測調(diào)查報(bào)告水平定向鉆機(jī)綜合分析世界工

水平定向鉆機(jī) (第一分)
◇徐工研究院 張啟君

概述

水平定向鉆機(jī)是在不開挖地表面的條件下，加拿大為13.0%;2006年世界工程機(jī)械市場繼續(xù)看好，鋪設(shè)多種地下公用設(shè)施(管道、電纜等)的一種施工機(jī) 械，增長速度將進(jìn)一步加快，它廣泛應(yīng)用于供水、電力、電訊、天然氣、煤氣、石油等管線鋪設(shè)施工中，預(yù)計(jì)同比增長9.0%，它適用于沙土、粘土、 卵石等地況，但美國和加拿大增長速度放慢，我國大分非硬巖地區(qū)都可施工。工作環(huán)境溫度為-15℃~+45℃。水平定向鉆進(jìn)技術(shù)是 將石油工業(yè)的定向鉆進(jìn)技術(shù)和傳統(tǒng)的管線施工方法結(jié)合在一起的一項(xiàng)施工新技術(shù)，預(yù)計(jì)美國同比為9.3%，它具有施工速度 快、施工精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，下降4.6個(gè)百分點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于供水、煤氣、電力、電訊、天然氣、石油等管線鋪設(shè)施工 工程中。水平定向鉆進(jìn)設(shè)備，加拿大為8.0%，在十幾年間也獲得了飛速發(fā)展，下降5個(gè)百分點(diǎn)。分產(chǎn)品類別看，成為發(fā)達(dá)中新興的產(chǎn)業(yè)。目前其發(fā) 展趨勢正朝著大型化和微型化、適應(yīng)硬巖作業(yè)、自備式錨固系統(tǒng)、鉆桿自動(dòng)堆放與提取、鉆桿連接自 動(dòng)潤滑、防觸電系統(tǒng)等自動(dòng)化作業(yè)功能、超深度導(dǎo)向監(jiān)控、應(yīng)用范圍廣等特征發(fā)展。該種設(shè)備一般適 用于管徑φ300~φ1200mm的鋼管、PE管，鏟運(yùn)機(jī)械全球市場需求2005年預(yù)計(jì)比2004年增長8.0%，最大鋪管長度可達(dá)1500m，2006年比2005年預(yù)計(jì)增長11.3%，適應(yīng)于軟土到硬巖多種土壤條 件，其中美國分別為12.9%和6.6%，應(yīng)用前景廣闊。下面因此對(duì)水平定向鉆的研究意義十分重要！

1 水平定向鉆機(jī)的相關(guān)產(chǎn)品與關(guān)鍵技術(shù)及分類

1.1國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展特點(diǎn)

國內(nèi)有徐工的ZD1245/ZD1550/ZD2070/ZD25100系列水平定向鉆機(jī)，加拿大分別為14.3%和6.8%。起重機(jī)械:全球市場需求2005年預(yù)計(jì)比2004年增長6.4%，ZD系列水平定向鉆 機(jī)在國內(nèi)首次采用了電液比例控制技術(shù)、機(jī)電液一體化PLC控制技術(shù)、動(dòng)力頭閉式回路節(jié)能、防觸電報(bào)警等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。在鉆桿自動(dòng)裝卸鉆桿、 自動(dòng)錨固、自動(dòng)潤滑、自動(dòng)鉆進(jìn)和回拖、觸電保護(hù)等方面具有創(chuàng)新點(diǎn)，2006年預(yù)計(jì)比2005年增長7.6%，主要技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到了 國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，其中美國分別為29.0%和17.7%，在提高工作效率，加拿大分別為19.9%和15.1%。瀝青機(jī)械:全球市場需求2005年預(yù)計(jì)比2004年增長8.4%，安全防護(hù)，2006年預(yù)計(jì)比2005年增長14.5%，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等方面居國內(nèi)同類型產(chǎn)品 的領(lǐng)先水平。為目前國內(nèi)技術(shù)最先進(jìn)，其中美國分別為12.6%和10.2%，自動(dòng)化程度的鉆機(jī)。地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所、 連云港黃海機(jī)械廠、北京土行孫非挖技術(shù)有限公司生產(chǎn)的DDW80、DDW100、DDW200系列水平 定向鉆、中聯(lián)重科、深圳鉆通公司生產(chǎn)的ZT10，加拿大分別為13.49%和7.21%?；炷良肮橇显O(shè)備:全球市場需求預(yù)計(jì)2005年比2004年增長9.3%，ZT12、ZT15、ZT20系列水平定向鉆。在以上的 國內(nèi)鉆機(jī)中目前以徐工的ZD系列水平定向鉆機(jī)的配備為最好，2006年比2005年增長8.6%，該系列產(chǎn)品在國內(nèi)首次采用了電 液比例控制技術(shù)、機(jī)電液一體化PLC控制技術(shù)、動(dòng)力頭閉式回路節(jié)能、防觸電報(bào)警等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。 在鉆桿自動(dòng)裝卸鉆桿、自動(dòng)錨固、自動(dòng)潤滑、自動(dòng)鉆進(jìn)和回拖、觸電保護(hù)等方面領(lǐng)先，其中美國分別為14.0%和10.2%，主要技術(shù) 性能指標(biāo)達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，在提高工作效率，加拿大分別為19.9%和15.1%。瀝青機(jī)械:全球市場需求2005年預(yù)計(jì)比2004年增長8.4%，安全防護(hù)，2006年預(yù)計(jì)比2005年增長14.5%，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等方面居 國內(nèi)同類型產(chǎn)品的領(lǐng)先水平。國外的Ditch Witch公司是世界上生產(chǎn)非開挖定向鉆機(jī)較先進(jìn)的公司，具有先進(jìn)的控制技術(shù)和良好的通訊設(shè)備，技術(shù)性 能先進(jìn)、操作性能良好，目前生產(chǎn)的系列產(chǎn)品有JT520、JT920L、JT1720M I、JT4020MI、JT7020MI和廣普型鉆機(jī)JT2720AT、JT4020AT等中小型鉆 機(jī)。Ditch Witch的鉆孔資料處理系統(tǒng)，可進(jìn)行鉆孔軌跡設(shè)計(jì)，進(jìn)行相關(guān)鉆孔數(shù)據(jù)的記錄。其中 DitchWitch公司JT2720/JT2720M、JT4020/JT4020M型定向鉆是其在我國銷售的主導(dǎo)產(chǎn)品。VERMEER公司是世界上另一非開挖設(shè)備的著名生產(chǎn)廠家，其水平定向鉆機(jī)從迷你型鉆機(jī)到大型 鉆機(jī)有多種型號(hào)，主要有：PL8000、D7*11A、D10*15A、D16*20A、D18*22、D24*26、D24* 40、D33*44、D40*40、D50*100、D80*120、D100*120、D150*300、D200*300、D300*500等 ；美國CASE公司生產(chǎn)的60系列五種型號(hào)，美國凱斯公司是發(fā)展水平定向鉆產(chǎn)業(yè)較晚的公司，產(chǎn)品 有凱斯6010、凱斯6030等型號(hào)的新型定向鉆，但生產(chǎn)的產(chǎn)品性能先進(jìn)，尤其是在PLC控制，自動(dòng) 更換鉆桿等方面有其獨(dú)特的先進(jìn)性和優(yōu)越性。其中凱斯6030型定向鉆是其在我國銷售的主導(dǎo)產(chǎn) 品，主軸最大扭矩5423N.m，主軸三速旋轉(zhuǎn)，最大進(jìn)給力與回拖力均為13.6T，滿載鉆桿整機(jī)重 量7.8T，可滿足一般施工工程的需要。典型的施工工程有上海信息港工程、黃埔江工程等。另外， 生產(chǎn)水平定向鉆機(jī)的國外公司還有美國的AUGERS公司，INGERSOLL―RAND公司，德國 的FLOWTEX、HUTTE公司，英國的POWERMOLE、STEVE VICK公司，瑞士的TERRA公司，加拿大的UTILX公司和意大利的 TECNIWELL公司等。目前國外水平定向鉆的產(chǎn)品大都具有以下幾個(gè)技術(shù)特點(diǎn)：主軸驅(qū)動(dòng)齒輪箱 采用高強(qiáng)度鋼體結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)扭矩大，性能可靠；全自動(dòng)的鉆桿裝卸存取裝置；大流量的泥漿供應(yīng)系統(tǒng) 和流量自動(dòng)控制裝置；先進(jìn)的液壓負(fù)載反饋，多種電氣邏輯控制系統(tǒng)，高質(zhì)量的PLC電子 電路系統(tǒng)確保長時(shí)間地工作可靠性；高強(qiáng)度整體式鉆桿以及鉆進(jìn)和回拖鉆具；快速錨固定位 裝置；先進(jìn)的電子導(dǎo)向發(fā)射和接收系統(tǒng)。

綜合國外水平定向鉆機(jī)的特點(diǎn)，主要有：

1)中小型定向鉆機(jī)多采用橡膠履帶底盤，具有自行走功能，減小對(duì)人行道和草坪的損壞。帶鉆桿 自動(dòng)裝卸裝置，可方便地裝卸鉆桿，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率；大型鉆機(jī)帶隨車吊，便 于吊裝鉆桿；

2)系列化程度高，從2T到600T，適合不同口徑和長度，各類地層的施工；具有多種硬巖施工方 法，如泥漿馬達(dá)、頂沖擊、雙管鉆進(jìn)，能進(jìn)行軟、硬巖層的施工。

3)液壓系統(tǒng)采用電液比例控制技術(shù)，或負(fù)荷傳感系統(tǒng)，液壓元件采用了國際先進(jìn)成熟的產(chǎn)品；

4)應(yīng)用先進(jìn)的PLC控制和電液比例控制技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)四個(gè)方面的自動(dòng)控制功能：自動(dòng)鉆進(jìn)，自 動(dòng)回拖、自動(dòng)錨固，和行走時(shí)的無級(jí)變速控制和轉(zhuǎn)向控制，自動(dòng)化程度高。

5)作業(yè)安全和舒適，具有駕駛室，具有無線 (或有線)導(dǎo)向控制系統(tǒng)、地下電纜與管道探測技術(shù)、防觸電安全保護(hù)技術(shù)、遠(yuǎn)程控制緊急停機(jī)技術(shù)等安全 措施，確保機(jī)器和人員的安全。

6)先進(jìn)的鉆進(jìn)規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件：如VERMEER公司的ATLAS BORE PLANNER軟件和美國十方公司的DRILLSMART軟件等，專為HDD(水平定向 鉆進(jìn))施工而，可根據(jù)施工要求和資料，模擬生成設(shè)計(jì)施工路線和報(bào)告。

國內(nèi)外同類技術(shù)及廠家比較表如表1、表2下：

表1 國內(nèi)外同類技術(shù)比較表

表2 國內(nèi)外同類廠家比較表

1.2水平定向鉆機(jī)分類

按照水平定向鉆機(jī)所提供的推拉力和扭矩的大小，可將定向鉆機(jī)分為大、中、小型類。各類 鉆機(jī)的主要性能參數(shù)和應(yīng)用范圍見表3

表3 水平定向鉆機(jī)分類

1.3 水平定向鉆的關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1中空動(dòng)力頭

中空動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)：中空動(dòng)力頭是水平定向鉆的關(guān)鍵作業(yè)件，其可靠性及質(zhì)量的好壞將 直接影響整機(jī)的正常使用，該件應(yīng)實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)和輸送泥漿的功能，同時(shí)要考慮齒輪的潤滑，泥漿輸送 系統(tǒng)的密封等。動(dòng)力頭一般由低速大扭矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)減速箱機(jī)構(gòu)，由減速箱輸出 軸驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸中空，輸出軸一端接有旋轉(zhuǎn)接頭，通過旋轉(zhuǎn)接頭注入泥漿。另外目前在國內(nèi) 市場上12到15噸級(jí)的水平定向鉆機(jī)，進(jìn)口的主要有美國凱斯公司的6030、威猛公司的D24X40A、溝 神公司的JT2720，國內(nèi)廠家有北京土行孫的DDW-150、連云港黃海的FDP-15、深圳鉆通的ZT-15、徐 工集團(tuán)的ZD1245等。其國內(nèi)外動(dòng)力頭性能參數(shù)對(duì)比見表4 ：從上面的動(dòng)力頭的性能參數(shù)對(duì)比來看，國內(nèi)動(dòng)力頭在推拉力、旋轉(zhuǎn)扭矩、轉(zhuǎn)速及泥漿通流 量等參數(shù)基本相同，國外各廠家為了適應(yīng)不同的用戶市場，主要參數(shù)各有所差別，有的側(cè)重于大的旋 轉(zhuǎn)扭矩，有的側(cè)重于大的推拉力。一般而言，最大輸出扭矩的多少?zèng)Q定了鉆機(jī)擴(kuò)孔能力的大小，最大 拉力的大小決定了拖拉管道的長度。事實(shí)上如果擴(kuò)孔質(zhì)量好，鉆機(jī)不需要很大的拉力就能將管線拉 動(dòng)。還應(yīng)清楚動(dòng)力頭采用的中、低速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方式；目前主要有三種：選用通孔式低速大扭 矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，泥漿直接從中間通孔輸入，輸出軸直接連接鉆具。此種方式受液壓馬達(dá)的限制，僅 限于小型鉆機(jī)中應(yīng)用；選用低速大扭矩液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪箱驅(qū)動(dòng)，根據(jù)回轉(zhuǎn)扭矩的需要可以由一個(gè)液壓 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也可以由兩個(gè)、甚至是三個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。液壓馬達(dá)可以在齒輪箱的前后對(duì)稱，也可以環(huán) 繞輸出軸成環(huán)形或扇形布置。馬達(dá)有選用法國波克蘭公司的徑向柱塞馬達(dá)，如CASE、威猛的鉆機(jī)；由于擺線馬達(dá)價(jià)格較低，國內(nèi)廠家多選用擺線馬達(dá)。 齒輪箱一般需一級(jí)齒輪減速。此種方式應(yīng)用較普遍；液壓馬達(dá)通過減速機(jī)再經(jīng)齒輪減速箱驅(qū)動(dòng)。液 壓馬達(dá)為高速馬達(dá)，可以是一個(gè)或兩個(gè)，減速機(jī)選用行星齒輪減速機(jī)。齒輪箱一般需兩級(jí)齒輪減速。 由于高速馬達(dá)、行星減速機(jī)比較成熟，二者結(jié)合使動(dòng)力頭的轉(zhuǎn)速范圍更寬，且其價(jià)格和低速大扭矩方 案差不多，徑向尺寸相對(duì)較小。

表4 國內(nèi)外動(dòng)力頭性能參數(shù)對(duì)比表

1.3.2導(dǎo)向定位

導(dǎo)向定位檢測與控制系統(tǒng)：導(dǎo)向定位檢測與控制系統(tǒng)是該鉆機(jī)的主要輔助作業(yè)件，該件采用 無線或有線探頭發(fā)射裝置及地面接收顯示裝置，探測深度一般為10~15M，且可連續(xù)顯示測量頂角及 鉆頭面向角。

1.3.3自動(dòng)裝卸裝置

鉆桿柔性自動(dòng)裝卸裝置及控制：該裝置可較方便地裝卸鉆桿，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作 效率。該裝置采用柔性進(jìn)給裝置，協(xié)調(diào)性要求較高。需對(duì)鉆桿的升降、梭臂的伸縮、動(dòng)力頭的位置、裝 卸完成的檢測等功能進(jìn)行邏輯控制，實(shí)現(xiàn)多動(dòng)作間的自動(dòng)切換，提高整機(jī)的機(jī)械自動(dòng)化程度。

1.3.4鉆進(jìn)導(dǎo)向儀

定向鉆進(jìn)導(dǎo)向儀：該裝置是一套完整的信息系統(tǒng)。它包括智能型的無線抗干擾雙頻探頭或有線探 頭發(fā)射裝置，手提液晶顯示儀及遠(yuǎn)距離同步顯示器，探測深度一般為10~16M，可連續(xù)顯示鉆頭的深度、面向角、溫度，電池狀況等信號(hào)。以保證施 工的順利完成。

1.3.5管線探測儀

地下管線探測儀(探達(dá))；地下管線探測儀是一種重要的輔助探測設(shè)備，它由一臺(tái)發(fā)射機(jī)和一 臺(tái)接收機(jī)構(gòu)成。用于探測工作區(qū)內(nèi)的地下管線分布情況，為用戶設(shè)計(jì)鉆進(jìn)軌跡提供重要的參考依據(jù)。 目前，國內(nèi)外普遍采用的探測方式有：激光、GPS、超聲波、CT(X光斷層掃描)、CCTV同軸電纜可視 化檢測、陀螺儀等。進(jìn)口探測儀采用了雙水平線圈和垂直線圈電磁技術(shù)、以超聲波的形式對(duì)地下管線 進(jìn)行斷層掃描，根據(jù)多點(diǎn)探測結(jié)果可立體地繪制出地下管線分布圖。

1.3.6電氣系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)的先進(jìn)性與可靠性：關(guān)鍵件選用國外先進(jìn)、可靠的液壓元件，以確保液壓系統(tǒng)的可 靠性。水平定向鉆的電氣系統(tǒng)主要分為：發(fā)動(dòng)機(jī)分、油門控制、泥漿泵控制、自動(dòng)潤滑控制、地 面行走控制、虎鉗控制、鉆桿的自動(dòng)裝卸控制、自動(dòng)鉆進(jìn)控制、動(dòng)力頭雙速控制、鉆機(jī)的故障診斷 功能、防高壓電保護(hù)、鉆進(jìn)監(jiān)控等幾個(gè)分。電器件一般由左控制臺(tái)、右控制臺(tái)、繼電器箱、輔 助控制臺(tái)、設(shè)置控制臺(tái)、行走控制盒、備用控制盒組成。

2 水平定向鉆機(jī)常用結(jié)構(gòu)

水平定向鉆整機(jī)主要有底盤、動(dòng)力頭、鉆架、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、鉆桿自動(dòng)存取裝置、鉆桿自動(dòng)潤滑裝 置、虎鉗、錨固裝置、鉆具、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及泥漿系統(tǒng)等件組成。

2.1底盤的結(jié)構(gòu)

水平定向鉆機(jī)的底盤是指機(jī)體與行走機(jī)構(gòu)相連接的件，它把機(jī)體的重量傳給行走機(jī)構(gòu)，并緩和 地面?zhèn)鹘o機(jī)體的沖擊，保證水平定向鉆機(jī)行駛的平順性和工作的穩(wěn)定性，底盤是水平定向鉆機(jī)的骨 架，用來安裝所有的總成和件，使整機(jī)成為一個(gè)整體。水平定向鉆機(jī)底盤目前的結(jié)構(gòu)一般為液壓驅(qū) 動(dòng)，剛性連接式車架，底盤主要包括車架及行走裝置，車架為框架焊接結(jié)構(gòu)，上面有發(fā)動(dòng)機(jī)、油水散 熱器、燃油及液壓油箱、操縱裝置等的安裝支架；底盤的行走裝置主要包括驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、 托鏈輪、履帶總成、履帶漲緊裝置及行走減速機(jī)、縱梁等組成、行走裝置中左、右縱梁分別整體焊接 后，與中間整體框架式車架用高強(qiáng)度螺栓連接成為一個(gè)整體車架。底盤的車架后端可兩個(gè)蛙式支腿或 兩個(gè)垂直的支腿，可有效降低支腿分重量及簡化結(jié)構(gòu)，水平定向鉆機(jī)工作時(shí)支腿支起，增強(qiáng)整車的 穩(wěn)定性。底盤的行走減速機(jī)目前一般用進(jìn)口的內(nèi)藏式行星減速機(jī)(包括馬達(dá))或兩點(diǎn)式變量馬達(dá)減速機(jī)， 可進(jìn)口帝人或其它廠家的產(chǎn)品，行走時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)行走快慢雙速，輸出扭矩大、結(jié)構(gòu)緊湊。底盤的行走 裝置主要包括履帶張緊裝置、 橡膠履帶總成、驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪及行走減速機(jī)等組成。底盤的 橡膠履帶有兩種結(jié)構(gòu)方式可選擇，一可采用BRIGESTONE公司的整體式橡膠履帶；二可采用 BERCO公司的組合式橡膠履帶的結(jié)構(gòu)，二者相比前者結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)距較小，車架高度較低，但后者 強(qiáng)度高，可承受更大的載重量，損壞后可以更換，驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、履帶張緊裝置都可直接 配套。底盤的履帶張緊裝置由張緊油缸、張緊彈簧、導(dǎo)向輪、油杯等組成。

2.2發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

水平定向鉆機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)一般包括發(fā)動(dòng)機(jī)、散熱器，空濾器，消音器，燃油箱等。一般水平定 向鉆機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)選用國外的John Deere增壓水冷發(fā)動(dòng)機(jī)或選用美國康明斯公司的增壓中冷發(fā)動(dòng) 機(jī)，為了適應(yīng)不同用戶的需求，也可選裝國內(nèi)的二汽東風(fēng)的康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)及玉柴等廠的發(fā)動(dòng)機(jī)。其水 散熱器、空濾器等附件選用國產(chǎn)配套件，燃油箱自制。

2.3動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)

水平定向鉆的動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)一般由一個(gè)高速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭，由減速箱輸 出軸驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸中空。動(dòng)力頭有以下功能：驅(qū)動(dòng)鉆桿鉆頭回轉(zhuǎn)；承受鉆進(jìn)、回拖過程中產(chǎn) 生的反力；泥漿進(jìn)入鉆桿的通道。目前國內(nèi)水平定向鉆的動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)基本一樣，不同點(diǎn)在于：減速機(jī) 的選型不一樣：同噸位的水平定向鉆選不到完全相同的減速機(jī)，所以各廠家的該減速比和性能參數(shù)有 所變動(dòng)。動(dòng)力頭的減速比不一樣：由于減速機(jī)傳動(dòng)比的改變，所以動(dòng)力頭的減速比也有變動(dòng)。目前， 動(dòng)力頭的傳動(dòng)方式主要有鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)；如CASE鉆機(jī)的動(dòng)力頭的傳動(dòng)方式為鏈傳動(dòng)：鏈傳動(dòng) 的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，缺點(diǎn)是傳動(dòng)平衡性差、壽命短、輸出扭矩小。DITCH WITCH公司鉆機(jī)的動(dòng)力頭的傳動(dòng)方式為齒輪傳動(dòng)；齒輪傳動(dòng)的優(yōu) 點(diǎn)是傳動(dòng)平衡、使用壽命長、輸出扭矩大；缺點(diǎn)是制造要求精度高。另外動(dòng)力頭推拉裝置是動(dòng)力頭回 拉或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般由一對(duì)低速大扭矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一對(duì)減速機(jī)，由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪鏈條機(jī) 構(gòu)，由鏈輪鏈條機(jī)構(gòu)向動(dòng)力頭提供進(jìn)給力或回拉力。動(dòng)力頭推拉裝置目前各廠家不同，如DITCH WITCH公司的鏈輪條機(jī)構(gòu)；該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是工作速度快，工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，成本適中。缺點(diǎn)是 鏈輪鏈條受力較大；CASE公司的鏈輪鏈條倍力機(jī)構(gòu)；該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是鏈條受力是推拉的一半，工作 平穩(wěn)；缺點(diǎn)是工作速度慢，結(jié)構(gòu)尺寸大，成本高；國內(nèi)廊坊雙油缸機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是回拖力大于 鉆進(jìn)力，成本較低；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)尺寸太大，工作的平穩(wěn)性差，使用壽命低，不能用于自動(dòng)化要求高和 自行走的機(jī)型上等。

2.4鉆桿裝卸的結(jié)構(gòu)

目前水平定向鉆機(jī)鉆桿裝卸機(jī)構(gòu) ：該機(jī)構(gòu)一般由鉆桿、鉆桿箱、鉆桿起落、能伸出縮回的梭臂、 鉆桿列數(shù)自動(dòng)選擇裝置等組成。國內(nèi)外各廠家的結(jié)構(gòu)不盡相同，主要在鉆桿的存取、輸送上有差別， 有的采用人工存取鉆桿，人工裝卸鉆桿方式作業(yè)不僅效率低而且增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；有的采 用四連桿機(jī)構(gòu)存取鉆桿，但它們普遍利用彈簧的回縮力作為夾緊力，經(jīng)常出現(xiàn)鉆桿脫落等事故，工作 不可靠，不但影響作業(yè)效率，而且可能引起已鉆孔的坍塌、埋鉆等重大事故；有的采用旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)輸送 鉆桿，該機(jī)構(gòu)可較方便地裝卸鉆桿，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。該機(jī)構(gòu)采用柔性進(jìn)給裝 置，協(xié)調(diào)性較高。需對(duì)鉆桿的升降、梭臂的伸縮、動(dòng)力頭的位置、裝卸完成的檢測等功能進(jìn)行邏輯控制，實(shí)現(xiàn)多動(dòng)作間的自動(dòng)切換，控制系統(tǒng)采用先進(jìn) 的PLC控制；總之，上述的動(dòng)作過程及邏輯控制基本相似，以DITCH WITCH公司的最為先進(jìn)，溝神的液壓抓手、梭臂液壓止動(dòng)、絲扣油自動(dòng)涂抹、列 數(shù)自動(dòng)選擇裝置等功能，已被作為鉆桿存取的速度、可靠性、效率方面的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.5虎鉗的結(jié)構(gòu)

水平定向鉆的虎鉗位于鉆機(jī)的前，由前、后虎鉗組成。前、后虎鉗都可由液壓油缸徑向推動(dòng)卡 瓦來夾持鉆桿，且后虎鉗可在液壓油缸的作用下與前虎鉗產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，前后配合以便鉆桿拆卸。國 內(nèi)除溝神公司外各廠家的結(jié)構(gòu)相似，溝神公司的整個(gè)虎鉗是裝在浮動(dòng)支撐座上，以保護(hù)虎鉗在鉆桿裝 卸時(shí)免受沖擊。

2.6錨固裝置的結(jié)構(gòu)

水平定向鉆的錨固裝置的作用是在作業(yè)時(shí)對(duì)整機(jī)起穩(wěn)定、錨固作用，提高整機(jī)作業(yè)穩(wěn)定性，該 件位于整機(jī)的前端。目前各廠家普遍采用的是螺旋鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)；用低速大扭矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺旋桿，用液壓 油缸施加推、拉力進(jìn)行鉆進(jìn)或鉆出，各廠家在具體結(jié)構(gòu)上略有差別。另外，水平定向鉆機(jī)錨固裝置配 合整機(jī)外形的設(shè)計(jì)上，一般采用了兩種方案：地錨閥放在錨固裝置，結(jié)構(gòu)布置方便，布管容易；后者 地錨閥另行放置如放在發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)等，但徹底改變了主機(jī)的造型和外觀。

2.7導(dǎo)向系統(tǒng)

水平定向鉆的目前導(dǎo)向系統(tǒng)有手持式系統(tǒng)和有纜式導(dǎo)向系統(tǒng)。前者經(jīng)濟(jì)，使用方便，但要操 作人員直接到達(dá)鉆頭上方的地面，易受地形、電磁干擾及探測深度的限制，多在中小型鉆機(jī)上使用； 后者可跨越任意地形，不受電磁干擾，但復(fù)雜，使用麻煩，效率低，價(jià)格高。目前國內(nèi)市場上主要有 DCI公司的Digitrak導(dǎo)向裝置、雷迪公司的RD386型導(dǎo)向儀等，以DCI的應(yīng)用最為廣泛，精度和數(shù)據(jù) 處理速度更快，技術(shù)較為先進(jìn)，用戶反應(yīng)較好。

2.8泥漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

水平定向鉆的泥漿系統(tǒng)由隨車泥漿系統(tǒng)與泥漿攪拌系統(tǒng)組成 ；泥漿攪拌系統(tǒng)用于泥漿混配、攪拌、向隨車泥漿系統(tǒng)提供泥漿，隨車泥漿系統(tǒng)將泥 漿加壓，通過動(dòng)力頭、鉆桿、鉆頭打入孔內(nèi)，以穩(wěn)定孔壁，降低回轉(zhuǎn)扭矩、拉管阻力，冷卻鉆頭。發(fā) 射探頭，清除鉆進(jìn)產(chǎn)生的土屑等。隨車泥漿泵采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式，選用FMC公司的活塞泥漿泵 或國產(chǎn)的衡陽的活塞泥漿泵，最大流量450L/min，泥漿流量大，可確保泥漿要求：泥漿攪拌系統(tǒng)的要求：攪拌系統(tǒng)應(yīng)具有攪拌快速均勻、提供大流量泥 漿、可調(diào)節(jié)泥漿配比、攪拌與輸送同時(shí)進(jìn)行等功能，攪拌系統(tǒng)裝置包括料斗、汽油機(jī)泵、攪拌罐、車載 泥漿泵、相關(guān)管路等，泥漿攪拌泵可選用日本等公司的產(chǎn)品。泥漿罐容量為500加侖和1000加侖兩種 泥漿系統(tǒng)，用戶還可選用兩個(gè)泥漿罐并聯(lián)，一個(gè)攪拌一個(gè)供應(yīng)泥漿。

3 水平定向鉆機(jī)的施工工藝

水平定向鉆機(jī)施工工藝順序是：現(xiàn)場勘察工藝；鉆進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)工藝；鉆進(jìn)先導(dǎo)孔工藝；擴(kuò)孔鋪 管工藝。

3.1現(xiàn)場勘察工藝

3.1.1首先對(duì)施工工程及工地的已有相關(guān)資料進(jìn)行查閱，勘察現(xiàn)場。主要檢查工地的進(jìn)場路徑、土質(zhì) 和地層條件、地表地形、有無障礙物、地下管線分布、交通狀況、定位系統(tǒng)的干擾源(如鋼筋條， 鐵軌等)、供水條件等情況。

3.1.2詳細(xì)檢查施工圖紙及作業(yè)步驟，確保在回?cái)U(kuò)鉆孔和回拉管線作業(yè)中考慮到鉆孔孔徑會(huì)擴(kuò)大這一影 響因素。檢查設(shè)計(jì)中有關(guān)參數(shù)，如：開孔傾角、最小深度、最小造斜距離等。

3.1.3與其它公用管線公司聯(lián)系，讓其對(duì)地下現(xiàn)有管線進(jìn)行定位并做上標(biāo)記。

3.1.4檢測回拖材料的重量和剛性，了解該材料彎曲 半徑，是否與設(shè)計(jì)路徑有出入。再檢查一下是否有合適的回拖器具。

3.1.5做好安全保護(hù)措施，如交通管制，緊急救護(hù)措施，驗(yàn)明地下危險(xiǎn)物，明確劃定工地范圍，避免圍 觀者入內(nèi)。

3.1.6選擇開孔、終孔位置時(shí)應(yīng)考慮以下情況

(1)泥漿攪拌站應(yīng)置于水平位置。應(yīng)考慮開孔角度會(huì)影響鉆機(jī)的安裝、鉆桿的彎曲、不會(huì)導(dǎo)致泥 漿流出孔外。

(2)必須注意周圍的機(jī)動(dòng)車和行人，在開孔、終孔位置周圍應(yīng)留有至少3米的緩沖區(qū)。

(3)檢查開孔、終孔位置周圍是否有足夠的空地保證鉆桿逐漸彎曲。

(4)考慮蔭地、風(fēng)向、煙霧和場地其它特性。盡量向下坡方向鉆孔，以免泥漿倒流。

3.2鉆進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)

導(dǎo)向孔的軌跡一般由三段組成：第一造斜段AB、直線段BC、和第二造斜段CD，如圖1所示。

圖1 鉆進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)

直線長度是管線穿越障礙物的實(shí)際長度，第一造斜段是鉆桿進(jìn)入鋪管位置的過渡段，第二造斜段是鉆 桿出露地的過渡段。因此，對(duì)典型的導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管施工，其導(dǎo)向孔的軌跡由以下幾個(gè)基本參數(shù)決定：

(1)穿越起點(diǎn)B₁；

(2)穿越終點(diǎn)C₁；

(3)鋪管深度h；

(4)第一造斜段的曲率半徑R₁；

(5)第二造斜段的曲率半徑R₂。

R₁和R₂主要由鉆桿的曲率半徑和待鋪設(shè)管線 的允許彎曲半徑?jīng)Q定。一般取R₁≥1200d，R ₂≥1200D，d和D分別為鉆桿和待鋪設(shè)管線的直徑(mm)。

以上五個(gè)參數(shù)確定后，其它各項(xiàng)參數(shù)均可用作圖法或計(jì)算法來確定。

(1)作圖法：如圖1所示，確定B₁和C₁ 項(xiàng)，按 鋪管深度h即可確定直線段BC，其長度為L。作半徑為R ₁的圓與直線BC相切于B點(diǎn)，與B₁C ₁的延長線相交于A點(diǎn)，該圓在A點(diǎn)的切線與AB₁ 的夾角為入射角α₁(入口傾角)。AB₁ 的長度即為造斜段距離L₁。用類似的方法可畫出CD，并可求出出口傾角 α₂和造斜距離L₂。

(2)計(jì)算法：由下述公式分別計(jì)算出α₁、α ₂、L₁和L₂。

L₁＝[h(2R₁－h(huán))]^1/2

α₁＝2arctg[h/(2R₁－h(huán))] ^1/2

L₂＝[h(2R₂－h(huán))]^1/2

α₂＝2arctg[h/(2R₁－h(huán))] ^1/2

由作圖法和計(jì)算法得出各參數(shù)之后， 還應(yīng)考慮其它因素對(duì)入口傾角和出口傾角的限制。鉆機(jī)傾角的可調(diào)范圍是限制入口傾角的主要因素，一般鉆機(jī)的傾角可在10 ^o~45^o之間調(diào)節(jié)。對(duì)小直徑的鋼管，考慮到管道的焊接問題，出口傾角 α₂一般應(yīng)控制在0^o~15^o 內(nèi)；對(duì)于PE和PVE管一般控制在0^o~30^o 以內(nèi)。對(duì)大口徑鋼管，因彎曲半徑α₂太大，L ₂增大，一方面使導(dǎo)向孔距離增長，另一方面也浪費(fèi)管材， 因此一般用下管工作坑來代替第二造斜段。

總之，設(shè)計(jì)鉆進(jìn)軌跡時(shí)要考慮工程要求、地層條件、鉆桿的最小曲率半徑、管線的允許曲率半徑、 施工現(xiàn)場的條件、鋪管深度等多方面因素，最后設(shè)計(jì)出最佳的軌跡曲線，有條件的還可利用現(xiàn)有的設(shè) 計(jì)規(guī)劃軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.3鉆進(jìn)先導(dǎo)孔

首先調(diào)整鉆進(jìn)傾角，下固地錨，鉆進(jìn)時(shí)同時(shí)驅(qū)動(dòng)泥漿泵泵送泥漿，以供鉆進(jìn)護(hù)壁、鉆頭散熱需要。 鉆進(jìn)導(dǎo)向是通過地表接收器接收無線探頭體內(nèi)的探測頭發(fā)出的信號(hào)，測出鉆頭位置。需要調(diào)整方向時(shí)， 動(dòng)力頭停止旋轉(zhuǎn)，調(diào)整傾斜鉆頭板的方向朝所需方向，只進(jìn)給而不旋轉(zhuǎn)，此時(shí)地面接收器接收信號(hào)， 監(jiān)視進(jìn)給方向，待方向正確后，繼續(xù)鉆進(jìn)，整個(gè)鉆進(jìn)過程可多次調(diào)整方向，直至鉆進(jìn)結(jié)束。

3.4擴(kuò)孔鋪管

鉆進(jìn)結(jié)束后，根據(jù)鋪管直徑及種類的不同，換上不同的回?cái)U(kuò)鉆頭，一次或多次回?cái)U(kuò)，直至達(dá)到所 需孔徑。最后一次回?cái)U(kuò)時(shí)，通過萬向節(jié)與鋪管相連，邊回?cái)U(kuò)邊拖管直至鋪管結(jié)束。如圖2所示：

圖2 擴(kuò)孔鋪管

3.5泥漿用量的經(jīng)驗(yàn)估算方法

任何一種型號(hào)的定向鉆機(jī)所配置泥漿泵流量是一定的，在鉆進(jìn)時(shí)，泥漿用量相對(duì)較少，可調(diào)整 泥漿泵在小流量狀態(tài)；在回?cái)U(kuò)或回拖過程中，由于鉆孔直徑較大，所需泥漿量相對(duì)較多。泥漿泵要調(diào)整為大流量。操作者應(yīng)掌握合適的鉆進(jìn)或回?cái)U(kuò)速 度，以保證有足夠的泥漿，形成良好的鉆孔。國外有關(guān)泥漿公司對(duì)此進(jìn)行了量化，總結(jié)出一套泥漿 用量的經(jīng)驗(yàn)公式，用戶可根據(jù)該公式進(jìn)行初步計(jì)算每分鐘泥 漿用量、回拖用時(shí)、工程所用泥漿總量等相關(guān)參數(shù)：

用Q表示泥漿用量(升/米)，用D表示回?cái)U(kuò)頭直徑(米)，則每米泥漿用量可以按以下公式計(jì)算：

Q＝(D²/13)×K×10⁴

K表示一個(gè)系數(shù)，通常在2~5之間，根據(jù)土質(zhì)條件的不同從中選擇，如：在粘性土壤中K 取2~3，而在砂石或泥漿漏失嚴(yán)重的地質(zhì)條件下， K取4~5。

以上計(jì)算值為初步估算值，實(shí)際應(yīng)用時(shí)泥漿用量比估算值稍大。

3.6鉆液的配置原則

鉆液的配置取決于鉆孔時(shí)所面臨的土壤狀況。通常將土壤分為粗土和細(xì)土，粗土一般沒有吸水 性，可以使水自由流過顆粒，它一般包括砂土和礫石，細(xì)土一般包括粘土和頁巖，它可阻止水滲透到 地層，吸水膨脹。但是，實(shí)際施工時(shí)所面臨的土質(zhì)界限并不明顯，可能變化很大或多種土質(zhì)混合出 現(xiàn)，因此，沒有哪一種鉆液在任何土質(zhì)中都是最好的，只能配置較好的鉆液。大致的原則是，在粗土 中使用膨潤土，在細(xì)土中使用聚合物。有時(shí)，甚至同一個(gè)工程中使用多種鉆液。下面是國外某公司生 產(chǎn)的膨潤土產(chǎn)品混合配比表5，僅供參考。

表5 某國產(chǎn)品品牌膨潤土產(chǎn)品混合配比表

水平定向鉆機(jī)(第二分)
◇徐工研究院 張啟君 鄭 華 陳 慧

概述

水平定向鉆機(jī)底盤易出現(xiàn)的“問題”，表現(xiàn)為整機(jī)行走時(shí)，導(dǎo)向輪、驅(qū)動(dòng)輪、支重輪與履帶鏈軌 之間發(fā)生非正常摩擦，影響履帶的使用壽命。水平定向鉆機(jī)的履帶與上述“三輪”間都有側(cè)隙，正常 情況下，水平定向鉆機(jī)的履帶與”三輪“之間會(huì)發(fā)生正常摩擦，但不會(huì)發(fā)生“問題“。造成“問題” 的根本原因是：履帶不能正確的卷繞；“三輪”的中心面不重合。

1 水平定向鉆機(jī)導(dǎo)向輪引起的“問題”

水平定向鉆機(jī)導(dǎo)向輪是行走裝置的重要零件，其安裝位置的正確與否對(duì)行走裝置的壽命有很大的 影響。在正常情況下，履帶應(yīng)在導(dǎo)向輪中間卷繞，除了在轉(zhuǎn)彎時(shí)有短暫側(cè)移外，履帶一般不會(huì)側(cè)滑。 但是，如果導(dǎo)向輪出現(xiàn)歪斜，履帶將受到一個(gè)朝向不歪斜方向的分力作用，使其產(chǎn)生軸向移動(dòng)，從而 出現(xiàn)“問題”現(xiàn)象。導(dǎo)向輪傾斜的方向不同，引起導(dǎo)向輪“問題”的位置也不同，如果導(dǎo)向輪在水平 面內(nèi)發(fā)生傾斜，將在導(dǎo)向輪的前方產(chǎn)生“問題”；若在垂直面內(nèi)發(fā)生傾斜，通常是在導(dǎo)向輪的上、下方發(fā)生“問題”，嚴(yán)重時(shí)能引起前支重輪掉邊；當(dāng) 兩種傾斜同時(shí)存在時(shí)，就會(huì)發(fā)生“八字形問題”現(xiàn)象。由此可見，導(dǎo)向輪安裝位置的正確與否，對(duì)履 帶是否“問題”有很大的影響。

影響水平定向鉆的導(dǎo)向輪安裝位置的因素主要是：

(1)導(dǎo)向輪軸兩端安裝銷的圓孔中心線對(duì)稱度超差，裝配后造成導(dǎo)向輪縱向中心線與履帶架縱向 中心線不重合。

(2)導(dǎo)向輪軸兩端安裝銷的圓孔中心線不平行，造成導(dǎo)向輪安裝后傾斜。

另外，導(dǎo)向輪若有加工缺陷也會(huì)引起“問題”，如：導(dǎo)向輪中間臺(tái)肩加工時(shí)產(chǎn)生軸向偏移；兩邊滾 道直徑不同，使兩邊履帶的拉緊力不同，履帶易遷移，滾道母線與履帶銷軸線不平行，從而使履帶 側(cè)滑。

2 水平定向鉆機(jī)支重輪引起的“問題”

水平定向鉆機(jī)支重輪的作用是將機(jī)器的重量傳遞給履帶。在機(jī)器行駛過程中，它除了沿履帶的軌面滾動(dòng)外，還要夾持履帶，不讓它橫向滑脫；在機(jī)器轉(zhuǎn)向時(shí)，它又要使履帶在地面上橫向滑移。支重 輪分單邊、雙邊兩種，以ZD1245型水平定向鉆的為例，共有18個(gè)支重輪，均為單邊支重輪。多個(gè) 單邊支重輪共同形成一條滾道，履帶在軌道上滾動(dòng)。當(dāng)軌道母線與驅(qū)動(dòng)輪中心線及導(dǎo)向輪中心線 不重合時(shí)，將導(dǎo)致支重輪“問題”。

水平定向鉆的支重輪“問題”的原因主要是：

(1)支重輪固定螺栓松動(dòng)，造成支重輪軸向位置變動(dòng)或發(fā)生歪斜。

(2)支重輪的中間凸緣加工時(shí)產(chǎn)生了偏移。

(3)滾道母線與履帶銷軸線不平行使履帶側(cè)滑。

(4)支重輪兩邊滾道直徑不同。

(5)支重輪加工時(shí)，滾道軸向尺寸過小，使其與履帶的間隙小于導(dǎo)向輪與履帶的間隙，引起“問 題”

3水平定向鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)輪引起的“問題”

水平定向鉆的驅(qū)動(dòng)輪與履帶之間的側(cè)隙最大，一般不會(huì)發(fā)生“問題”，但如果其中心線與導(dǎo)向輪、 支重輪的中心線不重合時(shí)也會(huì)引起履帶的“問題”。

水平定向鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)輪“問題”的主要原因有：

(1)齒箱座安裝孔定位面與驅(qū)動(dòng)輪軸向中心線的垂直度超差，造成驅(qū)動(dòng)輪中心線與履帶架縱向 中心線不垂直。

(2)齒箱座軸向尺寸加工時(shí)超差，引起驅(qū)動(dòng)輪安裝不到位，使其中心線與履帶架縱向中心線不 重合。

4水平定向鉆機(jī)履帶架變形引起的“問題”

水平定向鉆機(jī)履帶架是焊接而成的矩形框架結(jié)構(gòu)?！八妮啞焙途彌_裝置都安裝于其上。履帶架 變形將破壞“三輪”與驅(qū)動(dòng)輪的位置關(guān)系，從而引起“問題”

水平定向鉆的履帶架變形引起的“問題”的主要原因是：

(1)履帶架彎曲。履帶架彎曲包括其水平面內(nèi)和垂直平面內(nèi)的彎曲；從對(duì)整機(jī)使用的影響來看， 水平面內(nèi)的彎曲對(duì)“問題”影響最大，同時(shí)還會(huì)引起整機(jī)跑偏。

(2)履帶架前開襠變形。一是向外分開，二是開襠歪斜。

5水平定向鉆的磨損及其他原因引起的“問題”

水平定向鉆的車架的工作環(huán)境惡劣并承受較大的外力，故容易出現(xiàn)磨損。引起“問題”的主要原 因有：

(1)車架安裝面與履帶架配合表面帖合不好，破壞了履帶架與車架的垂直度。

(2)整機(jī)使用過程中有異物夾在導(dǎo)向輪與履帶架之間，致使導(dǎo)向輪無法進(jìn)行調(diào)整。

總之，引起水平定向鉆機(jī)“問題”的原因是非常復(fù)雜的，不但要重視加工、裝配過程中的問題， 更應(yīng)該在使用中經(jīng)常對(duì)行走件進(jìn)行不定期的檢查、調(diào)整，以防止“問題”的發(fā)生。即：檢查水平 定向鉆機(jī)導(dǎo)向輪外緣與履帶架之間的間隙，達(dá)不到要求時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；調(diào)整水平定向鉆機(jī)托鏈 輪的軸向位置；檢查水平定向鉆的導(dǎo)向輪與履帶架之間是否有異物等。

水平定向鉆機(jī) (第三分)
◇徐工研究院 張啟君

在水平定向鉆機(jī)施工過程中，需要使用與鉆機(jī)功率相匹配的泥漿液攪拌裝置，對(duì)于鉆頭的鉆 進(jìn)和殼壁的支撐保護(hù)有著十分重要的作用。目前，水平定向鉆 機(jī)泥漿攪拌裝置中，膨潤土是經(jīng)罐體上面的料斗而進(jìn)入攪拌罐內(nèi)的，泥漿罐內(nèi)攪拌是 采取電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)離心泵來攪拌。在實(shí)際工作過程中存在以下問題：（1）加膨潤土的料斗過高，故 易造成膨潤土的粉末從料斗飛出而傷害操作人員（2）離心泵與罐體的密封結(jié)構(gòu)分經(jīng)常泄漏（3） 因罐體內(nèi)混合液的PH值不斷在變化，故造成離心泵要經(jīng)常更換，而且罐體內(nèi)的攪拌器更換次數(shù)增 加等等。

本文介紹一種新型泥漿攪拌裝置，它是一種為水平定向鉆提供 鉆進(jìn)所用泥漿的一種新型高效攪拌設(shè)備，并可在其它需要用混合配比漿液的場 合使用。

1新型泥漿攪拌裝置的結(jié)構(gòu)

該新型攪拌裝置結(jié)構(gòu)簡單，分為以下幾大系統(tǒng)；汽油機(jī)泵與攪拌罐間通過軟管連接系統(tǒng)，該系 統(tǒng)由汽油機(jī)泵、軟管、Y型過濾器、彎頭等組成，其特點(diǎn)為：汽油機(jī)泵不斷地將泥漿液通過Y型過濾器 不停地?cái)嚢?；罐頂噴管系統(tǒng)，該系統(tǒng)由內(nèi)外絲接頭、噴管、圓柱連接體、彎頭、過濾罩、三通、管 道內(nèi)文丘里噴嘴、彎頭、墊圈、鎖緊螺母、塑料管、內(nèi)襯噴嘴組成，內(nèi)外絲接頭固定在噴管上，噴管固 定在三通上，彎頭、過濾罩固定在圓柱連接體上，圓柱連接體固定在三通上，內(nèi)襯噴嘴固定在管道內(nèi)文 丘里噴嘴上，管道內(nèi)文丘里噴嘴、彎頭固定在塑料管上，墊圈、鎖緊螺母固定在攪拌罐上等組成，固 定在攪拌罐的上面，其特點(diǎn)為：一方面對(duì)攪拌罐內(nèi)的混合液不斷攪拌，另一方面在系統(tǒng)循環(huán)的同時(shí)通過罐頂噴管系統(tǒng)內(nèi)的文丘里噴嘴而形成的負(fù)壓，經(jīng)進(jìn)料塑料軟管將膨潤土自動(dòng)吸入攪拌罐內(nèi)，可迅 速完成攪拌罐內(nèi)泥漿的配比要求；下噴管系統(tǒng)，該系統(tǒng)由罐內(nèi)文丘里噴嘴、加強(qiáng)筋、罐內(nèi)噴嘴、內(nèi) 鎖緊螺母、軟墊圈、外鎖緊螺母、彎頭、水管、外墊圈組成，其特點(diǎn)為：罐內(nèi)文丘里噴嘴焊在加強(qiáng)筋 上，由大小頭、直圓管、管徑擴(kuò)大管組成，罐內(nèi)噴嘴一端焊在加強(qiáng)筋上，另一端固定在內(nèi)鎖緊螺母 上，其頭端為大小頭，內(nèi)鎖緊螺母、軟墊圈、外鎖緊螺母、外墊圈固定在攪拌罐上，水管固定在彎頭 上，彎頭固定在外鎖緊螺母上。

2新型泥漿攪拌裝置的結(jié)構(gòu)的工作原理

先將水通過加水口10注入罐內(nèi)，汽油機(jī)泵將水從底膠管1吸入并打入進(jìn)水膠管3，經(jīng)Y型過 濾器5過濾，分為兩路：經(jīng)罐頂噴管系統(tǒng)9
從罐體11頂噴下；另經(jīng)四通閥14和膠管15從底噴管系統(tǒng)2噴出，以此可大大地增加攪拌效 率；同時(shí)罐頂噴管系統(tǒng)9利用系統(tǒng)內(nèi)的文丘里噴嘴產(chǎn)生的負(fù)壓將膨潤土從塑料管7內(nèi)吸入并與水液 混合攪拌，混合液在罐體11內(nèi)得到不斷循環(huán)攪拌，從而達(dá)到配制泥漿液的目的。另外，水與膨潤土的 配比可通過膨潤土的吸入量來控制。一般十分鐘左右即可完成1700L液體的配制。

3結(jié)束語

本新型泥漿攪拌裝置是克服了膨潤土粉末的飛出；解決了離心泵與罐體的密封結(jié)構(gòu)分經(jīng)常漏液 而造成環(huán)境污染的問題；離心泵和罐體內(nèi)的攪拌器要經(jīng)常更換時(shí)間延長的問題。該裝置具有制漿快速 高效，自動(dòng)化程度高，可提供不同配比的泥漿液等特點(diǎn)，經(jīng)過生產(chǎn)試制、型式試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)，取得 較好的效果，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

新型泥漿攪拌裝置視圖

(去掉件1、件12、件13及相關(guān)管路)

新型泥漿攪拌裝置左視圖

底噴管系統(tǒng)

罐頂噴管系統(tǒng)

工程機(jī)械2005.NO.12

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