HGY-200 工程钻机的研制

罗诗伟

（陕西核昌机电装备有限公司，陕西咸阳712000）

1 前言

这几年，由于地质灾害及旱情频发，导致地质勘探和水井钻凿领域的浅孔大口径任务会越来越多。俗话说工欲善其事，必先利其器，必须研发出新型浅孔钻机来满足市场的需求。然而我公司生产的各种型号的钻机在浅孔大口径钻进中，逐渐显现出开孔口径不大、 钻探效率低下的缺点。 为了适应地质勘探及水井钻探的形势，加快公司钻探设备系列化和市场占有率，我公司提出了开发HGY－200 型工程钻机， 以满足市场对浅孔小型钻探设备的需求。

HGY-200 工程钻机是我公司研制的新一代塔机一体的钻机， 该钻机既可用于地质勘探，又可用于水井钻凿，塔体可以折叠，其中A 型塔采用油缸起落钻塔，B 型塔采用卷扬机起落。 启动钻机、液压操作立塔后就可钻孔。 本钻机采用液压进给和起抜，结构简单，重量轻，解体性强，最大解体部件93 kg，便于安装搬迁，施工场地适应性强，HGY-200 工程钻机以浅孔的地质勘探为主，可用于工程地质勘察、桩孔施工、浅层石油、天然气、地下水钻探，也可用于堤坝注浆和坑道通风排水等工程钻进。

2 设计关键

国内目前生产200 m 钻机的厂家有：北京泰工生产的JGY-200 型钻机； 北京江诚兴生产的XY-1 型钻机； 及北京泰工钻机设备厂生产的GY-150 型大口径钻机。经了解，在使用中都存在一些缺陷，为了适应地质勘探高速、高效、使用可靠、搬迁省时省力的要求，该项目在实施的过程中需要技术攻关的项目有：

（1）整体结构需紧凑，传动链要合理，传动效率高，外观大方;

（2）采用拖拉机离合器，结构要紧凑，换档灵活、噪音小，通用性好、价格便宜等特点；

（3）新式手动卡盘，具有较强的夹持力和可靠性，在实际使用过程中无打滑现象；

（4）动力要强大，钻进能力强，结构上可选配电动机、柴油机，自由度大；

（5）采用锥摩擦卷扬机，与钻机轴线垂直，横向放置，并且需对提升抱闸和制动抱闸进行优化设计，增强制动力；

（6）变速箱需要设计新型结构以提高安装精度；

（7）变速箱与回转器需采用直连结构，省去万向联轴节，降低制造成本，减少传动系统的功率损失；

（8）整体采用塔机一体组合式结构，便于拆装，方便运输；

（9）操纵手柄需集中布置、人性化设计，操作时可方便的对孔口进行观察；

（10）液压系统需进行新的优化组合，选用新型液压元件和密封结构，以减少使用过程漏油等现象，提高使用的可靠性；

3 HGY-200 工程钻机结构形式

该机由八大部分组成 （见图1）， 即机座部分，回转器部分，变速离合部分，卷扬机部分，液压系统部分、卡盘部分、塔和动力机部分。

图1 钻机外形结构

3.1 机座

机座连接动力机、变速箱和液压系统及塔架门架，给回转器、塔和卷扬机提供稳固基础。

3.2 回转器

回转器是由壳体、 立轴套管等零件组成，主要功能是通过小伞齿轮传入动力，通过立轴套管带动六方主动钻杆旋转给进；由油缸推动滑套架实现加压、减压和钻进。

3.3 离变速箱

离变速箱由离合器、变速箱体等组成。

离合器是干式双片、弹簧压紧常闭式摩擦离合器，凸轮杠杆机构手动分离，该离合器结构简单，经济耐用，其易损件与农机通用。

摩擦面间的轴向压紧力来源于弹簧张力，摩擦力矩可以稳定地限制输出扭矩，从而起到过载保护作用。 当摩擦片少量磨损时，压紧弹簧可自行补偿，无需频繁调整。

离合器在接合的工作状态时，应保证三只分离杠杆头部与推力轴承的平面有0.5 mm的间隙（可常备约0.5 mm的铁片或硬纸片，定期比对），以免轴承长时间旋转，延长轴承和机构的使用寿命。

扳动操纵手柄，使离合机构接合或脱离一次到位，中间不得停留，以免烧坏摩擦片。

变速箱既是使回转器获得六个转速、卷扬机获得三个转速的变速机构，又是使回转器和卷扬机分别工作的分动机构。

变速箱是整机运行的心脏，开和停、快和慢、输出钻进所要求的大小不同的工作扭矩。

3.4 卷扬机

由变速箱提供动力，通过链轮、链条等实现三种提升速度，可以向上冲击套管，处理孔内卡钻事故，但提升钻具应使用最低的提升速度。

3.5 液压系统

液压系统由油箱、油泵等机构组成，它控制钻机的加、减压钻进，立轴倒杆与停止，立塔收塔等工作。

液压系统的作用是通过操纵多路换向阀控制执行机构、各种油缸，实现钻机的加压钻进、倒杆与停止，立塔收塔等工作，同时可通过液压表得到具体的各项数值。

液压系统在夏季使用机械油GB443—8922 号，冬季使用 10 号，油箱容量 33 升，系统额定压力为12 MPa。

3.6 塔

A 型塔采用油缸起落塔体， 与钻机一体，收塔后钻塔可以不用解体， 便于搬迁；B 型塔采用Ф50×4 钢管焊接成四方钻塔，采用卷扬机拉动升塔，收塔后钻塔需解体。 工作状态时钻塔高6300 mm，塔体可以承受6 吨重量。

4 钻机传动系统

动力机通过弹性联轴节及干式双片、弹簧压紧常闭式摩擦离合器， 凸轮传至变速箱，变速箱输出轴通过花键将来自变速箱的回转运动传给回转器，回转器将回转运动传至钻机立轴套管。 齿轮油泵通过两根三角皮带由离合器输入端半联轴器上之三角皮带轮直接传动。

5 主要技术参数

5.1 钻机能力

钻杆直径，mm 开孔直径，mm 终孔直径，mm 孔深，m 备 注42 150 91 200 地质勘探50 350 110 200 水井钻凿

5.2 回转器

电动机立轴转速r/min高档 139 86 61低档 54 33 23高档 211 131 93低档 83 51 36给进行程，mm 最大给进力，kN 最大起拔力，kN 最大扭矩，N·m 立轴通孔直径，mm 1100 24 40 2878 62柴油机

5.3 卷扬机

卷筒直径，mm 卷筒宽度，mm 钢丝绳直径，m 容绳量，m 提升能力，kN 提升速度，m/s 145 90 9.3 25 10 0.43 0.60 1.0

5.4 动力机

柴油机 常柴1110A 型 14.7 kW 2200 r/min电动机 Y160M—4 型 11 kW 1460 r/min

5.5 塔

本钻机的塔采用A 型结构和B 型结构，其中A 型塔是钻机一体，用立塔油缸来起落塔体；B 型塔采用Ф50×4 钢管焊接成四方钻塔，采用卷扬机拉动升塔。两种形式的塔体工作状态时钻塔高6300 mm，A 型塔收塔后钻塔可以不用解体，和钻机一体， 便于搬迁；B 型塔搬迁时需整体拆卸，A 型和B 型塔体都可以承受6 吨重量。

5.6 重量

该钻机净重750 kg，最大解体部件重量仅有93 kg。

6 结语

HGY-200 工程钻机的成功研制， 为大口径浅孔勘探提供了一把利器。 它表现出钻进效率高、成孔率高、投资小、轻便灵活、坚固耐用、机械化程度高、工人劳动强度低等优点，必将受到众多用户的好评，同时也会推动该钻机的推广和普及。

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1993.

[2]冯德强.钻机设计[M].中国地质大学出版社，1993.

[3]杨惠民，等.钻探设备[M].北京：地质出版社，1988.