GBS-35型钻机的改造.doc

GBS-35型钻机的改造来源：非开挖技术 作者：王庆晓 车延岗 日期：2009年09月25日 访问次数：1. 问题的由来地质矿产部廊坊聚力岩土工程科技开发公司以非开挖铺管作为支柱产业，于2002年和2004年分别添置了二台套由勘探技术研究所研制的GBS-35型非开挖钻机，由于该钻机具备35吨的回拉力，较之GBS10/20型钻机有23倍的提升，因此非常适合铺设名义直径不超过400mm、长度不超过500m的管道。但随着非开挖施工市场的发展，工程量日益增大，对设备能力的要求也越来越高。在很多工程中，当回拉工作管道时，回拉力达到32吨以上，经采取成倍增加化学泥浆、增大泵量、减缓回拉速度等工艺措施，才勉强完成管道回拉工序，小型钻机拉力之不足的弊端逐渐显现。众所周知，在实施较大管径长距离非开挖铺管施工时，考虑钻机能否胜任铺管工程的最关键参数是钻机是否具备足够的回拉力。随着非开挖铺管技术的不断应用和铺管工作量的持续扩大，市场对大功率钻机的需求日益增加。因此，为充分发挥GBS-35钻机的最大潜能，经过对钻机液压系统、综合机械强度进一步的分析，决定不影响钻机的其他技术指标的前提下，对GBS-35型钻机进行改造，将其回拉力提升至60吨，这样就大大增加了该型钻机的使用范围。如果购买一台同等拉力的钻机，其费用至少在百万元以上，国外钻机则需要三百万元以上，而如果对现有的钻机进行改造，则费用只需十几万元，性价比非常明显。2. 钻机的改造设计思路2.1 钻机改造的基本原则为了发挥GBS-35钻机的最大作用而对其进行改造，首先满足施工的具体工况要求，同时应该在满足回拉力要求的情况下，最好对钻机的液压系统及机械传动部分不做大的变动，只作局部改进，除拉力外指标外，尽量不改变钻机的其他技术参数，这样才能达到钻机改造的目的，体现性价比。2.2 钻机施工的具体工况分析铺管钻机施工的工序一般分为三个步骤：导向孔钻进、反拉扩孔、工作管铺设。在较大直径铺管施工中，导向孔施工及拉管工序最为关键，导向孔施工要求定位精确；拉管施工要求顺畅、一气呵成，为确保成功，回拉速度不宜太快，以免造成活塞真空抽吸效应，引起孔壁坍塌。铺管施工中对钻机的给进速度和回拉速度要求最高的是扩孔工序，此时给进和回拉速度的快慢直接决定扩孔辅助时间的长短，进而影响施工工效。2.3 钻机改造方案确定根据钻机改造的基本原则及钻机施工的具体工况确定了改造方案。原钻机给进回拖执行机构为两个同型号的马达并联，拟再增加两个并联的同型号马达，将新增马达与原有的马达既可以实现并联，又可以实现串联。当两马达与原先两马达实现并联时，在液压系统压力不变的情况下，钻机理论回拖力应该增加一倍，达到70吨，但由于未更换供油泵，即油泵供油流量一定，这时给进及回拖速度将减小一半；当两马达与原先两马达实现串联时，在液压系统压力不变及油泵供油流量一定的情况下，钻机给进及回拖速度不变。 根据非开挖管道铺设工程的特点，一般在拉管之前的导向孔及扩孔工序中要求其速度越快越好，此时利用控制阀实现两马达与原马达串联；在拉管工序中，如果回拖拉力较大，利用控制阀实现加装马达与原马达并联，钻机的回拖力增大，确保拉管成功。为不影响导向孔及扩孔速度，通过控制阀将加装马达与原先两马达串联。新增加的马达及减速器与原钻机马达和减速器型号一致，在串联、并联使用时，不会产生不同步的问题。根据工况要求的不同，需要大的拉力时采用并联；不需要大的拉力时，采用串联，这样不影响原钻机的回拖及给进速度。改造后的液压系统图见图1。1 2 下一页GBS-35型钻机的改造来源：非开挖技术 作者：王庆晓 车延岗 日期：2009年09月25日 访问次数：3.钻机其他部件改造说明除对钻机液压系统进行局部改造外，还需对钻机机械部分进行强度校核，通过强度校核对一些受力部件进行改造：1）为了将新增加的马达与钻机的液压系统连接，能够实现串联和并联，需增加两组控制阀及相关油管。2）钻机回拉力增加后，钻机部件尤其动力头必须具备承受轴向大负载的能力，通过对动力头各部件的强度校核，发现除动力头内的推力轴承不符合要求外，其他均能满足要求。因此更换动力头内的推力轴承，使其能够承受70吨的拉力。因轴承安装尺寸不同，需对其周围部件作局部改动。3）由于该钻机的给进回拖机构为齿轮齿条传动，齿条通过螺栓固定在桅杆上。因为新增加的马达及减速器与原先钻机马达和减速器型号一致，齿条单位受力强度不变，故原齿条能够满足要求。但当钻机拉力增加时，齿条整体受力增加，固定齿条螺栓受力增加，通过强度校核计算，需增加六条固定螺栓。4）增加马达及减速器后，动力头托架加长，在保证钻机有效行程不变的情况下，需增加桅杆长度，以保证上、卸钻杆的空间。因此必须增加桅杆长度。由于桅杆后端只是起到对动力头托起的作用，因此直接在原桅杆后端进行焊接加长。5）通过对桅杆进行强度校核计算，原桅杆能够满足要求，但为增加桅杆的稳定性，在不影响钻机调整钻孔倾角的前提下，在桅杆后端增加一活动支点。4. 应用效果在2007年本公司的天津工地进行了试验，原先用GBS-35型钻机穿越海河铺设8根200的PE管，铺设距离为300米，由于地质情况复杂，PE管进入孔内30米后，钻机回拉力已达到32吨，且拉力还在增加，原钻机拉力达到极限，已无法完成铺管工作。经决定紧急更换成改造后的钻机进行铺管，当钻机拉力达到42吨后开始启动，后拉力慢慢下降，但由于孔内坍塌，钻机拉力又逐渐加大，最大拉力达到65吨，并持续工作15个小时，顺利完成铺管工作。在此期间，设备未见任何故障。后来公司多次使用该钻机铺设一些