微孔开挖钻芯机的设计

摘 要

摘要:介绍了微孔开挖钻芯机的工作原理,进行了微孔开挖钻芯机的设计,介绍了钻芯机各部件的功能。关键词:钻芯机;微孔开挖;工作原理;设计Design of Coring Machine for Small-hole Ex

摘要:介绍了微孔开挖钻芯机的工作原理,进行了微孔开挖钻芯机的设计,介绍了钻芯机各部件的功能。
关键词:钻芯机;微孔开挖;工作原理;设计
Design of Coring Machine for Small-hole Excavation
XU Xiao,XU Juncheng,LI Long,ZENG Jing,LI Yingjie
AbstractThe working principle of coring machine for small-hole excavation is introduced.The design of coring machine for small-hole excavation is performed.The functions of its main parts are also introduced.
Key wordscoring machine;mall-hole excavation;working principle;design
1 概述
   钻芯机是一种非开挖设备,也是微孔开挖修复系统中的主要设备,其主要功能是在混凝土路面或沥青路面上,向下旋转切割钻出一个直径不大于600mm的圆孔(圆柱形芯块可以取出),以便对埋在正下方的管道进行施工[1~2]
2 工作原理
钻芯机是以表镶金刚石切割筒式高性能钻头旋转切割钻进的机械,工作原理见图1。机体通过轴的传递给切割筒式钻头施加一定的压力和扭矩,钻头旋转向下切割路面,使路面出现一个圆形切割缝和圆柱形芯块,钻到底后将芯块提取出来,便可对埋在正下方的管道进行施工。在钻进过程中,以水作为钻头的冷却液,这些水还可以清洗孔底,具有排屑、润滑钻头的作用。
 

3 钻芯机的设计
    钻芯机的结构见图2,主要由动力源、传动机构、进给机构、导向机构、钻头、底座等组成。
    钻芯机主要参数:汽油发动机额定功率为12kW,最大钻孔直径为600mm,常用钻孔直径为460~500mm,最大钻孔深度为550mm,钻孔时间为25~30min。
 

    动力源选用汽油发动机,主要考虑到钻芯机在路面工作,机动性比较大,难以找到电源,选择汽油发动机作为动力源经济适用。
    传动机构采用V带传动和两级滚子链传动,通过多级减速传动输出,带动筒式钻头旋转切割,传动机构见图3。
 

    进给机构采用丝杠进给传动,是钻芯机进刀和退刀的执行机构,手轮式手动进给和退出,结构简单,控制灵活便捷。
    导向机构由4根导柱和滑套组成,4根导柱分别通过螺栓与底座及上固定板连接,构成钻芯机的机架。采用这种机架结构简单,承受力大,在钻芯机工作时,4根导柱的导向精确,进给平稳。滑套则安装在中间滑板上,中间滑板随着滑套沿着4根导柱通过进给机构控制上下移动,同时动力源、传动机构也都随着中间滑板上下滑动,实现钻芯机的钻头向下切割进给。
    钻头为表镶金刚石切割筒式高性能钻头,是钻芯机直接切割混凝土芯块的刀具。切割钻进混凝土的效率、钻进速度及钻头寿命,在很大程度上与钻头结构形式及材料状况有关,因此钻头设计非常重要。从钻芯机工作时的受力情况来看,钻头承受着很大的轴向载荷及摩擦力,因此,要求钻头体有较高的表面硬度、较好的耐磨性及足够的刚度,不易发生变形,按此要求设计的钻头见图4,其中,钻头块含金刚石和胎体。
 

    底座为钻芯机的承重部分,下面装有1个万向轮和2个滚轮,以便整机移动。为了使钻芯机工作时不被顶起,可在底座上加适当配重。
    在钻头切削钻进的过程中,必须有水冲洗钻头,水流的速度可自行控制,为了使水流入正在旋转的钻头内,设计了入水口,实现了水对钻头的冷却、润滑和排屑作用。
4 结语
    钻芯机是地下燃气管道微孔开挖修复系统的关键设备,也可以用于市政设施维修及其他需要钻孔的地方。我们在设计过程中,总结了国外研制同类钻芯机的经验,吸取了国外先进钻芯机的优点,设计的微孔开挖钻芯机在实践应用中取得了很好的效果。
参考文献:
[1] 李英杰,杨武,刘建勇,等.城市燃气埋地管线微孔开挖修复系统[C]∥中国城市规划协会地下管线专业委员会.中国城市规划协会地下管线专业委员会第二次会员代表大会论文集.北京:城市勘测杂志社,2010:287-289.
[2] POLLOCK M.Kehholing technology[J].Trenchless Technology,2006(7):32-33.
 
(本文作者:徐晓1 许俊城2 李龙2 曾静2 李英杰3 1.华南理工大学机械与汽车工程学院 广东广州510641;2.广州燃气集团有限公司 广东广州 510630;3.武汉安耐捷科技工程有限公司 湖北武汉 430070)