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NLSD-06型全液压钻探机具 设 计 报 告 中国地质大学（北京） 科学钻探国家实验室 2002年5月 前 言 NLSD-06型全液压钻探机具是中国地质大学（北京）科学钻探国家实验室开发的环境地质调查取样设备NLSD系列之一。主要应用于松散软地层的环境科学原状取样，以及相关的工程勘察领域。其中型号命名的意义是：NLSD06—钻深60m，还开发了其余钻深的系列钻机，以满足不同层次钻探取样的需要。 本钻机为全液压轻便型钻机，配备了小型的水泵，振动器等专用配件。本钻机的钻深为60M，钻进转速为8-500无级调速，工作压力为16Mpa。 本钻机的设计参考手册主要为：《机械设计手册》1—5 蔡春源等主编, 机械设计出版社，2000.6； 通过设计计算及校核，除了卷扬机个别轴承寿命短些，主轴的弯曲刚度稍差（需进行处理）以外，大多数钻机的结构达到设计要求。 第一章 任务来源 项目名称:环境地质调查取样设备和方法的研究 项目编码:200020170126 工作性质:技术方法 管理单位:中国地质调查局工程技术部 工作年限:2000年-2001年 负责单位:中国地质大学(北京) 总体目标任务: 研制钻深能力60M,适用于环境地质调查和环境科学钻探施工的轻便钻机. 研制适用于松散地层的取样钻具和附属机具; 开展必要的野外生产试验,研究环境地质取样钻探工艺方法和规范. 提交成果: 提交钻深能力60M,钻孔口径75MM,适用于环境地质调查和科学施工的轻便钻机一台(配套) 提交活塞取样钻具1套,超前单动双管钻具1套,振动/冲击取心钻具1套;提交环境地质调查取样钻探工艺规范. 本设备的应用领域:环境取样兼顾工程勘察 第二章 轻便取样全液压钻机设计 第一节 总体方案的选择 选择钻机总体方案时，必须仔细考虑钻进工艺要求和所要实现的功能以及结构设计、制造等可行性。本钻机本着实用性、轻便性和性价合理的原则。 岩心钻机以回转式钻机为主。按回转器型式可分为立轴式，转盘式和移动回转器式。而轻便型钻机一般采用动力头式结构。 动力机可以选用电动、液压传动和空气传动三种形式。 空气钻进首先要增加空压机，这是不现实的。空压机体积大，价格高，而且工作起来噪音大，对环境有大的污染；空气钻进特有的“爬行”现象会造成对样品的扰动，所以空气传动方式首先被排除。 电驱动方式一般分为两种形式：电动动力头和机械动力头。电动动力头钻机结构简单，紧凑，占地面积小。缺点是动力头重量大，头重脚轻，稳定性差。该方案多用于微型或大型钻机。机械动力头钻机在地质勘察、水文水井和工程钻机上都有所采用，它能通过传动装置改变钻机的转速，传动方向，能通过一系列离合装置，实现钻进的机械化，由于需要较长的滑动传动轴，输出转速较低。中间传动装置相对复杂，其传动效率较低。此外，对于微型或小型钻机，由于动力机功率较小，可以采用钢丝软轴传动方案，将动力机放在地面，工作条件好；钻机部分同动力部分分开，降低了钻机的分解重量。可以实现低速或高速输出。 液压传动方案，是现今大多数钻机设计的主流方式，也是今后的发展方向，尤其是全液压钻机，它以其卓越的性能，逐渐取代了传统的钻机类型。这类钻机的传动、变速、回转、给进、升降钻具等操作全部实现液压化；操作手把全部集中在一个独立的操作台上，实现“集中手柄操纵”因此具有结构简单、重量轻、操作简便等优点。优越性主要体现在如下几个方面:①能实现无级调速调压，调节范围大，工作平稳，过载保护性好。②给进行程较长，有利于减少倒杆次数，防止岩心堵塞,提高生产率。 ③ 易于实现机械化、自动化、仪表化，操作方便灵敏。 全液压钻机存在一些问题，如功率消耗较大，液压元件精度要求高，对液压油的质量，过滤精度要求严格，保养维修较困难。根据已有资料显示：可以通过改进液压油路，提高效率到0.85~0.9，随着生产技术水平的提高 ，国内外液压元件的精度、质量都能满足液压系统正常工作的需要，对于维修保养难的问题，只要注意日常检查维护，因为液压系统并不复杂，所以完全可以作到不影响正常的钻进工作。 根据以上的分析，最终选择了动力头式全液压钻机，采用油马达回转，同时采用油缸—链条加减压给进和升降钻具，实现无塔升降，并配备绳索取心绞车。现将液压传动方案与传统电驱动机械传动方式进行对比。 一般的松散地层钻进，往往配备振动器，因为振动器作为取样工具的一种非常适用于：粒径≤50mm的砂砾石层、松散的砂层、砂土层、黏土层等，当用振动器取心时，由于考虑到了马达和振动器的尺寸配合，更换非常方便。 配备小型卷扬机可以实现冲击钻进，使钻机的功能得到扩展。 第二节 钻机技术特性参数确定计算 根据任务书要