CN101126754A - 岩土工程原位旋转触探车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩土工程原位旋转触探车，由车体、地锚、液压支腿、承重底板、油泵、液压装置、探杆拆装卡套、探杆定位圈、装有各控制阀控制台所组成，特征在于液压装置由两并列液压油缸及其活塞杆构成，两并列液压油缸之间设有与之同步升降并传递贯入压力的主轴箱及主轴，主轴设有轴心水道和连接车载泥浆泵的旋转水龙头，主轴下端设有探杆拆装卡套和带接头水道的探杆螺纹接头，还设有探杆液压、气动夹具，控制台还设有主轴和车载泥浆泵油马达的控制阀，两并列液压油缸的快速升、快速降和浮动降控制阀及各夹具控制阀。本发明具有结构合理、操作方便、运行可靠、能够使旋转触探探头深入较硬地层达80米及其以上的突出优点。

Description

岩土工程原位旋转触探车

技术领域

本发明属于触探设备，特别是涉及一种岩土工程原位旋转触探车。

背景技术

现有静力触探车是根据静力触探测试方法为静力触探测试装置提供贯入压力及控制的操作平台，其基本组成包括汽车发动机，汽车发动机带动的油泵，汽车底盘及其固定于底盘的承重底板，安装在承重底板上的液压装置，连接于液压装置的用于探杆提升的探杆拆装卡套，装有多路控制阀的液压装置控制台，对应于探杆拆装卡套的支撑于承重底板的探杆导向定位圈，地锚及其油马达和对称分布于汽车底盘底面的四套液压支腿。

虽然现有静力触探车能够为触探探杆提供足够的贯入压力，但对于较硬地层例如密实的砂土层则难于使探头贯入，主要原因是探杆的强度不足以在较硬地层的情况下可靠传递贯入压力，使探杆出现弯曲甚至断裂，也可能同时发生地锚失效至使触探车失去水平状态造成测试失败的严重后果。

为克服现有静力触探方法和设备的不足，本申请人成功研制了一种岩土工程原位旋转触探测试方法，该方法的专用设备包括旋转触探测试装置和使该装置具有机动性、并且能满足该装置对于贯入压力、旋转扭矩和给水压力要求及控制的旋转触探车。

发明内容

本发明是为了解决静力触探车对于较硬地层例如密实的砂土层难于使探头贯入的技术问题，而公开一种适用于岩土工程原位旋转触探测试方法的、可以深入较硬地层、使旋转触探测试装置具有机动性、并能满足该装置对于贯入压力、旋转扭矩和给水压力工作条件和控制的岩土工程原位旋转触探车。

本发明为解决静力触探车存在的上述技术问题采取以下技术方案：本旋转触探车由静力触探车车体、地锚及其油马达、对称分布于汽车底盘底面的四套液压支腿、汽车发动机、汽车发动机带动的油泵、固定于汽车底盘的承重底板、安装在承重底板上的液压装置、连接于液压装置的用于探杆提升的探杆拆装卡套、支撑于承重底板的探杆导向定位圈、装有分别控制各液压支腿升降控制阀、地锚油马达的正转、停止、反转控制阀、液压装置工进、工退控制阀的控制台所组成，其特征在于：安装在承重底板上的液压装置由两并列液压油缸及其活塞杆构成，活塞杆支撑并固定于承重底板，同步上下运动的两并列液压油缸之间设有与之同步升降并传递贯入压力的主轴箱，主轴箱设有轴承支撑的、其轴线平行于液压油缸轴线的主轴，主轴箱支撑有主轴油马达及其减速传动齿轮箱，齿轮箱其输出轴传动连接于主轴，主轴设有贯通轴心的主轴水道，主轴上端设有与主轴水道相衔接的旋转水龙头，旋转水龙头的进口连接于车载泥浆泵出口，主轴下端设有探杆拆装卡套，该拆装卡套设有对应探杆端部对称卡槽的两方孔，探杆拆装卡套的中间是固定于主轴下端的探杆螺纹接头，探杆螺纹接头设有与主轴水道衔接的接头水道，探杆导向定位圈的上面设有支撑于承重底板的探杆液压夹具，汽车发动机驱动有气泵，承重底板下面设有对应于探杆导向定位圈的探杆气动夹具，液压装置控制台还设有分别对应主轴油马达、探杆液压夹具、泥浆泵油马达、两并列液压油缸液压油路的减压阀，还分别设有主轴油马达和车载泥浆泵油马达的正转、停止、反转控制阀，两并列液压油缸的快速升、快速降和浮动降控制阀，探杆液压夹具夹紧松开控制阀和探杆气动夹具夹紧松开控制阀。

本发明还可以采取以下技术措施：

所述的两并列液压油缸的工进、工退、快速升、快速降和浮动降工作状态选择控制阀是组合式方向阀。

所述的汽车底盘设有对应于探杆导向定位圈的探杆刮泥圈。

本发明的有益效果和优点在于：本旋转触探车由两并列液压油缸和主轴箱驱动钻杆做压入、旋转和提升等运动，两并列液压油缸提供准确平稳的、可调节给进力和给进速度的贯入压力，升降同步于两并列液压油缸的主轴箱提供可调节的旋转扭矩，车栽泥浆泵、旋转水龙头及各部水道提供泥浆并能调节其给水压力，能够满足旋转触探测试装置的工作条件和控制要求。本旋转触探车的探杆液压夹具和气动夹具分别安装在底板的上面和下面，由液压油和压缩空气推动，对钻杆进行夹紧或松开，两者配合使用，便于联结和拆卸探杆。气动夹具具有在联结或拆卸探杆时防止探杆滑落钻井事故发生的作用。本旋转触探车为探杆联结专门设置了油缸浮动降状态，浮动降操作时油缸在主轴箱重量及其自重作用下浮动下降，安装于主轴的探杆将缓慢接近下面的探杆，便于到位后进行探杆对接。本发明具有结构合理、操作方便、运行可靠、能够使旋转触探探头深入较硬地层、深度达80米及其以上的突出优点。

附图说明

附图1是本发明实施例整体结构局部剖面示意图。

附图2是图1实施例主轴箱及主轴箱与两并列液压油缸连接结构局部剖面示意图。

附图3是图2A-A视图。

附图4是图2B-B视图。

附图5是图1实施例控制台面板布置示意图。

附图6是图1实施例控制台操作手柄板布置示意图。

附图7是图1实施例液压及气压系统原理图。

图中标号：1汽车底盘，2承重底板，3连接板，4两并列液压油缸，5天窗，6主轴油马达，7旋转水管接头，8主轴箱，9控制台，10车厢，11车头，12车载泥浆泵，13液压支腿，14地锚，15地锚油马达，16主轴，16-1主轴水道，17双向推力轴承，18轴承，19探杆螺纹接头，19-1接头水道，20探杆拆装卡套，21探杆液压夹具，21-1夹具油缸，21-2液压夹头，21-3手动调节器，22探杆气动夹具，22-1夹具汽缸，22-2气动夹头，23探杆导向定位圈，24刮泥圈，25齿轮箱。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。

如图1所示实施例，本实施例的旋转触探车采用静力触探车车体，汽车底盘1的后部固定有承重底板2，承重底板2表面设置由两并列液压油缸4及其活塞杆构成的、提供贯入压力的液压装置，液压装置的活塞杆端部固定于承重底板2，安装于汽车底盘的车厢10设置供液压油缸4上升空间的天窗5。

汽车底盘1前部的底板设置有控制台9和车载泥浆泵12，汽车底盘1由轨道支撑可移动地锚油马达15。汽车底盘底面对称分布有四套液压支腿13和设置于底盘两端部的地锚14。汽车车头11中设置发动机带动的油泵和气泵，本实施例的气泵借用汽车配置的气泵。

如图2所示，主轴箱8设置有两端分别固定于两并列液压油缸4缸体的支撑板3，使主轴箱8随两并列液压油缸同步升降并传递贯入压力。

主轴箱8设有由双向推力轴承17和箱体下端口的轴承18支撑的主轴16，主轴轴线平行于液压油缸轴线。主轴16设有贯通轴心的主轴水道16-1。主轴上端设有与主轴水道相衔接的旋转水龙头7，旋转水龙头的进口连接于图1所示的车载泥浆泵12出口，旋转水龙头的手动阀门用于控制进水流量。

主轴箱8上部是设有减速齿轮轮系的齿轮箱25，主轴油马达6支撑于齿轮箱，齿轮箱的输出轴传动连接于主轴16。

主轴16下端固定有探杆拆装卡套20，该卡套设有对应探杆端部对称卡槽的两方孔，使用该卡套时将搬手插入两方孔中，使之与探杆连接，在两并列液压油缸升降、主轴油马达旋转方向配合下，完成探杆松开、拧紧和起拔操作。

探杆拆装卡套20的中间是由键连接固定于主轴下端凹腔中的探杆螺纹接头19。探杆螺纹接头设有与主轴水道16-1衔接的接头水道19-1，主轴下端的凹腔与探杆螺纹接头19之间设有密封圈。

探杆导向定位圈23的上面设有支撑于承重底板2的如图3所示的探杆液压夹具21，该夹具的液压夹头21-2的一半夹头由夹具油缸21-1驱动，另一半夹头由手动调节器21-3调节。

汽车底盘设有对应于探杆导向定位圈23的探杆刮泥圈24。

承重底板2下面设有对应于探杆导向定位圈23的如图4所示的探杆气动夹具22，该夹具的气动夹头22-2的每侧夹头分别设置夹具汽缸22-1，两夹具汽缸同步动作。

图1实施例的控制台9由机箱、面板和操作手柄板构成，机箱中设有分别对应主轴油马达、探杆液压夹具、泥浆泵油马达、两并列液压油缸的液压油路的减压阀。

面板和操作手柄板布置分别如图5、图6所示。

图5中，面板设有显示泥浆泵油马达、两并列液压油缸、油泵、主轴油马达、探杆液压夹具液压压力和探杆气压夹具气压压力的压力表及其相应的由截止阀构成的开关1至开关6。还设有两并列液压油缸、探杆液压夹具和主轴油马达的调压手纽。还设有主轴油马达、泥浆泵油马达和两并列液压油缸的调速手纽。还设有支腿调整选择开关和探杆气压夹具夹紧或松开控制阀的操作手柄。

图6中，操作手柄板从右至左依次设有支腿升-降操作手柄A、地猫油马达正转-停止-反转操作手柄B，两并列液压油缸工进-工退操作手柄C，两并列液压油缸快速升-快速降、浮动降操作手柄D，泥浆泵油马达正转-停止-反转操作手柄E，主轴油马达正转-停止-反转操作手柄F，探杆液压夹具夹紧-松开的操作手柄G和两并列液压油缸工进、工退-快速升、浮动降-快速降操作手柄H。

控制台9各组成的连接关系见图7。

如图7所示，油泵YB出油口分别连接支腿升-降控制阀即换向阀F1、地猫油马达正转-停止-反转控制阀即换向阀F2、两并列液压油缸工进-工退控制阀即换向阀F3、两并列液压油缸快速上升-快速下降-浮动下降控制阀即换向阀F4、泥浆泵油马达正转-停止-反转控制阀即换向阀F5、主轴油马达正转-停止-反转控制阀即换向阀F6和液压夹具夹紧-松开控制阀即换向阀F7的压力油口。油泵YB出油口经截止阀接油泵压力表W1，还经溢流阀F9接油泵回油口。本实施例的换向阀F1-F7是三位五通联体方向阀。

换向阀F1的A1口接支腿调整选择开关操控的分配阀F10进油口，分配阀各出油口分别连接4个支腿油缸ZT1、ZT2、ZT3、ZT4的活塞回程口，换向阀F1的B1口分别连接上述4个支腿油缸的活塞推程口。油路经分配阀F10连通的支腿油缸由换向阀F1可以调整高低，换向阀F1手柄在中间位置时切断油路，中间位置为自动复位位。

换向阀F2的A2、B2口分别连接地猫油马达13相应油口，控制图1汽车底盘两端部的地锚14旋进和旋出。地锚的设置可以配合触探车自重更好地抵消探杆旋进地层产生的反作用力。

换向阀F3的B3口经减压阀F11、可调节流阀F12接两并列液压油缸的活塞回程口，同时还连接型号为34SP-B20H-W的三位四通换向阀F8的B口，换向阀F3的A3口接两并列液压油缸活塞的推程口，同时还连接换向阀F8的A口。可调节流阀F12由图3面板的两并列液压油缸调速手纽操控。节流阀F12后端经截止阀接两并列液压油缸液压压力表W2。

换向阀F4的A4口接换向阀F8的压力油口P，换向阀F4的B4口接换向阀F8的回油口O。

当换向阀F8在图6浮动降、快速升的中间位置时，其压力油口P与A、B油口相通。此时，当换向阀F4在图6浮动降的位置时，油缸在其自重及主轴箱重量作用下为浮动降状态。浮动降状态时，安装于主轴的探杆将缓慢接近下面的探杆，便于到位后进行探杆对接。

当换向阀F4在图6快速升的位置时，其B4口关闭，两并列液压油缸为快速升状态。

当换向阀F8在图6快速降的位置时，其油口A、P相通、油口B、O相通。此时，当换向阀F4在图6快速降的位置时，两并列液压油缸为快速降状态。

换向阀F8在图6工进、工退的位置、换向阀F4在图6的中间位置时，此时当换向阀F3在图6工进的位置时，两并列液压油缸下行，当换向阀F3在图6工退的位置时，两并列液压油缸上行。

换向阀F5的B5口经减压阀F13、可调节流阀F14接车载泥浆泵12油马达相应油口，换向阀F5的A5口接泥浆泵油马达另一相应油口，油路中经截止阀接面板泥浆泵油马达液压压力表W3。可调节流阀F14由图3面板的泥浆泵油马达调速手纽操控。

换向阀F6的B6口经减压阀F15、可调节流阀F16接主轴油马达6相应油口，换向阀F6的A6口接主轴油马达另一相应油口，油路中经截止阀接面板主轴油马达液压压力表W4。可调节流阀F16由图3面板的主轴油马达调速手纽操控。

换向阀F7的B7口经减压阀F17接探杆液压夹具21的活塞推程口，换向阀F7的A7口接活塞回程口，油路中经截止阀接面板液压夹具压力表W5。

图7中，探杆气压夹具22夹紧或松开控制阀是由操作手柄控制的三位五通换向阀F18，气泵QB接换向阀F18压力口。

图7中，减压阀F11、F13、F15、F17对应于是图1控制台9机箱中的两并列液压油缸、泥浆泵油马达、主轴油马达和探杆液压夹具的液压油路的减压阀。

本实施例的两并列液压油缸在油泵输出压力为16.0MPa时，提升力为492kN，贯入力为289kN，提升速度：慢速Vbm＝0-2.27m/min，快速Vbk＝5.50-7.07m/min，贯入速度：工进Vtg max＝0-3.87m/min，快速Vtk max＝3.87-4.98m/min。主轴油马达排量为39ml/r，齿轮箱主动齿轮的M＝5，Z＝16；被动齿轮的M＝5，Z＝38，主轴转速n＝0-29r/min，主轴扭矩N＝0-1600Nm。泥浆泵油马达排量为16mL/r，泵行程为100mm。油压夹具夹紧力Nj＝90kN。气动夹具夹紧力Nj＝3.9kN。

下面简要叙述实施例有关各部分的调整和操作。

1、液压系统调整

(1)全车的液压系统的调整：

汽车发动机带动齿轮泵工作，向全系统提供16.0MPa的液压油，该系统的压力可以通过调整溢流阀F9改变其高低。

(2)两并列液压油缸的液压调整：

a、调压：打开两并列液压油缸压力表W2开关，推动控制阀F3的手柄，调整减压阀F11。工进推力的大小由减压阀F11的溢流阀决定，使贯入压力达到要求为止。

b、触探给进调速：触探给进速度的快慢由两并列液压油缸油路中的可调节流阀F12调整。

(3)主轴油马达的液压调整：

a、主轴油马达调压：打开主轴马达压力表W4开关，推动控制阀F6手柄，主轴箱主轴旋转，可调节流阀F16居中，调整减压阀F15，使主轴马达压力达到要求为止。

b、主轴油马达调速：在主轴箱主轴旋转时，记录主轴的转速，调整可调节流阀F16使主轴的转速达到要求。

(4)车载泥浆泵的液压调整：

a、车载泥浆泵的调压：打开泥浆泵压力表W3开关，推动控制阀F5的手柄，泥浆泵工作，调整泥浆泵减压阀F13，观察泥浆泵压力表的读数达到要求为止。

b、泥浆泵的调速：在泥浆泵工作时，记录每分钟曲柄连杆机构的往复次数，调整可调节流阀F14，进行无级调速达到工作要求。

(5)探杆液压夹具的调整：通过转动手轮将手动调节器驱动的一半夹头调整到钻杆的中心位置，再调整减压阀F17使油缸的夹紧力满足工作要求，即进行探杆联接或拆卸时，油缸的夹紧力不应使探杆发生转动。

(6)探杆气动夹具的调整：气动夹具由气泵提供足够气压的压缩空气带动，一般不小于0.8MPa，当加接探杆或拆卸探杆时其夹紧力和夹紧速度能够防止钻杆滑落即可。

2、两并列液压油缸触探油缸的操作。

a、工进(压入)：当探杆工作给进时，将图6手柄H推进(上位，下同)，同时推进手柄C时，钻杆可以工作给进。

b、工退(提升)：当钻杆提升时，将图6手柄H推进，同时拉出(下位，下同)手柄C，钻杆即可慢慢地提起。

c、浮动下降：将将图6手柄H放在中立位置，拉出手柄D，被连接探杆会慢速接近下面的对接探杆，可避免发生探杆碰撞，这时可进行探杆的对接操作。

d、快速提升：将图6手柄H在中立位置，同时推进手柄D，探杆可快速提升。

e、快速下降：将图6手柄H拉出，同时拉出手柄D，探杆可快速下降。

3、主轴的操作。

在两并列液压油缸浮动降操作时，拉动图6手柄F，轴油马达通过齿轮带动主轴正转，这样可实现主轴箱的探杆螺纹接头和探杆自动对接。在油缸工进状态时，拉动图6手柄F带动探杆及探头旋转以便钻头切削土层。当油缸工退操作时，用探杆液压夹具夹住探杆，推动图6手柄F，主轴油马达通过齿轮带动主轴反转，实现主轴箱的探杆螺纹接头和探杆自动卸扣。

4、液压夹具的操作。

两并列液压油缸停止贯入或提升，主轴停止旋转，拉动图6手柄G时，探杆液压夹具进夹紧探杆，可以进行需要的探杆续接或起拔探杆操作。推动图6手柄G，液压夹具松开。

5、探杆气动夹具的操作。

探杆气动夹具可以配合探杆液压夹具同时使用，以增加对探杆的夹紧力，同时也防止探杆在提升过程中卸杆时，没夹紧探杆而使滑落孔中。

6、泥浆泵的操作。

两并列液压油缸工进状态，主轴旋转，推动或拉动图6手柄E，泥浆泵根据工艺的需要开始工作，从泥浆泵泵出的泥浆通过旋转水管接头、主轴水道、接头水道、探杆供给钻头工作所需的泥浆。

当停止旋转贯入时，将手柄E置于中间位置，泥浆泵停止工作。

Claims (3)

1.岩土工程原位旋转触探车，由静力触探车车体、地锚及其油马达、对称分布于汽车底盘底面的四套液压支腿、汽车发动机、汽车发动机带动的油泵、固定于汽车底盘的承重底板、安装在承重底板上的液压装置、连接于液压装置的用于探杆提升的探杆拆装卡套、支撑于承重底板的探杆导向定位圈、装有分别控制各液压支腿升降控制阀、地锚油马达的正转、停止、反转控制阀、液压装置工进、工退控制阀的控制台所组成，其特征在于：安装在承重底板上的液压装置由两并列液压油缸及其活塞杆构成，活塞杆支撑并固定于承重底板，同步上下运动的两并列液压油缸之间设有与之同步升降并传递贯入压力的主轴箱，主轴箱设有轴承支撑的、其轴线平行于液压油缸轴线的主轴，主轴箱支撑有主轴油马达及其减速传动齿轮箱，齿轮箱其输出轴传动连接于主轴，主轴设有贯通轴心的主轴水道，主轴上端设有与主轴水道相衔接的旋转水龙头，旋转水龙头的进口连接于车载泥浆泵出口，主轴下端设有探杆拆装卡套，该拆装卡套设有对应探杆端部对称卡槽的两方孔，探杆拆装卡套的中间是固定于主轴下端的探杆螺纹接头，探杆螺纹接头设有与主轴水道衔接的接头水道，探杆导向定位圈的上面设有支撑于承重底板的探杆液压夹具，汽车发动机驱动有气泵，承重底板下面设有对应于探杆导向定位圈的探杆气动夹具，液压装置控制台还设有分别对应主轴油马达、探杆液压夹具、泥浆泵油马达、两并列液压油缸液压油路的减压阀，还分别设有主轴油马达和车载泥浆泵油马达的正转、停止、反转控制阀，两并列液压油缸的快速升、快速降和浮动降控制阀，探杆液压夹具夹紧松开控制阀和探杆气动夹具夹紧松开控制阀。

2.根据权利要求1所述的岩土工程原位旋转触探车，其特征在于：所述的两并列液压油缸的工进、工退、快速升、快速降和浮动降工作状态选择控制阀是组合式方向阀。

3.根据权利要求1所述的岩土工程原位旋转触探车，其特征在于：所述的汽车底盘设有对应于探杆导向定位圈的探杆刮泥圈。

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