的夹紧状态。由于六个楔块7 同时受力，保证套管12变形小，对中性好。，随着夹紧油缸4 供油压力的增大，压紧套管12 的夹紧力增大。图7 DTR3205H钻机楔形夹紧结构示意图本钻机工作装置底座创新性采用楔形副夹紧装置（图8），采用支腿油缸进行调平，具有更好的定位效果，进而提高了钻机的抗震性及稳定性，使得钻机作业更为稳定，故能够确保作业时的打桩精度及工作效率。图8 DTR3205H钻机楔形副夹紧装置其中：1、副夹紧装置；2、底座；3、主夹紧装置；1-1、夹紧油缸及导向柱；1-2、升降基板；1-3、楔块固定架；1-4、连杆；1-5、销轴；1-6、楔块；1-7、导向板；1-8、变径块；1-9、楔块压板。采用与主夹紧相同的楔形结构，具有对中性好，夹紧力大等优点，自身含有导向柱，可保证夹紧的同步进行，套管的拉拔力越大，夹紧力也就越大。通过同时使用主夹紧装置及副夹紧装置可以更好地完成抱起套管的工作，提高工作效率。通过变径块的使用，可以提高钻机本体的适应性。4.5双动力系统、四五泵切换技术液压动力站采用原装美国康明斯发动机，动力强劲，性能稳定，并采用双发动机提供动力的模式，保证回转及圧拔动力需求；在一台发动机检修时，另一台发动机可以提供动力，保证施工的连续性。两台发动机同时工作情况下，可以实现回转泵四泵模式压拔泵双泵模式及回转泵五泵模式压拔泵单泵模式切换，实现增强模式及经济模式的切换。回转由四泵切换为五泵模式后，回转速度加快，切削效率提高。4.6 专用液压系统液压动力站内的发动机驱动若干液压泵，经过液压软管连接到工作装置上，将动力传递到相应的执行机构。液压动力站采用原装美国康明斯发动机，动力强劲，性能稳定，双动力源保证回转及圧拔动力需求；在一台发动机检修时，另一台发动机可以提供动力，保证施工的连续性。液压系统原理框图如图9所示。 图9 DTR3205H钻机液压原理框图该钻机采用的液压系统可实现增强模式及经济模式的切换。双发动机双泵组同时工作时，为工作装置提供了大的功率的大的流量需求，可根据实际工况实现回转泵四泵压拔泵双泵模式及回转泵五泵压拔泵单泵模式切换，回转由四泵切换为五泵模式后，回转速度加快，切削效率提高。回转泵属于长时间工作的工作装置，压拔泵属于间歇式工作的工作装置，采取减少一个长时间工作的工作装置实现经济性，相反工作效率提升。成小孔工况时，采用单发动机工作，降低能耗，达到节能减排的目的。在施工中可根据实际工况采用不同的发动机工作状态，极大地降低该设备的功耗，在使用回转泵五泵模式压拔泵单泵模式下又能对设备的性能增强，提升设备的工作效率。4.7 高可靠性电气系统电气系统核心是高速控制器TTC60，符合IEC61508的超高安全级别，可以确保分布式系统和独立系统的模块安全，内置诊断系统，高防护等级封装，适用于工程机械的震动和冲击环境。通过液压系统压入管路上压力传感器实时反馈的负载大小，精确控制套管刀头的载荷，防止过载情况的发生。该钻机采用遥控盒进行有线遥控的方式进行控制，配置调平控制器进行调平，保证机体的垂直度和作业的稳定性，同时设置应急系统控制面板，限制作业时出现危险状况，起到安全保护的作用。6 DTR3205H全套管全回转钻机与日本车辆同类型全套管全回转钻机对比与同类型日本车辆全套管全回转钻机相比，盾安DTR3205H全套管全回转钻机具有回转扭矩、起拔力大的优势，见表2 盾安DTR3205H与日本车辆RT-320H钻机参数的对比。表2 盾安DTR3205H与日本车辆RT-320H钻机参数的对比公司名称型 号钻孔直径（mm）回转扭矩（kNm）回转速度（rpm）套管下压力（ kN）套管起拔力（kN）压拔行程（mm）盾安重工DTR3205H200032009080/5368/3034 瞬时105930.6/1.06/1.81100+600（自重）7237瞬时8370750日本车辆RT-320H230032008030/5220/3030 瞬时85100.6/0.9/1.51100+510（自重）5520瞬时6550750由表2可知，盾安重工DTR3205H全套管全回转钻机与同型号日车RT-320H相比，回转扭矩和起拔力更大，钻孔直径