[交流]潜孔钻机导轨的结构特点及其应用 [复制链接]

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只看楼主正序阅读使用道具楼主发表于: 2013-12-09

潜孔钻机目前已广泛应用在岩心钻探、工程地质勘察钻探、工程施工、水文水井、非开挖等岩土钻掘工程中。潜孔钻机工机构主要有2个，即推进机构和回转机构，而导轨承担了为补偿机构和回转机构提供支承和导向的重任，这2个功能对导轨的性能和结构提出了很高的要求。
　　1、导轨性能要求
　　由于潜孔钻饥的特殊使用工况，设计时不仅要考虑导轨的承载性、导向性和加工性。同时也要考虑其经济性。
　　1.1承载性
　　一般钻机上导轨要同时对回转机构和补偿机构进行支承和导向。如图1所示，导轨与回转头的滑板结合，为回转头导向，推进油缸作用于回转滑板实现同转头的进给运动；导轨下部与补偿机构滑架结合，为推进滑架相对补偿滑架运动导向。回转头钻进中的反转矩最终作用在导轨上，所以导轨要有抗扭的能力。为了实现长行程，导轨滑架一般设计较长，因此要求导轨刚度要好，工作中不能产生过大的变形，大功率钻机导轨的抗扭性和刚度要作校核计算。

　　1.2导向性
　　潜孔钻机工作时要保证回转头在导轨上作直线运动。首先分析导轨的导向原理，一个刚体在空间有6个自由度，即沿X、Y、Z3个方向的移动和绕X、Y、Z3个轴的转动。要保证导轨的直线导向性，在设计时就必须要对其他5个自由度加以限制，而只保留1个沿直线移动的自由度。
　　另外，钻机工作环境差，泥浆或岩屑落在导轨表面上，回转头或补偿机构滑板与导轨表面间存在不可避免的磨损。所以，在设计时还要考虑导轨与滑板间的可调性，在磨损间隙过大时能调整补偿，以确保执行件在直线运动时灵活平稳，无卡阻现象。
　　1.3加工性
　　导轨的导向精度取决于导轨的加工精度，包括导轨加工的几何精度和和表面粗糙度。钻机导轨对表面粗糙度没有太高的要求，但对平面度、直线度、平行度等有严格要求，这样才能保证钻具在工作时摆动小、成孔质量好。
　　为了满足钻机推进行程，大多钻机的导轨长达2m、3m或6m，甚至更长。导轨采用焊接件较多，有时焊件会严重变形，出现弯曲甚至扭曲现象，有些是边加工边变形，在加工时要考虑校正和时效等工序，减少变形。
　　在设计时合理选择导轨的材料和结构型式，便于加工，并编制合理的加工工艺，达到导轨的几何精度。
　　1.4经济性
　　导轨在达到以上要求的前提下，必须考虑其经济性，同时还要考虑其耐用性，为用户节约使用成本。
　　在满足钻机使用要求的前提下，选用耗材最少、原材料价格最低、加工成本低的结构型式。
　　导轨的报废原因大多是其磨损严重，为了保证导轨的耐用性，应选用磨损小的结构型式，如滚动导轨。对于滑动导轨，一是要增加导轨的表面硬度，增强耐磨性；二是可在导轨表面增加一层耐磨抗蚀的耐磨条，并考虑其可更换性；二是在滑板上安装聚四氟乙烯套或尼龙块等减摩材料。
　　2、导轨的结构特点及其应用
　　当前潜孔钻机导轨主要有滚动导轨和滑动导轨两种形式。即导轨的摩擦形式有滚动摩擦和滑动摩擦两种。
　　2.1 滚动导轨

图2为一钻机滚动导轨的横剖面图，图中槽钢1为导轨滑架，滚动套2内镶有深沟球轴承3，4为与回转头相连的导柱。在导轨中滚动套与滑架中线接触，在工作中又不断改变与滑架的接触点位置，与滑动导轨相比，除摩擦力矩小外还有耐磨等优点，并有较高的灵活性，结构也不复杂；缺点是承受冲击、振动能力较差，在实际应用中这种结构型式不多见。

　图3为加拿大CD-360潜孔钻机的导轨横剖面图。导轨由优质钢锻造成坯再加工而成，具有极强的刚性和强度。中间装有推进油缸，滑架通过滚轮装在导轨上，缸体的上下运动带动滑架沿导轨上下移动，从而使同转头上下运动达到推进与回退的目的。
　　采用这种结构型式承载力强、阻力小、运动平稳、间隙可调、加工较方便，但是重量较大、加工成本较高。我国研制的T-150高气压环形潜孔钻机曾借鉴这一结构型式。
　　2.2滑动导轨
　　滑动导轨按承导截面形式分为圆形、矩形和三角形等，圆形导轨可选用钢管或硬铝合金管，能大大减轻导轨重量，但在结构设计时必须限制其绕轴线旋转的自由度，而且当圆形导轨与滑套间磨损间隙过大时不能采取调整的方式来补偿。所以大多用于精度要求不高的便携式小型钻机。

　图4为湖南有色重型机器有限责任公司研制的CS100D高气压环形潜孔钻饥和CS100L露天潜孔钻机的导轨剖面图，滑板1和压块3上都装有滑动垫块，与导轨架2上导轨耐磨条接触组成摩擦副，并且可以通过螺钉来调节最佳滑动间隙，在运动时摩擦力小，推进平稳，大大提高了导轨的使用寿命。
　　导轨耐磨条采用镶嵌不锈钢板，耐磨抗蚀，滑动垫块采用有机耐磨材料，导轨耐磨条和滑动垫块都做成可更换的结构，一旦导轨磨损，只需更换摩擦件而不必更换导轨，为用户大大节约了使用成本。
　　图4a的导轨架通常采用槽钢加工成方箱形，刚度大，槽钢上部焊长条钢板，钢板上镶嵌不锈钢板，作为导轨相对运动表面。为了提高导轨强度，槽钢常用低合金结构钢折弯板代替，在后续的焊接加工中折弯板