CN108278080A - 一种一体化辐射井钻机 - Google Patents

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陈坤
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任健
王彦丽
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Abstract

本发明公开一种一体化辐射井钻机，包括主机，其还包括连接在主机前部的旋挖钻装置和连接在主机的后端的定向钻装置，其中主机包括底盘和上车架，上车架连接在底盘上；旋挖钻装置包括变幅机构、旋挖桅杆和旋挖钻作业机构，变幅机构连接在上车架上，旋挖桅杆连接在变幅机构上，旋挖钻作业机构连接在旋挖桅杆上；定向钻装置包括定向机架、定向桅杆和定向钻作业机构，定向机架连接在底盘上，定向桅杆连接在定向机架上，定向钻作业机构连接在定向桅杆上。本发明中一体化辐射井钻机首次将旋挖与定向钻进集于一体应用于辐射井施工，用旋挖钻装置成型大直径集水井，效率高，用水平定向钻装置成型水平辐射孔，避免人工下井施工安全性差、效率低的问题。

Description

一种一体化辐射井钻机
技术领域
本发明涉及一种辐射井施工设备，具体地说，是涉及一种全液压的具备旋挖与定向钻进功能的一体化辐射井钻机。
背景技术
浅层地下水补给容易、节省能源，是我国优先利用的地下水源，适宜采用辐射井技术开采。辐射井由一口大直径钢筋混凝土管集水井和一层或多层水平辐射管组成，其中每层水平辐射管一般由6～8根水平管体组成。与传统管井相比，辐射井出水量大、效率高、管理运行费用低、调控地下水位能力强，应用前景广阔。
目前，国内外辐射井施工分两个主要步骤完成：1)集水井采用反循环钻机成孔，漂浮法下井管；2)水平定向辐射孔采用液压千斤顶顶入。这种成井方法需要使用大量钻井液，环保性差，特别是遇到砂卵石地层，成孔难度大、钻进速度慢、劳动强度大，工人需在井下施工，环境恶劣、安全性差，作业效率低。
旋挖钻机无需钻井液，环保，且机械化、自动化程度高，施工效率高；高精度的电液控制系统保证高施工精度(定位精度、垂直精度、回位精度)；配合不同钻具，适应我国大部分地区的地质条件。水平定向钻机极少需要或不需要在井下作业即可成水平辐射孔，极大降低人工下井作业时间，提高作业安全性，降低施工成本，提高作业效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种一体化辐射井钻机，具有全液压旋挖钻与定向钻进功能，一机多用，节能环保且不用人工下井施工，提高了辐射井钻机的工作效率。
为了实现上述目的，本发明的一体化辐射井钻机，包括主机以及连接在所述主机前部的旋挖钻装置和连接在所述主机后端的定向钻装置，其中：所述主机包括底盘和上车架，所述上车架连接在所述底盘上；所述旋挖钻装置包括变幅机构、旋挖桅杆和旋挖钻作业机构，所述变幅机构连接在所述上车架上，所述旋挖桅杆连接在所述变幅机构上，所述旋挖钻作业机构连接在所述旋挖桅杆上；所述定向钻装置包括定向机架、定向桅杆和定向钻作业机构，所述定向机架连接在所述底盘上，所述定向桅杆连接在所述定向机架上，所述定向钻作业机构连接在所述定向桅杆上。
上述的一体化辐射井钻机的一实施例中，所述旋挖钻装置的变幅机构连接在所述上车架和所述旋挖桅杆之间。
上述的一体化辐射井钻机的一实施例中，所述定向钻装置还包括变幅机构，所述定向钻装置的变幅机构连接在所述定向机架和所述定向桅杆之间。
上述的一体化辐射井钻机的一实施例中，所述变幅机构包括动臂、连接体以及变幅油缸，动臂，具有第一端和第二端，所述第一端铰接在所述上车架/定向机架上；连接体，具有第一铰接部和第二铰接部，所述第一铰接部与所述第二端铰接，所述第二铰接部与所述旋挖桅杆/定向桅杆铰接；变幅油缸，铰接在所述上车架/定向机架和所述第一铰接部之间。
上述的一体化辐射井钻机的一实施例中，所述变幅机构还包括桅杆油缸，所述桅杆油缸铰接在所述第一铰接部和所述旋挖桅杆/定向桅杆之间。
上述的一体化辐射井钻机的一实施例中，所述上车架包括上车架主体和托盘，所述变幅机构还包括调平油缸，所述调平油缸铰接在所述上车架主体和所述托盘之间。
上述的一体化辐射井钻机的一实施例中，所述动臂为平行设置的两个，所述第一铰接部为两个以分别对应两个所述动臂，所述连接体呈三角形，两个所述第一铰接部以及一个所述第二铰接部分别设置于三角形的连接体的三个角端。
上述的一体化辐射井钻机的一实施例中，所述底盘包括中心架和行走机构，所述行走机构连接在所述中心架上，所述上车架回转连接在所述中心架上。
上述的一体化辐射井钻机的一实施例中，所述底盘还包括伸缩油缸，所述伸缩油缸为四个，每两个所述伸缩油缸的底部相对并共用铰接支座以形成一体后固定到所述中心架上。
上述的一体化辐射井钻机的一实施例中，所述底盘还包括横梁，所述横梁包括梁体和延长机构，所述梁体的一端连接在所述中心架上，所述延长机构连接在所述梁体的另一端。
上述的一体化辐射井钻机的一实施例中，所述延长机构包括折叠合页，所述折叠合页转动连接在所述梁体上。
与现有产品相比，本发明具有以下优点：
本发明中一体化辐射井钻机首次将旋挖与定向钻进集于一体应用于辐射井施工，用旋挖钻装置成型大直径集水井，效率高，用水平定向钻装置成型水平辐射孔，避免人工下井施工安全性差、效率低的问题。
定向钻进工作装置牵挂在底盘上，卷扬起吊后可随钻机移动，避免旋挖与定向钻进切换、设备移位时拆装部件、管路，提高工作效率，降低施工单位的设备开支，减弱运输、维修及操作时的诸多问题。
旋挖及定向钻进装置均采用恒功率变量泵控制，当系统压力超过设定值时，泵的排量随着压力的升高而减小，流量和功率按需供应，主辅系统均采用液压先导控制、负载敏感控制，使液压泵的输出流量和压力与各运动部件的负荷达到最佳匹配，达到节能、环保的目的。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是本发明的全液压旋挖与定向钻进一体化辐射井钻机的整机示意图；
图2是本发明的全液压旋挖与定向钻进一体化辐射井钻机的底盘示意图；
图3是本发明的全液压旋挖与定向钻进一体化辐射井钻机的定向钻装置示意图。
图4是本发明的全液压旋挖与定向钻进一体化辐射井钻机的变幅机构示意图。
其中，附图标记
100 底盘
110 中心架
120 行走机构
121 履带架
122 履带
130 伸缩油缸
140 横梁
141 梁体
142 延长机构
142a 折叠合页
142b 固定销
200 旋挖钻装置
220 变幅机构
221 动臂
221a 第一端
221b 第二端
222 连接体
222a 第一铰接部
222b 第二铰接部
223 变幅油缸
224 桅杆油缸
225 调平油缸
230 旋挖桅杆
240 旋挖钻杆
250 旋挖钻头
260 旋挖动力头
300 定向钻装置
310 定向机架
320 定向桅杆
330 变幅机构
360 定向动力头
400 上车架
410 上车架主体
420 托盘
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
如图1至图4所示，本发明的一种一体化辐射井钻机采用全液压旋挖与定向钻进集成技术，包括主机和分别连接在主机上的旋挖钻装置200和定向钻装置300，其中，旋挖钻装置200连接在主机的前部，定向钻装置300连接在主机的后端。
具体地，主机包括底盘100和上车架400，上车架400连接在底盘100上。旋挖钻装置200包括变幅机构220、旋挖桅杆230和旋挖钻作业机构。变幅机构220连接在上车架400和旋挖桅杆230之间，旋挖钻机构连接在旋挖桅杆230上，上车架400作为回转平台通过回转支承安装在底盘100上。其中，旋挖钻作业机构包括旋挖钻杆240、旋挖钻头250以及旋挖动力头260，旋挖钻杆240通过旋挖动力头260连接在旋挖钻头250上，旋挖动力头260安装在旋挖桅杆230上。
如图1和图3所示，定向钻装置300包括定向机架310、定向桅杆320和定向钻机构，定向桅杆320连接在定向机架310上，定向机架310牵挂在底盘100上，定向钻机构连接在定向桅杆320上。其中，定向钻机构包括定向钻杆、定向钻头和定向动力头360，定向动力头360安装在定向桅杆320上，定向钻杆通过定向动力头360驱动，定向钻头连接在定向钻杆上。
本发明采用动力头为旋挖与定向双动力头。
旋挖桅杆230需要保持垂直于水平面，而当设备所处地面不平时，设备相对于水平面有一定角度，此时需要通过变幅机构220调节旋挖桅杆230的角度，使之垂直与水平面。
如图4所示，变幅机构220包括动臂221、连接体222、变幅油缸223、为桅杆油缸224以及调平油缸225。
动臂221具有第一端221a和第二端221b，第一端221a铰接在上车架400上。连接体222具有第一铰接部222a和第二铰接部222b，第一铰接部222a与动臂221的第二端221b铰接，第二铰接部222b与旋挖桅杆230铰接。变幅油缸223铰接在上车架400和连接体222的第一铰接部222a之间。变幅油缸223伸缩调节动臂221伸缩，动臂221伸缩带动旋挖桅杆230以及旋挖钻机构的起落。
其中，动臂221为上下平行设置的等长的两个，连接体222的第一铰接部222a为两个以分别对应两个动臂221。
桅杆油缸224铰接在连接体222的第一铰接部222a和旋挖桅杆230之间。桅杆油缸224用于精确调节旋挖桅杆230的角度。
上车架400包括上车架主体410和托盘420，调平油缸225铰接在上车架主体410和托盘420之间。调平油缸225用于调节旋挖桅杆230的平行度。
其中，连接体222呈三角形，两个第一铰接部222a以及一个第二铰接部222b分别设置于三角形的三个角端。
另，定向钻装置300还可以设置另一变幅机构330，用于调整定向钻装置300的定向桅杆320的角度，其结构和工作原理与旋挖钻装置200的变幅机构220的结构和工作原理相同。
如图2所示，底盘100为液压伸缩履带式底盘，包括中心架110、行走机构120、伸缩油缸130以及横梁140。行走机构120连接在中心架110上，上车架400回转连接在中心架110上。行走机构120包括履带架121和连接在履带架121上的履带122。
伸缩油缸130的数量为四个，每两个伸缩油缸130的底部相对并共用铰接支座以形成一体后，再通过固定销将形成一体的两个伸缩油缸130固定到中心架110上。
横梁140包括梁体141和延长机构142，梁体141的一端连接在中心架110上，延长机构142连接在梁体141的另一端。延长机构142采用折叠合页142a，折叠合页142a转动连接在梁体141上。
具体地，中心架110的两个横梁140放置在两个履带架121上，在横梁140的梁体141的端部通过固定销铰接有折叠合页142a构成的延长机构142。当设备运输时，伸缩油缸130缩回，拉动履带架121回缩，延长机构142伸出到履带架121外侧，此时将折叠合页142a通过固定销142b转轴向两侧折叠，减少伸出外露长度，使得底盘100整体宽度符合运输要求。当设备工作时，伸缩油缸130伸出，推动履带架121伸出，使得两侧履带122间距加大，进而改善接地比压。
定向钻装置300还包括推拉机构，推拉机构由滑架、减速机和齿轮齿条组成，滑架上安装有减速机，减速机输出端齿轮与定向桅杆上安装的齿条组成传动。减速机的输出齿轮正转推动滑架前进，反转拉动滑架后退。
综上，本发明的全液压旋挖与定向钻进的一体化辐射井钻机工作说明如下：
通过底盘100的行走机构120行驶就位，变幅机构220(330)中变幅油缸223和桅杆油缸224伸缩使旋挖桅杆230或定向桅杆320调整到准确的角度和位置，由动力头驱动钻头旋转。
旋挖工作状态下，加压油缸与旋挖动力头260连接，通过油缸伸缩，压/拉动力头的方式将加压力传递给旋挖钻头250，旋挖钻头250回转破碎岩土，满钻后再由钻机主卷扬提升旋挖钻杆240将旋挖钻头250提出孔外卸土，然后再回中下钻，如此循环往复。
定向钻进工作状态下，推拉机构与定向动力头360(定向动力头也可与旋挖动力头使用同一个)连接，推拉机构采用齿轮齿条传动方式推动/回拖定向动力头360，将加压/回拖力传递给定向钻头(定向钻头也可与旋挖钻头使用同一个)。导向孔成孔后，再由扩孔器分级扩孔，待扩孔完毕，由钻杆连同扩孔器、成孔器、分动器以及管线沿导向孔反向拖回，直至返回入土点，完成管线铺设。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体化辐射井钻机，包括主机，其特征在于，还包括连接在所述主机的前部的旋挖钻装置和连接在所述主机的后端的定向钻装置，其中：
所述主机包括底盘和上车架，所述上车架连接在所述底盘上，旋挖钻装置包括变幅机构、旋挖桅杆和旋挖钻作业机构，所述变幅机构连接在所述上车架上，所述旋挖桅杆连接在变幅机构上，所述旋挖钻作业机构连接在所述旋挖桅杆上；所述定向钻装置包括定向机架、定向桅杆和定向钻作业机构，所述定向机架连接在所述底盘上，所述定向桅杆连接在所述定向机架上，所述定向钻作业机构连接在所述定向桅杆上。
2.根据权利要求1所述的一体化辐射井钻机，其特征在于，所述定向钻装置还包括变幅机构，所述定向钻装置的变幅机构连接在所述定向机架和所述定向桅杆之间。
3.根据权利要求1或2所述的一体化辐射井钻机，其特征在于，所述变幅机构包括：
动臂，具有第一端和第二端，所述第一端铰接在所述上车架/定向机架上；
连接体，具有第一铰接部和第二铰接部，所述第一铰接部与所述第二端铰接，所述第二铰接部与所述旋挖桅杆/定向桅杆铰接；以及
变幅油缸，铰接在所述上车架/定向机架和所述第一铰接部之间。
4.根据权利要求3所述的一体化辐射井钻机，其特征在于，所述变幅机构还包括桅杆油缸，所述桅杆油缸铰接在所述第一铰接部和所述旋挖桅杆/定向桅杆之间。
5.根据权利要求3所述的一体化辐射井钻机，其特征在于，所述上车架包括上车架主体和托盘，所述变幅机构还包括调平油缸，所述调平油缸铰接在所述上车架主体和所述托盘之间。
6.根据权利要求3所述的一体化辐射井钻机，其特征在于，所述动臂为平行设置的两个，所述第一铰接部为两个以分别对应两个所述动臂，所述连接体呈三角形，两个所述第一铰接部以及一个所述第二铰接部分别设置于三角形的连接体的三个角端。
7.根据权利要求1所述的一体化辐射井钻机，其特征在于，所述底盘包括中心架和行走机构，所述行走机构连接在所述中心架上，所述上车架回转连接在所述中心架上。
8.根据权利要求7所述的一体化辐射井钻机，其特征在于，所述底盘还包括伸缩油缸，所述伸缩油缸为四个，每两个所述伸缩油缸的底部相对并共用铰接支座以形成一体后固定到所述中心架上。
9.根据权利要求7所述的一体化辐射井钻机，其特征在于，所述底盘还包括横梁，所述横梁包括梁体和延长机构，所述梁体的一端连接在所述中心架上，所述延长机构连接在所述梁体的另一端。
10.根据权利要求9所述的一体化辐射井钻机，其特征在于，所述延长机构包括折叠合页，所述折叠合页转动连接在所述梁体上。
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