第九章冲击机构课件

第九章第九章 冲击（钻机）机构冲击（钻机）机构19-1 9-1 9-1 9-1 冲击式钻机简介冲击式钻机简介冲击式钻机简介冲击式钻机简介23 钢丝绳冲击钻进是借助一定钢丝绳冲击钻进是借助一定质量的钻头质量的钻头 ，在一定的高度内，在一定的高度内周期地冲击孔底，使岩石破碎而周期地冲击孔底，使岩石破碎而获得进尺。每次冲击之后，钻头获得进尺。每次冲击之后，钻头在钢丝绳带动下回转一定的角度，在钢丝绳带动下回转一定的角度，从而使钻孔形成圆形断面。被破从而使钻孔形成圆形断面。被破碎的岩屑与水混合形成岩粉浆，碎的岩屑与水混合形成岩粉浆，当岩粉浆达到一定浓度后，即停当岩粉浆达到一定浓度后，即停止冲击，利用掏砂筒将稠浆掏出，止冲击，利用掏砂筒将稠浆掏出，同时向孔内补充液体。同时向孔内补充液体。由于钢丝绳冲击钻机都是装在由于钢丝绳冲击钻机都是装在汽车或拖车上，设备轻便搬迁方汽车或拖车上，设备轻便搬迁方便，操作与管理简单，钻进成本便，操作与管理简单，钻进成本低。因此在水文水井钻、砂矿勘低。因此在水文水井钻、砂矿勘探、露天采矿场和大口径工程等探、露天采矿场和大口径工程等施工中常用这种方法。它对于大施工中常用这种方法。它对于大砾石、漂石及脆性岩层特别有效。砾石、漂石及脆性岩层特别有效。1.1.钢绳冲击钻进的应用钢绳冲击钻进的应用4 钢绳冲击钻进方法之所以能长盛不衰，原因在于具有以下钢绳冲击钻进方法之所以能长盛不衰，原因在于具有以下特点：特点：1.冲击钻进以冲击动载荷破碎岩石，而岩石在冲击动载荷作冲击钻进以冲击动载荷破碎岩石，而岩石在冲击动载荷作用下的破碎强度比静载荷作用下要小的多。用下的破碎强度比静载荷作用下要小的多。2.钻头破碎岩石不是连续的，冲击钻进时钻头与岩石接触的钻头破碎岩石不是连续的，冲击钻进时钻头与岩石接触的时间短，因而磨损较慢。时间短，因而磨损较慢。3.钻进时可不需要冲洗液循环，水量消耗少，故适于缺水地钻进时可不需要冲洗液循环，水量消耗少，故适于缺水地区的钻进工作。区的钻进工作。4.在复杂的卵石层中钻孔有其独特的优越性。在复杂的卵石层中钻孔有其独特的优越性。5.但钢丝绳冲击方法的使用毕竟有局限性。由于它利用钻具但钢丝绳冲击方法的使用毕竟有局限性。由于它利用钻具自由降落进行钻进，因此，只能钻进垂直孔，且效率低。自由降落进行钻进，因此，只能钻进垂直孔，且效率低。2.2.钢绳冲击钻进的特点钢绳冲击钻进的特点53.3.钢绳冲击钻进基本参数钢绳冲击钻进基本参数 在钢绳冲击钻进过程中，影响钻进效率的一些可控制的参数及其配合关系在钢绳冲击钻进过程中，影响钻进效率的一些可控制的参数及其配合关系称为冲击钻进规程。这些称为冲击钻进规程。这些基本参数包括：钻具质量、冲击高度、冲击次数和基本参数包括：钻具质量、冲击高度、冲击次数和悬距。悬距。1.1.钻具质量：钻具质量：是影响钻头冲击功的主要因素，钻头质量越大，冲击孔底时的能是影响钻头冲击功的主要因素，钻头质量越大，冲击孔底时的能量越大，但钻具质量越大，冲击机构的负荷越大，功耗越大，冲击机构尺寸量越大，但钻具质量越大，冲击机构的负荷越大，功耗越大，冲击机构尺寸也越大（工程勘察钻机钻具质量也越大（工程勘察钻机钻具质量100-250kg100-250kg；水井、工程施工钻机钻具质量；水井、工程施工钻机钻具质量1000-1500kg1000-1500kg，最大可达，最大可达3000kg3000kg）。）。2.2.冲击高度（冲程）冲击高度（冲程）：冲击高度越大，钻具所获得的加速度和冲击岩石时的速冲击高度越大，钻具所获得的加速度和冲击岩石时的速度也越大，冲击力越大，但过大的冲程将增大冲击机构的整体尺寸，度也越大，冲击力越大，但过大的冲程将增大冲击机构的整体尺寸，（冲击机构的冲程（冲击机构的冲程350-1100mm350-1100mm，具体结构设有不同的冲程可调节使用）。，具体结构设有不同的冲程可调节使用）。3.3.冲冲 次次：冲次为钻具每分钟冲击孔底的次数，冲次越多，单位时间内对岩：冲次为钻具每分钟冲击孔底的次数，冲次越多，单位时间内对岩石破碎的次数也越多，但冲次不能太高，这将增大冲击机构的加速度和惯性石破碎的次数也越多，但冲次不能太高，这将增大冲击机构的加速度和惯性冲击（一般为每分钟冲击（一般为每分钟30-5030-50次）。次）。4.4.悬悬 距距：无论何种岩层，随着孔深的变化，应当及时调整悬挂钻具的钢绳无论何种岩层，随着孔深的变化，应当及时调整悬挂钻具的钢绳长度。当调整时，冲击机构置于上止点位置，钻头距离孔底的高度称为悬距，长度。当调整时，冲击机构置于上止点位置，钻头距离孔底的高度称为悬距，悬距在钻进中应及时调整，当钻进硬岩时，若不留悬距，则钻具冲击时，钢悬距在钻进中应及时调整，当钻进硬岩时，若不留悬距，则钻具冲击时，钢绳由于弹性变形就会有剩余长度，这样，再次提升钢绳处于松弛状态，钻具绳由于弹性变形就会有剩余长度，这样，再次提升钢绳处于松弛状态，钻具易发生抖动和摆动现象，而且由于钢绳突然绷紧，致使井上设备受到冲击，易发生抖动和摆动现象，而且由于钢绳突然绷紧，致使井上设备受到冲击，还容易造成其他事故。最优悬距，是保证最大切入深度而使钢绳没有剩余长还容易造成其他事故。最优悬距，是保证最大切入深度而使钢绳没有剩余长度。度。64.4.典型钢绳冲击钻机结构典型钢绳冲击钻机结构CZCZ2222 74.4.典型钢绳冲击钻机结构典型钢绳冲击钻机结构(CZ(CZ22)22)CZCZ型型钻钻机机在在国国内内有有CZ-20CZ-20、CZ-22CZ-22、CZ-30CZ-30等等产产品品，它它们们的的工工作作原原理理相相同同，结结构构也也大大同同小小异，只是钻进能力的不同。异，只是钻进能力的不同。如如图图为为CZ-22CZ-22型型钻钻机机总总体体图图，该该钻钻机机由由以以下下部部分分组组成成：动动力力机机、冲冲击击连连杆杆机机构构、钻钻具具天天车车、桅桅杆杆、钢钢绳绳、抽抽筒筒天天车车、机机架架、机械传动系统等组成。机械传动系统等组成。1-1-电动机；电动机；2-2-冲击连杆；冲击连杆；3-3-主轴；主轴；4-4-压轮；压轮；5-5-钻具天车；钻具天车；6-6-桅杆；桅杆；7-7-钢绳；钢绳；8-8-抽筒天车抽筒天车CZ-22CZ-22型冲击钻机型冲击钻机8项目项目C20C20C22C30泥浆护壁开孔直径泥浆护壁开孔直径mm6357111016供套管使用开孔直径供套管使用开孔直径mm500500-600800钻具最大重量（钻具最大重量（kg)100013002500钻具行程（钻具行程（mm)1000-4501000-3501000-500冲击次数（冲击次数（min）40-45-5040-45-5040-45-50泥浆护壁钻孔深度泥浆护壁钻孔深度(m)120150180桅杆高度（桅杆高度（m)1213.516桅杆起重量桅杆起重量(t)51225电动机功率（电动机功率（KW)203040电动机转速（电动机转速（r/min)970975935传动方式传动方式V带带V带带V带带外形尺寸（长外形尺寸（长X宽宽X高）（高）（mm）5800 x1825X123005600 x2300 x140007700 x2840 x16000整机重量整机重量（t）6.276.8711.15拖运速度拖运速度（km/h）202020CZCZ系列冲击钻机主要技术参数系列冲击钻机主要技术参数91)CZ-221)CZ-22型钻机机械传动系统型钻机机械传动系统 该钻机采用电动机驱动，其动力经过皮带轮传动传给主轴该钻机采用电动机驱动，其动力经过皮带轮传动传给主轴2 2，主轴，主轴2 2起动力分配作用，通过链条驱动工具卷筒起动力分配作用，通过链条驱动工具卷筒4 4，通过三对，通过三对齿轮副分别驱动冲击机构齿轮副分别驱动冲击机构3 3，取渣卷筒，取渣卷筒5 5和辅助卷筒和辅助卷筒6 6。主动链轮、。主动链轮、齿轮都以轴承空套在主轴上。通过操纵机构使相应的摩擦离合齿轮都以轴承空套在主轴上。通过操纵机构使相应的摩擦离合器结合，才能传递动力。器结合，才能传递动力。CZ-22CZ-22型钻机机械传动系统型钻机机械传动系统1-1-电动机；电动机；2-2-主轴；主轴；3-3-冲击机构；冲击机构；4-4-工具卷筒；工具卷筒；5-5-抽筒卷筒；抽筒卷筒；6-6-辅助卷筒辅助卷筒10 冲击齿轮冲击齿轮1 1被驱动后，带动轴和固定在轴上的两个曲柄被驱动后，带动轴和固定在轴上的两个曲柄2 2回转，两根回转，两根连杆连杆3 3的下端以销轴与曲柄铰接，上端与框架式双臂冲击梁的下端以销轴与曲柄铰接，上端与框架式双臂冲击梁4 4、支臂、支臂5 5相相铰接。曲柄回转时，通过连杆带动冲击梁铰接。曲柄回转时，通过连杆带动冲击梁4 4、支臂、支臂5 5和支臂轴上的压轮和支臂轴上的压轮6 6绕轴做圆弧是上、下摆动。绕轴做圆弧是上、下摆动。2)2)冲击机构工作原理冲击机构工作原理 CZ-22CZ-22型钻机冲击机构型钻机冲击机构1-1-冲击齿轮；冲击齿轮；2-2-曲柄；曲柄；3-3-连杆；连杆；4-4-冲击梁；冲击梁；5-5-支臂；支臂；6-6-压轮；压轮；7-7-支杆；支杆；8-8-弹簧；弹簧；9-9-导向轮；导向轮；10-10-钢绳钢绳11 从工具卷筒上引出的钢绳绕过导向轮从工具卷筒上引出的钢绳绕过导向轮9 9、压轮、压轮6 6和桅杆顶部的天车，与孔和桅杆顶部的天车，与孔内的冲击钻具连接。冲击梁向下摆动时，压轮下压钢绳，将冲击钻具提离内的冲击钻具连接。冲击梁向下摆动时，压轮下压钢绳，将冲击钻具提离孔底一定高度，压轮随冲击梁向上摆动，则放松钢丝绳，冲击钻具在重力孔底一定高度，压轮随冲击梁向上摆动，则放松钢丝绳，冲击钻具在重力作用下加速下降，从而冲击孔底岩石。如此循环，实现冲击钻进作用下加速下降，从而冲击孔底岩石。如此循环，实现冲击钻进。CZ-22CZ-22型钻机冲击机构型钻机冲击机构1-1-冲击齿轮；冲击齿轮；2-2-曲柄；曲柄；3-3-连杆；连杆；4-4-冲击梁；冲击梁；5-5-支臂；支臂；6-6-压轮；压轮；7-7-支杆；支杆；8-8-弹簧；弹簧；9-9-导向轮导向轮10-10-钢绳钢绳12 冲击钻具的提升高度可通过改变连杆与曲柄的铰接位置来进行调节，而冲击钻具的提升高度可通过改变连杆与曲柄的铰接位置来进行调节，而钻具每分钟的冲击次数（冲次）则决定于曲柄的转速。通常用更换不同直径钻具每分钟的冲击次数（冲次）则决定于曲柄的转速。通常用更换不同直径的钻机主轴皮带轮的方法改变曲轴的转速，进而改变钻具的冲次。的钻机主轴皮带轮的方法改变曲轴的转速，进而改变钻具的冲次。CZCZ型钻机型钻机的曲柄上有四个距离不等的销孔，备有三个直径不等的皮带轮，故它有四种的曲柄上有四个距离不等的销孔，备有三个直径不等的皮带轮，故它有四种冲程和三种冲次可供调节。冲程和三种冲次可供调节。CZ-22CZ-22型钻机冲击机构型钻机冲击机构1-1-冲击齿轮；冲击齿轮；2-2-曲柄；曲柄；3-3-连杆；连杆；4-4-冲击梁；冲击梁；5-5-支臂；支臂；6-6-压轮；压轮；7-7-支杆；支杆；8-8-弹簧；弹簧；9-9-导向轮导向轮10-10-钢绳钢绳13 在在冲冲击击梁梁的的两两个个臂臂梁梁上上装装有有缓缓冲冲装装置置。包包括括前前端端以以销销轴轴与与支支臂臂铰铰接接的的支杆和套在支杆上的缓冲弹簧等。支杆和套在支杆上的缓冲弹簧等。缓缓冲冲装装置置对对钻钻具具的的冲冲击击运运动动起起缓缓冲冲和和补补偿偿作作用用，其其作作用用原原理理如如图图：在在压压轮轮到到达达上上止止点点，开开始始下下压压钢钢绳绳的的瞬瞬时时，压压轮轮及及压压轮轮轴轴将将受受到到钢钢绳绳的的反反作作用用力力P P，这这个个反反作作用用力力的的作作用用时时间间虽虽短短，但但数数值值却却很很大大，并并且且有有冲冲击击载载荷荷的的性性质质。在在P P力力作作用用下下，压压轮轮、压压轮轮轴轴和和支支臂臂将将绕绕冲冲击击梁梁前前端端的的销销轴轴逆逆转转一一个个角角度度，并并带带动动支支杆杆后后移移，压压缩缩缓缓冲冲弹弹簧簧，弹弹簧簧吸吸收收冲冲击击能能量量，保保护钻机不受刚性冲击，并减少振动，这就是它的缓冲功能。护钻机不受刚性冲击，并减少振动，这就是它的缓冲功能。CZ-22CZ-22型钻机冲击机构型钻机冲击机构 1-1-冲击齿轮；冲击齿轮；2-2-曲柄；曲柄；3-3-连杆；连杆；4-4-冲击梁；冲击梁；5-5-支臂；支臂；6-6-压轮；压轮；7-7-支杆；支杆；8-8-弹簧；弹簧；9-9-导向轮导向轮10-10-钢绳钢绳143)3)工具卷筒工具卷筒4 4：用于冲击时起落钻具和调节钻具在孔内的位置。它由筒体、用于冲击时起落钻具和调节钻具在孔内的位置。它由筒体、圆盘、隔板和制动盘组成。卷筒由隔板分为两个部分，一边为工作钢丝绳储圆盘、隔板和制动盘组成。卷筒由隔板分为两个部分，一边为工作钢丝绳储存部位，另一边为非工作钢丝绳储存部位。存部位，另一边为非工作钢丝绳储存部位。CZ-22CZ-22型钻机机械传动系统型钻机机械传动系统1-1-电动机；电动机；2-2-主轴；主轴；3-3-冲击机构；冲击机构；4-4-工具卷筒；工具卷筒；5-5-抽筒卷筒；抽筒卷筒；6-6-辅助卷筒辅助卷筒154)4)抽筒卷筒抽筒卷筒5 5（取渣）和辅助卷筒（取渣）和辅助卷筒6 6：抽筒卷筒用于升降取渣筒，辅助卷筒抽筒卷筒用于升降取渣筒，辅助卷筒用于冲击钻进中升降套管和处理事故时作为起重机使用。这两种卷筒装在用于冲击钻进中升降套管和处理事故时作为起重机使用。这两种卷筒装在同一轴上，两端用同一轴上，两端用U U型螺栓将轴固定在机架上。型螺栓将轴固定在机架上。CZ-22CZ-22型钻机机械传动系统型钻机机械传动系统1-1-电动机；电动机；2-2-主轴；主轴；3-3-冲击机构；冲击机构；4-4-工具卷筒；工具卷筒；5-5-抽筒卷筒；抽筒卷筒；6-6-辅助卷筒辅助卷筒165)5)冲击钻具简介冲击钻具简介冲击钻头冲击钻头转向装置转向装置 冲冲击击钻钻头头由由锤锤身身、刃刃角角和和转转向向装装置置组组成成。其其外外形形多多采采用用带带圆圆弧弧的十字钻头。的十字钻头。钻钻进进时时，钢钢绳绳通通过过转转向向装装置置与与钻钻头头连连接接在在一一起起，在在钢钢绳绳的的提提拉拉和和下下放放过过程程中中，由由于于钢钢丝丝绳绳编编织织拉拉紧紧、松松开开会会形形成成转转动动，转转向向装装置置使使这这种种转转动动作作用用力力周周向向转转动动钻钻头头，以以保保证证十十字字形形刃刃齿齿钻钻具具可可冲冲击击成成圆圆形形孔孔。当当钻钻进进一一定定深深度度，提提出出钻钻具具，下下入入捞捞渣渣筒筒捞渣。捞渣。17捞渣筒（又叫抽筒或捞渣筒）捞渣筒（又叫抽筒或捞渣筒）捞渣筒结构图捞渣筒结构图a.a.碗型阀门；碗型阀门；b.b.单扇阀门；单扇阀门；c.c.双扇法门双扇法门18199-2 9-2 9-2 9-2 冲击机构的功用、要求及类型冲击机构的功用、要求及类型冲击机构的功用、要求及类型冲击机构的功用、要求及类型一一 冲击机构的功用冲击机构的功用 用于驱动冲击钻头破碎岩石，实现钻孔的目的，另外还可以利用它进用于驱动冲击钻头破碎岩石，实现钻孔的目的，另外还可以利用它进行标准贯入试验和其它工作。行标准贯入试验和其它工作。二二 对冲击机构的要求对冲击机构的要求1.1.保证钻头破碎岩石所需的冲击能量；保证钻头破碎岩石所需的冲击能量；2.2.可根据地层情况，方便的调节冲程及冲次；可根据地层情况，方便的调节冲程及冲次；3.3.尽量减少载荷的波动幅度，改善动力机的工作条件；尽量减少载荷的波动幅度，改善动力机的工作条件；4.4.工作时钻机的振动小。工作时钻机的振动小。三三 冲击机构的类型冲击机构的类型 曲柄连杆曲柄连杆-游梁式游梁式 超越离合器式超越离合器式 气动离合气动离合-卷筒式卷筒式 液压缸液压缸-游梁式游梁式 液压缸液压缸-钢丝绳式钢丝绳式液压式液压式机械式机械式类型类型209-3 9-3 9-3 9-3 曲柄连杆曲柄连杆曲柄连杆曲柄连杆-游梁式冲击机构游梁式冲击机构游梁式冲击机构游梁式冲击机构一一 结构与工作原理结构与工作原理 该冲击机构是由工具卷筒、冲击齿轮、曲柄、连杆、游梁、压轮、导向该冲击机构是由工具卷筒、冲击齿轮、曲柄、连杆、游梁、压轮、导向轮、冲击钢丝绳等组成。轮、冲击钢丝绳等组成。该机构在钻孔时，冲击齿轮被驱动，通过曲柄、连杆带动游梁作上下摆该机构在钻孔时，冲击齿轮被驱动，通过曲柄、连杆带动游梁作上下摆动。冲击钢丝绳一端固定在工具卷筒上，另一端绕过导向滑轮、压轮及桅杆动。冲击钢丝绳一端固定在工具卷筒上，另一端绕过导向滑轮、压轮及桅杆上的天车后，联接到冲击钻头的可转动接头上。游梁一端铰支在支撑架上，上的天车后，联接到冲击钻头的可转动接头上。游梁一端铰支在支撑架上，在连杆的带动下，绕连接销上下摆动。当游梁下摆时，压轮将钢丝绳下拉，在连杆的带动下，绕连接销上下摆动。当游梁下摆时，压轮将钢丝绳下拉，而将冲击钻头提起，当游梁向上摆动时，压轮放松钢丝绳，冲击钻头自由落而将冲击钻头提起，当游梁向上摆动时，压轮放松钢丝绳，冲击钻头自由落体运动。游梁到达上死点时，冲击钻头下落到孔底，冲击岩石，达到破碎岩体运动。游梁到达上死点时，冲击钻头下落到孔底，冲击岩石，达到破碎岩石的目的。石的目的。21 设游梁下摆时曲柄转过的角度为设游梁下摆时曲柄转过的角度为 2 2，游梁上摆时转过的角度为，游梁上摆时转过的角度为 1 1。由图中可以看出：对心式结构的由图中可以看出：对心式结构的 2 2=1 1，而偏心式结构的而偏心式结构的 2 2 1 1。偏。偏心式结构对减小载荷波动有利，且有利冲击过程钻具的下落运动。心式结构对减小载荷波动有利，且有利冲击过程钻具的下落运动。曲柄连杆曲柄连杆-游梁式冲击机构按照连杆与游梁的连接位置不同可游梁式冲击机构按照连杆与游梁的连接位置不同可分为对心式和偏心式（冲击机构有第一类和第二类两种形式）见分为对心式和偏心式（冲击机构有第一类和第二类两种形式）见图。图。二二二二 运动分析运动分析运动分析运动分析两类冲击机构示意图两类冲击机构示意图 a.a.第一类冲击机构第一类冲击机构 b.b.第二类冲击机构第二类冲击机构 2212两类冲击机构示意图两类冲击机构示意图 a.a.第一类冲击机构第一类冲击机构 b.b.第二类冲击机构第二类冲击机构 aa=分析冲击钢绳与牙轮前缘的切点分析冲击钢绳与牙轮前缘的切点b b的运动规律，对认识整个冲击机构的运动、工作的运动规律，对认识整个冲击机构的运动、工作特性具有重要意义。如果忽略压轮上下运动时钢绳在压轮和导向轮上包角的变化和钢特性具有重要意义。如果忽略压轮上下运动时钢绳在压轮和导向轮上包角的变化和钢绳的弹性伸长等次要因素，可以近似的认为：冲击机构工作时，钢绳上某标志点（通绳的弹性伸长等次要因素，可以近似的认为：冲击机构工作时，钢绳上某标志点（通称悬点）的位移和钻具的冲程等于切点称悬点）的位移和钻具的冲程等于切点b b的位移的位移 。从图中可以看出。从图中可以看出 和和 是是回转半径不同的两段圆弧，但考虑到冲击梁的长度很大，工作时的摆动角度回转半径不同的两段圆弧，但考虑到冲击梁的长度很大，工作时的摆动角度小，可小，可以近似的视为直线。以以近似的视为直线。以 、S S分别代表分别代表 和和 的长度，并设的长度，并设b b、B B点与导向轮中心点与导向轮中心O O1 1的距离为的距离为 、。23将将s s 代入代入s s0 0 式，即可得到式，即可得到 b b 点点(悬点悬点)的位移的位移 s s0 0 、速度速度 0 0 和加速和加速a a0 0 的计算公的计算公式：式：bb1BB1 则机构的有关尺寸如图所示，机构可简化为曲柄滑块机构则机构的有关尺寸如图所示，机构可简化为曲柄滑块机构B B点相当于机构中的点相当于机构中的滑块。根据图示结构和尺寸可得：滑块。根据图示结构和尺寸可得：实际结构中实际结构中 的长度较大，且游梁的摆角的长度较大，且游梁的摆角很小，故很小，故B B 点的运动可用下列式子描述点的运动可用下列式子描述：式中：式中：r r曲柄长度，曲柄长度，m m；曲柄回转角速度，曲柄回转角速度，m/sm/s;曲柄的角度；（曲柄的角度；（）24 将两种曲柄连杆冲击机构悬点的运动的位移、速度、加速度曲线描绘将两种曲柄连杆冲击机构悬点的运动的位移、速度、加速度曲线描绘到一副图中，则如下图所示：到一副图中，则如下图所示：a.a.对心曲柄滑动机构对心曲柄滑动机构 （相当于第一类）（相当于第一类）b.b.偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 （相当于第二类）（相当于第二类）冲击机构压轮钢绳切点冲击机构压轮钢绳切点 运动特性曲线运动特性曲线虚线为对心式冲击机构虚线为对心式冲击机构实线为偏置式冲击机构实线为偏置式冲击机构25三三三三 钻头在孔内的运动规律钻头在孔内的运动规律钻头在孔内的运动规律钻头在孔内的运动规律 四四 钻头在冲击过程的下落运动，如果不考虑孔内的各种阻力，可钻头在冲击过程的下落运动，如果不考虑孔内的各种阻力，可以认为是匀加速运动。其运动行程可用下面的公式计算：以认为是匀加速运动。其运动行程可用下面的公式计算：由此可以看出钻头的运动规律和机构的运动规律是不一致的。由此可以看出钻头的运动规律和机构的运动规律是不一致的。孔内的钻具的实际运动因受到孔壁的阻力、泥浆的粘度、岩粉的多孔内的钻具的实际运动因受到孔壁的阻力、泥浆的粘度、岩粉的多少等因素的影响，其运动更为复杂。在钻具下落过程中，钻具的运少等因素的影响，其运动更为复杂。在钻具下落过程中，钻具的运动和机构的运动可能出现下列三种情况：动和机构的运动可能出现下列三种情况：1.1.理想情况理想情况2.2.阻滞情况阻滞情况3.3.空打情况空打情况1 2 326四四四四 曲柄连杆曲柄连杆曲柄连杆曲柄连杆-游梁式冲击机构的特点游梁式冲击机构的特点游梁式冲击机构的特点游梁式冲击机构的特点1.1.1.1.结构简单结构简单;2.2.冲程较大冲程较大;3.3.3.3.有几种冲程可供调节有几种冲程可供调节;4.4.4.4.有均衡载荷作用有均衡载荷作用,载荷的波动幅度较小载荷的波动幅度较小;5.5.5.5.对机构和钻具运动的同步性要求高对机构和钻具运动的同步性要求高;6.6.6.6.减振弹簧易损坏。减振弹簧易损坏。27（二）冲次与冲程的关系二）冲次与冲程的关系二）冲次与冲程的关系二）冲次与冲程的关系钻头一次冲击循钻头一次冲击循环环所用的时间为：所用的时间为：五五五五 冲击机构有关参数的设计冲击机构有关参数的设计冲击机构有关参数的设计冲击机构有关参数的设计(一一一一)冲击机构冲程与极限位置的计算冲击机构冲程与极限位置的计算冲击机构冲程与极限位置的计算冲击机构冲程与极限位置的计算由图中的关系可知由图中的关系可知:其中其中滑快在极限位置时，对应曲柄所夹的锐滑快在极限位置时，对应曲柄所夹的锐角为角为:t1-压轮向下运动时间；压轮向下运动时间；t t2 2-压轮向上运动时间压轮向上运动时间;n-n-每分钟冲击次数；每分钟冲击次数；28对于对心式的机构：对于对心式的机构：对于偏心式的机构：对于偏心式的机构：对于柴油机驱动，因载荷的不均匀，钻具下落时负载小，曲柄的角对于柴油机驱动，因载荷的不均匀，钻具下落时负载小，曲柄的角速度会略大于提升时的角速度，因此需加系数速度会略大于提升时的角速度，因此需加系数不考虑钻具下落时孔内的各种阻力，钻具应为自由落体运动。因此：不考虑钻具下落时孔内的各种阻力，钻具应为自由落体运动。因此：故合理的冲次应为：故合理的冲次应为：(暂不考虑暂不考虑k k2 2)曲柄旋转曲柄旋转1 1所需要的时间所需要的时间6060（n n360360）=1/6n=1/6nsa-a-钻具在孔内下降的加速度钻具在孔内下降的加速度h-h-冲程冲程29（三）冲击钻进功率的计算三）冲击钻进功率的计算三）冲击钻进功率的计算三）冲击钻进功率的计算钻具的质量钻具的质量考虑孔内各种阻力系数：考虑孔内各种阻力系数：钻具的提升速度钻具的提升速度冲击机构的效率冲击机构的效率30 从CZCZ2222型型钻钻机机的的工工作作原原理理可可知知该该钻钻机机为为单单绳绳冲冲击击钻钻机机为为无无循循环环冲冲击击钻钻机机，即即钻钻进进一一段段时时间间后后，需需下下打打捞捞筒筒捞捞渣渣，这这样样，不不可可避避免免会会产产生生重重复复破破碎碎现现象象，使使得得钻钻进进效效率率降降低低，为为了了克克服服这这一一缺缺陷陷，国国外外在在上上世世纪纪7070年年代代研研制制了了冲冲击击反反循循环环钻钻机机，我我国国目目前前也也有有冲冲击击反反循循环环钻钻机机生生产产，如如CJFCJF2020等。等。31CJF-20CJF-20型冲击反循环钻机简介型冲击反循环钻机简介 CJF-20CJF-20型型冲冲击击反反循循环环钻钻机机能能充充分分满满足足施施工工地地下下连连续续墙墙和和大大口口径径钻钻孔孔灌灌注注桩桩的的要要求求。能能适适应应在在复复杂杂地地层层、卵卵石石层层、胶胶结结砾砾岩岩层层的的钻钻进成孔。其主要特点：进成孔。其主要特点：1 1。采采用用双双轮轮双双连连杆杆梁梁式式冲冲击击机机构构、液液压压电电器器联联合合控控制制和和手手动动机机械械控控制，性能稳定可靠。制，性能稳定可靠。2.2.钻塔液压起落，搬运安装方便。钻塔液压起落，搬运安装方便。3.3.设设有有两两种种冲冲击击功功能能，正正常常以以连连杆杆冲冲击击为为主主，特特殊殊情情况况可可以以换换成成卷卷扬扬冲击。冲击。4.4.钻钻机机采采用用液液压压步步履履纵纵横横移移位位，钻钻塔塔采采用用液液控控前前倾倾角角度度，移移位位对对孔孔口口位方便。位方便。32结构组成结构组成主机主要由离合器主轴副卷扬机主机主要由离合器主轴副卷扬机主卷扬机冲击机构钻塔钻头等主卷扬机冲击机构钻塔钻头等部分组成。同部分组成。同CZCZ2222最大的不同是最大的不同是主卷扬机为差动双筒单制动形式，主卷扬机为差动双筒单制动形式，采用直齿差动机构的双筒卷扬机，采用直齿差动机构的双筒卷扬机，性能稳定可靠，灵敏度高。配有三性能稳定可靠，灵敏度高。配有三通逆止式砂石泵组，具有启动方便，通逆止式砂石泵组，具有启动方便，不易卡堵管路，使用寿命高的优点。不易卡堵管路，使用寿命高的优点。33主要技术参数主要技术参数钻孔直径钻孔直径0.80.82.0m2.0m；钻孔深度钻孔深度80m80m；额定钻头质量额定钻头质量4t(4t(最大最大5t)5t)；连杆冲击冲程连杆冲击冲程0.650.65 1.00m1.00m；连杆冲击频率连杆冲击频率46.36 46.36 次次/min/min；主卷扬机提升能力主卷扬机提升能力50kN50kN；主机质量主机质量25t25t；整机运输尺寸整机运输尺寸6.8m*2.8m*3.2m6.8m*2.8m*3.2m34钻进工作原理钻进工作原理 正常钻进时，用两根钢绳对正常钻进时，用两根钢绳对称地提升冲击钻头。称地提升冲击钻头。在正常钻进以连杆冲击为主在正常钻进以连杆冲击为主，当遇到较坚硬岩层，可通过，当遇到较坚硬岩层，可通过离合器用卷扬机直接进行冲击离合器用卷扬机直接进行冲击保持双绳提升平衡。主电机通保持双绳提升平衡。主电机通过传动机构使冲击曲柄连杆机过传动机构使冲击曲柄连杆机构与主卷扬配合，使钻头作上构与主卷扬配合，使钻头作上下往复运动，形成极大的瞬间下往复运动，形成极大的瞬间冲击力破碎地层。在两根钢丝冲击力破碎地层。在两根钢丝绳之间放置排渣管，排渣管的绳之间放置排渣管，排渣管的下端插入钻头中心管中，在钻下端插入钻头中心管中，在钻头作上下冲击运动时，排渣管头作上下冲击运动时，排渣管保持相对静止，通过外接沙石保持相对静止，通过外接沙石泵连续排出破碎下来的岩石渣泵连续排出破碎下来的岩石渣块，实现冲击反循环钻进块，实现冲击反循环钻进。1-1-离合器分动箱离合器分动箱 ；2-2-副卷扬机副卷扬机 ；3-3-主卷扬机；主卷扬机；4-4-冲击机构冲击机构 ；5-5-钻塔；钻塔；6-6-底盘底盘 ；7-7-排渣管；排渣管；8-8-液压控制系统液压控制系统35钻机的组成及机械动力传动系统 钻机主要由以下部分组成：离合器、分动箱、主卷扬机、副卷扬机、冲击机构、钻塔、底盘、排渣系统、钻头、液压控制系统、电控系统等组成。36离合器、分动箱离合器、分动箱 离合器离合器2 2为干式摩擦片式，为干式摩擦片式，弹簧压紧、杠杆松开的常闭式弹簧压紧、杠杆松开的常闭式摩擦离合器。摩擦离合器。分动箱的作用是将电机经离分动箱的作用是将电机经离合器输入的动力分成钻头冲击合器输入的动力分成钻头冲击动力和卷扬提升动力，动力经动力和卷扬提升动力，动力经主轴分别用齿轮与冲击输出轴主轴分别用齿轮与冲击输出轴和卷扬机输出轴相联，冲击输和卷扬机输出轴相联，冲击输出轴有快慢两种输出转速，由出轴有快慢两种输出转速，由冲击手柄操纵该轴上的牙嵌离冲击手柄操纵该轴上的牙嵌离合器完成。卷扬输出轴有正反合器完成。卷扬输出轴有正反两种输出转速，由卷扬手柄操两种输出转速，由卷扬手柄操纵该轴上的牙嵌离合器完成。纵该轴上的牙嵌离合器完成。整个传动装置采用机械方式。整个传动装置采用机械方式。37 副卷扬机副卷扬机 副卷扬机用于副卷扬机用于提升排渣管。通提升排渣管。通过钢丝绳端的吊过钢丝绳端的吊环与机上排渣管环与机上排渣管的吊环连接，完的吊环连接，完成吊挂、提升、成吊挂、提升、下降动作。其传下降动作。其传动由分动箱卷扬动由分动箱卷扬输出轴将动力输输出轴将动力输入传动轴带动副入传动轴带动副卷扬机的大齿轮，卷扬机的大齿轮，经大齿轮内的涨经大齿轮内的涨闸离合器带动卷闸离合器带动卷筒转动，完成提筒转动，完成提升、下降动作。升、下降动作。38主卷扬机：主卷扬机：主主卷卷扬扬机机为为差差动动双双筒筒单单制制动动式式同同步步卷卷扬扬机机，分分别别通通过过两两个个卷卷筒筒上上的的两两根根钢钢丝丝绳绳端端与与钻钻头头联联结结完完成成提提升升、下下降降钻钻头头动动作作。其其传传动动由由副副卷卷扬扬大大齿齿轮轮带带动动主主卷卷扬扬大大齿齿轮轮，经经主主卷卷扬扬内内的的涨涨闸闸离离合合器器带带动动卷卷筒筒转转动动，完完成成提提升升、下下降降动动作作。双双筒筒卷卷扬扬为为差差动动连连接接，能能始始终终保保持持双双绳绳提提升升、下下降降平衡。平衡。39冲击机构冲击机构 该钻机具有两种形式的冲击机构：该钻机具有两种形式的冲击机构：卷筒式和连杆式。正常钻进时采用连卷筒式和连杆式。正常钻进时采用连杆冲击、遇特殊情况连杆不能进尺时，杆冲击、遇特殊情况连杆不能进尺时，可转换为卷扬冲击。连杆机构的结构可转换为卷扬冲击。连杆机构的结构简单耐用，钢丝绳磨损小，易实现自简单耐用，钢丝绳磨损小，易实现自动冲击，用大齿轮兼作曲柄，改善了动冲击，用大齿轮兼作曲柄，改善了大齿轮轴的受力状态，利用四杆机构大齿轮轴的受力状态，利用四杆机构的的“急回急回”作用，实现了作用，实现了“慢提快放慢提快放”动作。动作。如图为冲击反循环钻进的冲击钻头如图为冲击反循环钻进的冲击钻头图，反循环出渣可采用泵吸也可采用图，反循环出渣可采用泵吸也可采用气举的形式。该钻机采用泵吸，反循气举的形式。该钻机采用泵吸，反循环钻头与一般冲击钻头不一样为双筒环钻头与一般冲击钻头不一样为双筒梯形，每层焊有许多合金刀头，合金梯形，每层焊有许多合金刀头，合金刀头形状位楔形刀头形状位楔形。40钻塔和底盘钻塔和底盘钻钻塔塔：钻钻塔塔由由塔塔身身、塔塔座座、塔塔撑撑、天天车车、起起落落塔塔油油缸缸等等组组成成，结结构构轻轻便便，承承受受载载荷荷大大。油油缸缸完完成成起起落落动动作作，液液控控前前顷顷角角度度，调调整整对对位位快快，操操纵纵平平稳。稳。底底盘盘：底底盘盘采采用用液液压压步步履履式式行行走走机机构构，现现场场连连接接液液压压动动力力源源后后，可可自自行行行行走走，纵纵横横向向移位、对孔位方便。移位、对孔位方便。41排渣系统排渣系统：排渣系统由排渣管、沙石泵、三通逆：排渣系统由排渣管、沙石泵、三通逆止阀、泥浆泵、胶管等组成。使用时，先开泥浆止阀、泥浆泵、胶管等组成。使用时，先开泥浆泵进行正循环、排除管内空气，停泥浆泵，起动泵进行正循环、排除管内空气，停泥浆泵，起动砂石泵，实现反循环。砂石泵，实现反循环。电控系统电控系统：电控系统分为主电控操纵箱和辅助操：电控系统分为主电控操纵箱和辅助操纵按钮盘两部分。因主电动机功率较大（纵按钮盘两部分。因主电动机功率较大（45KW45KW），），采用自耦变压器降压启动采用自耦变压器降压启动液压系统液压系统：液压系统主要由电动机、齿轮泵、多：液压系统主要由电动机、齿轮泵、多路换向阀、单向顺序阀、油箱、管路等元件组成，路换向阀、单向顺序阀、油箱、管路等元件组成，其系统原理如图：其系统原理如图：42液压系统液压系统439-4 9-4 9-4 9-4 超越离合器式冲击机构超越离合器式冲击机构超越离合器式冲击机构超越离合器式冲击机构一一一一 结构与工作原理结构与工作原理结构与工作原理结构与工作原理曲轴、超越离合器式冲击机构工作原理图曲轴、超越离合器式冲击机构工作原理图1-1-卷筒；卷筒；2-2-钢绳；钢绳；3-3-导轮；导轮；4-4-绳轮；绳轮；5-5-曲轴；曲轴；6-6-离合器星轮；离合器星轮；7-7-滚柱；滚柱；8-8-离合器内圈；离合器内圈；9-9-链轮；链轮；10-10-天车；天车；11-11-冲击钻具；冲击钻具；12-12-键键 某些钻机采用超越式离合器来实现冲击钻进，某些钻机采用超越式离合器来实现冲击钻进，如如 GJC-40HFGJC-40HF型钻机采用曲轴、超越离合器式型钻机采用曲轴、超越离合器式冲击机构。冲击钢绳冲击机构。冲击钢绳2 2由主卷扬卷筒引出后，由主卷扬卷筒引出后，经过导轮经过导轮3 3、曲轴上的绳轮、曲轴上的绳轮4 4、桅杆顶部的天、桅杆顶部的天车车1010后，与孔内的钻具后，与孔内的钻具1111相连接。冲击机构相连接。冲击机构的工作原理如下的工作原理如下;传动链条带动链轮传动链条带动链轮9 9、超、超越离合器内圈越离合器内圈8 8回转。滚柱回转。滚柱7 7“入楔入楔”（滚入（滚入狭窄段）带动星轮狭窄段）带动星轮6 6、曲轴、曲轴5 5、绳轮、绳轮4 4等随链轮等随链轮一起同向回转。当曲轴转向右半周时，绳轮一起同向回转。当曲轴转向右半周时，绳轮4 4从上止点移向下止点，下压钢绳，提起冲击从上止点移向下止点，下压钢绳，提起冲击钻具；当曲轴转向左半周时，绳轮从下止点钻具；当曲轴转向左半周时，绳轮从下止点移向上止点，放松钢绳，钻具在自重作用下移向上止点，放松钢绳，钻具在自重作用下加速下降。钢绳将带动绳轮、曲轴和星轮加加速下降。钢绳将带动绳轮、曲轴和星轮加速回转，它们的转速一旦超过链轮和离合器速回转，它们的转速一旦超过链轮和离合器内圈的转速，滚柱内圈的转速，滚柱7 7将在摩擦力作用下将在摩擦力作用下“出楔出楔”（即滚向宽阔端）。这样，星轮与内圈，（即滚向宽阔端）。这样，星轮与内圈，曲轴与链轮便失去运动联系，离合器就脱开，曲轴与链轮便失去运动联系，离合器就脱开，曲轴、绳轮可继续随钻具加速下降而加快回曲轴、绳轮可继续随钻具加速下降而加快回转，且不阻滞钻具的冲击运动。待钻具落在转，且不阻滞钻具的冲击运动。待钻具落在孔底和绳轮回到上止点后，星轮减速，离合孔底和绳轮回到上止点后，星轮减速，离合器重新结合。器重新结合。44 为了便于分析问题，将这种冲击机构为了便于分析问题，将这种冲击机构简化为如图所示。简化为如图所示。CABCAB为连接冲击钻具的为连接冲击钻具的钢绳，钢绳，C C点为钢绳与工具卷筒的切点，点为钢绳与工具卷筒的切点，B B点为与天车滑轮的切点。冲击钻进时，点为与天车滑轮的切点。冲击钻进时，卷筒制动，卷筒制动，C C点固定不变。曲轴、压轮回点固定不变。曲轴、压轮回转时钢绳位移转时钢绳位移ACAC和和ABAB段的长度变化而带段的长度变化而带动钻具上下冲击。动钻具上下冲击。设设OBOB、OCOC段长度分别为段长度分别为 、，曲柄长度为曲柄长度为r r。曲柄的转角为。曲柄的转角为时时CABCAB段段钢绳的总长钢绳的总长L L可按下式计算：可按下式计算：一般为锐角，可以近似地认为一般为锐角，可以近似地认为为为和和0 0时时L L达最大、最小值达最大、最小值 。以。以=、0带入上式，可得带入上式，可得 ，并由此可导出冲程并由此可导出冲程h h的计算公式：的计算公式：二二二二 运动分析运动分析运动分析运动分析超越离合器运动分析机构简化图超越离合器运动分析机构简化图45超越离合器运动分析机构简化图超越离合器运动分析机构简化图分析式可知：分析式可知：1)1)钻具的提起高度决定于钻具的提起高度决定于r r、和和 ，而与，而与l l无无关。在钻机结构已确定的情况下关。在钻机结构已确定的情况下r r、都是常数、都是常数，故冲程，故冲程h h主要决定于主要决定于OBOB与与OCOC线的夹角线的夹角 值。值。2 2）将式平方根内的）将式平方根内的 抽出，并考虑抽出，并考虑 ,忽略忽略 项可得出：项可得出：上式表明，随着上式表明，随着 减小，冲程减小，冲程h h增大；增大，增大；增大，则冲程则冲程h h减小。以带入，减小。以带入，GJC-40HFGJC-40HF型钻机就型钻机就是通过改变钢绳绕过导向轮的方式（从轮上是通过改变钢绳绕过导向轮的方式（从轮上面或下面绕过），改变角来改变冲程的。面或下面绕过），改变角来改变冲程的。将上式展开、并项化简后得将上式展开、并项化简后得46通过分析，可以得出此种机构的特点有：通过分析，可以得出此种机构的特点有：1.1.通过改变通过改变角的大小改变冲程角的大小改变冲程h h。2.2.由于机构的结构原因，曲柄回转一周，钻具在机构的带动下的运由于机构的结构原因，曲柄回转一周，钻具在机构的带动下的运 动是复杂的变速运动。动是复杂的变速运动。3.3.同样与其它冲击机构一样，存在载荷不均衡的问题；同样与其它冲击机构一样，存在载荷不均衡的问题；4.4.只要机构中链轮的速度保持适当的低速，钻具就能有效地冲击破只要机构中链轮的速度保持适当的低速，钻具就能有效地冲击破碎岩石。碎岩石。47JK-1JK-1型钻机型钻机1-1-油管导向杆；油管导向杆；2-2-桅杆；桅杆；3-3-动力头；动力头；4-4-油管；油管；5-5-操纵杆；操纵杆；6-6-卸扣油缸；卸扣油缸；7-7-卷扬机和冲击机构；卷扬机和冲击机构；8-8-泥浆泵；泥浆泵；9-9-油箱；油箱；10-10-散热器；散热器；11-11-支架；支架；12-12-支腿油缸；支腿油缸；13-13-钻杆存放架钻杆存放架三三 JK-1JK-1型钻机冲击机构工作原理型钻机冲击机构工作原理JK-1JK-1型钻机为一工程地质勘察全液型钻机为一工程地质勘察全液压钻机，机组都安装在解放牌汽车压钻机，机组都安装在解放牌汽车上，由汽车发动机提供动力。桅杆上，由汽车发动机提供动力。桅杆上设有钻杆架，可随车携带上设有钻杆架，可随车携带3030米钻米钻杆。杆。该钻机具有回转、冲击、静压、振该钻机具有回转、冲击、静压、振动四种功能，能综合使用钻探、触动四种功能，能综合使用钻探、触探、取样、标准贯入等手段，满足探、取样、标准贯入等手段，满足工程地质勘察工作需要。工程地质勘察工作需要。该钻机适用于城市规划、厂矿建设、该钻机适用于城市规划、厂矿建设、水利设施、公路桥梁等工程地质勘水利设施、公路桥梁等工程地质勘察钻探，也可用于建筑施工中小型察钻探，也可用于建筑施工中小型桩基孔的钻进。桩基孔的钻进。48JK-1JK-1型钻机冲击机构工作原理图型钻机冲击机构工作原理图1 1）JK-1JK-1型钻机冲击机构的组成型钻机冲击机构的组成1-1-升降机；升降机；2-2-主动链轮；主动链轮；3-3-抱闸；抱闸；4-4-链条；链条；5-5-从动链轮；从动链轮；6-6-冲击曲轴；冲击曲轴；7-7-连杆；连杆；8-8-液压马达；液压马达；9-9-冲击摇臂；冲击摇臂；10-10-冲击绳轮；冲击绳轮；11-11-超越离合器；超越离合器；12-12-升降机液压马达；升降机液压马达；13-13-导向轮；导向轮；14-14-工作钢绳工作钢绳49JK-1JK-1型钻机冲击机构工作原理图型钻机冲击机构工作原理图2 2）JK-1JK-1型钻机冲击机构工作原及特点型钻机冲击机构工作原及特点该机构的特点该机构的特点:1.1.在曲柄摇杆机构的基础上增加了在曲柄摇杆机构的基础上增加了 超越离合器，从而使曲柄的等速超越离合器，从而使曲柄的等速 转动变为变速转动，既保留了曲转动变为变速转动，既保留了曲 柄摇杆机构的特点，有解决了阻柄摇杆机构的特点，有解决了阻 滞问题；滞问题；2.2.在冲击摇臂上装有冲程调节机构在冲击摇臂上装有冲程调节机构 ，用液压马达通过齿轮副带动丝，用液压马达通过齿轮副带动丝 杠转动，就可以使冲击绳轮沿着杠转动，就可以使冲击绳轮沿着 丝杠作轴向移动，从而改变摇臂丝杠作轴向移动，从而改变摇臂 长度，实现冲程的无级调节；长度，实现冲程的无级调节；3.3.利用冲击摇臂上的动滑轮和桅杆上利用冲击摇臂上的动滑轮和桅杆上 的两个定滑轮构成了倍增机构，减的两个定滑轮构成了倍增机构，减 小了机构的结构尺寸。小了机构的结构尺寸。509-5 9-5 9-5 9-5 液压冲击机构液压冲击机构液压冲击机构液压冲击机构1 1 1 1）液压缸液压缸液压缸液压缸-游梁式冲击机构的组成游梁式冲击机构的组成游梁式冲击机构的组成游梁式冲击机构的组成液压缸液压缸-游梁式冲击机构游梁式冲击机构1-1-换向阀；换向阀；2-2-冲击液压缸；冲击液压缸；3-3-冲击梁；冲击梁；4-4-压轮；压轮；5-5-齿轮；齿轮；6-6-齿条；齿条；7-7-、11-11-固定碰块；固定碰块；8-8-可调碰块；可调碰块；9-9-换向杆；换向杆；10-10-拨叉；拨叉；12-12-碰块；碰块；13-13-弹簧。弹簧。一一一一 液压缸液压缸液压缸液压缸-游梁式冲击机构游梁式冲击机构游梁式冲击机构游梁式冲击机构512 2 2 2）液压缸）液压缸）液压缸）液压缸-游梁式冲击机构工作原理游梁式冲击机构工作原理游梁式冲击机构工作原理游梁式冲击机构工作原理液压缸液压缸-游梁式冲击机构游梁式冲击机构利用液压缸活塞的往复运动，推动利用液压缸活塞的往复运动，推动与活塞杆相连的冲击梁、压轮，使与活塞杆相连的冲击梁、压轮，使绕齿轮的中心轴上下摆动，以实现绕齿轮的中心轴上下摆动，以实现钻具的冲击运动，换向阀处于图示钻具的冲击运动，换向阀处于图示右位时，压力油同时接通液压缸的右位时，压力油同时接通液压缸的两个腔，形成差动油路。活塞下行两个腔，形成差动油路。活塞下行推动冲击梁推动冲击梁3 3、压轮、压轮4 4下摆，以提起下摆，以提起钻具。同时齿轮钻具。同时齿轮5 5随冲击梁逆时针方随冲击梁逆时针方向转过相应的角度，并带动齿条左向转过相应的角度，并带动齿条左移。当压轮接近下止点时，齿条右移。当压轮接近下止点时，齿条右端的碰块端的碰块7 7与换向杆上的碰块与换向杆上的碰块8 8相接相接处，带动换向杆处，带动换向杆9 9和拨叉和拨叉1010下端左移下端左移，拨叉上端右移，换向阀换至左位，拨叉上端右移，换向阀换至左位，油路换向，油缸有杆腔进油，无杆油路换向，油缸有杆腔进油，无杆腔回油，活塞杆回缩，带动冲击梁、腔回油，活塞杆回缩，带动冲击梁、压轮上摆，放松钢绳，即为冲击行程压轮上摆，放松钢绳，即为冲击行程，冲击梁上摆的同时，齿轮齿条反向，冲击梁上摆的同时，齿轮齿条反向运动齿条左端碰块推动换向杆右移，运动齿条左端碰块推动换向杆右移，换向阀又回到右位工作，重复下一个换向阀又回到右位工作，重复下一个工作循环。工作循环。52二二二二 液压缸液压缸液压缸液压缸-绳轮式绳轮式绳轮式绳轮式1 1 1 1）液压缸）液压缸）液压缸）液压缸-绳轮式冲击机构的组成绳轮式冲击机构的组成绳轮式冲击机构的组成绳轮式冲击机构的组成1-1-预紧卷扬机；预紧卷扬机；2-2-导向轮；导向轮；3-3-水龙头；水龙头；4-4-冲击液压缸；冲击液压缸；5-5-动力头；动力头；6-6-制动轮；制动轮；7-7-排渣管；排渣管；8-8-冲击钢丝绳；冲击钢丝绳；9-9-冲击钻头；冲击钻头；10-10-排渣管吸口钻头；排渣管吸口钻头；GJD-1500GJD-1500型钻机冲击机构型钻机冲击机构532 2 2 2）液压缸）液压缸）液压缸）液压缸-绳轮式冲击机构的工作原理绳轮式冲击机构的工作原理绳轮式冲击机构的工作原理绳轮式冲击机构的工作原理GJD-1500GJD-1500型钻机冲击机构型钻机冲击机构 GJD-1500GJD-1500型钻机的液压缸双绳冲击机构型钻机的液压缸双绳冲击机构是为了解决大口径基础桩施工，采用冲击是为了解决大口径基础桩施工，采用冲击反循环钻进的方法而设计的一种冲击机构，反循环钻进的方法而设计的一种冲击机构，该冲击机构由机械、液压、电控三大部分该冲击机构由机械、液压、电控三大部分组成。组成。两个冲击油缸安装在动力头上。当冲击两个冲击油缸安装在动力头上。当冲击钻进时首先根据孔上排渣管的长度，确定钻进时首先根据孔上排渣管的长度，确定动力头初始高度的位置。开动预紧卷扬机动力头初始高度的位置。开动预紧卷扬机将两条钢绳拉紧，并通过其摩擦机构保证预将两条钢绳拉紧，并通过其摩擦机构保证预拉紧力相等；利用制动轮与轮轴间的固定销拉紧力相等；利用制动轮与轮轴间的固定销将制动轮销死，此处即为钢绳的死端。将制动轮销死，此处即为钢绳的死端。543 3 3 3）液压缸）液压缸）液压缸）液压缸-绳轮式冲击机构液压系统的工作原理绳轮式冲击机构液压系统的工作原理绳轮式冲击机构液压系统的工作原理绳轮式冲击机构液压系统的工作原理1-1-冲击液压缸；冲击液压缸；2-2-主换向阀；主换向阀；3-3-电磁先导换向阀；电磁先导换向阀；4-4-手动冲击控制；手动冲击控制；5-5-变量主液压泵；变量主液压泵；6-6-储能器储能器冲击机构的液压系统为一开式循环系统，冲击机构的液压系统为一开式循环系统，冲击钻进时，将手动冲击控制阀冲击钻进时，将手动冲击控制阀4 4置于冲置于冲击位（下位），此时电磁换向阀击位（下位），此时电磁换向阀3 3位于下位于下位。压力油接通主换向阀组中位。压力油接通主换向阀组中b b、c c、d d、e e的上腔和的上腔和a a、f f的下腔它们的另一腔通低的下腔它们的另一腔通低压，故压，故b b、c c、d d、e e阀的锥阀下移，将旁油阀的锥阀下移，将旁油路关闭，路关闭，a a、f f阀的锥阀上移，旁油路开启，阀的锥阀上移，旁油路开启，压力油经压力油经a a、f f阀的旁油路，分别进入左右阀的旁油路，分别进入左右冲击油缸的下腔，活塞杆组件及其顶端的冲击油缸的下腔，活塞杆组件及其顶端的冲击绳轮上行并提起孔内冲击钻具，当钻冲击绳轮上行并提起孔内冲击钻具，当钻具被提到一定高度时，电磁阀换向处于（具被提到一定高度时，电磁阀换向处于（上位），主换向阀组中上位），主换向阀组中a a、f f阀上下腔均通阀上下腔均通高压油。在面积差导致的液压力差作用下，高压油。在面积差导致的液压力差作用下，锥阀下移，将旁通油路关闭，将冲击液压锥阀下移，将旁通油路关闭，将冲击液压缸下腔与压力油路切断，而与缸下腔与压力油路切断，而与b b、c c、d d、e e阀的旁通油路连通。这时，冲击液压缸上下阀的旁通油路连通。这时，冲击液压缸上下腔均通低压回路，冲击钻具在自重的作用下腔均通低压回路，冲击钻具在自重的作用下下落，并带动绳轮、活塞下移。下落，并带动绳轮、活塞下移。通过调节阀通过调节阀3 3的继电器，可控制油缸上升、的继电器，可控制油缸上升、下落的时间，进而可无几调节冲次。下落的时间，进而可无几调节冲次。GJD-1500GJD-1500型钻机冲击机构液压系统型钻机冲击机构液压系统554.4.4.4.液压缸液压缸液压缸液压缸-绳轮式冲击机构的特点绳轮式冲击机构的特点绳轮式冲击机构的特点绳轮式冲击机构的特点(1)(1)该机构采用双绳提拉钻具该机构采用双绳提拉钻具,适用于大口径冲击反循环钻进适用于大口径冲击反循环钻进;(