微孔開挖鉆芯機的設計

摘 要

摘要：介紹了微孔開挖鉆芯機的工作原理，進行了微孔開挖鉆芯機的設計，介紹了鉆芯機各部件的功能。關鍵詞：鉆芯機；微孔開挖；工作原理；設計Design of Coring Machine for Small-hole Ex
摘要：介紹了微孔開挖鉆芯機的工作原理，進行了微孔開挖鉆芯機的設計，介紹了鉆芯機各部件的功能。
關鍵詞：鉆芯機；微孔開挖；工作原理；設計
Design of Coring Machine for Small-hole Excavation
XU Xiao，XU Juncheng，LI Long，ZENG Jing，LI Yingjie
Abstract：The 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 words：coring machine；mall-hole excavation；working principle；design
1 概述
   鉆芯機是一種非開挖設備，也是微孔開挖修復系統(tǒng)中的主要設備，其主要功能是在混凝土路面或瀝青路面上，向下旋轉(zhuǎn)切割鉆出一個直徑不大于600mm的圓孔(圓柱形芯塊可以取出)，以便對埋在正下方的管道進行施工[1～2]。
2 工作原理
鉆芯機是以表鑲金剛石切割筒式高性能鉆頭旋轉(zhuǎn)切割鉆進的機械，工作原理見圖1。機體通過軸的傳遞給切割筒式鉆頭施加一定的壓力和扭矩，鉆頭旋轉(zhuǎn)向下切割路面，使路面出現(xiàn)一個圓形切割縫和圓柱形芯塊，鉆到底后將芯塊提取出來，便可對埋在正下方的管道進行施工。在鉆進過程中，以水作為鉆頭的冷卻液，這些水還可以清洗孔底，具有排屑、潤滑鉆頭的作用。
 

3 鉆芯機的設計
    鉆芯機的結(jié)構見圖2，主要由動力源、傳動機構、進給機構、導向機構、鉆頭、底座等組成。
    鉆芯機主要參數(shù)：汽油發(fā)動機額定功率為12kW，最大鉆孔直徑為600mm，常用鉆孔直徑為460～500mm，最大鉆孔深度為550mm，鉆孔時間為25～30min。
 

    動力源選用汽油發(fā)動機，主要考慮到鉆芯機在路面工作，機動性比較大，難以找到電源，選擇汽油發(fā)動機作為動力源經(jīng)濟適用。
    傳動機構采用V帶傳動和兩級滾子鏈傳動，通過多級減速傳動輸出，帶動筒式鉆頭旋轉(zhuǎn)切割，傳動機構見圖3。
 

    進給機構采用絲杠進給傳動，是鉆芯機進刀和退刀的執(zhí)行機構，手輪式手動進給和退出，結(jié)構簡單，控制靈活便捷。
    導向機構由4根導柱和滑套組成，4根導柱分別通過螺栓與底座及上固定板連接，構成鉆芯機的機架。采用這種機架結(jié)構簡單，承受力大，在鉆芯機工作時，4根導柱的導向精確，進給平穩(wěn)?；讋t安裝在中間滑板上，中間滑板隨著滑套沿著4根導柱通過進給機構控制上下移動，同時動力源、傳動機構也都隨著中間滑板上下滑動，實現(xiàn)鉆芯機的鉆頭向下切割進給。
    鉆頭為表鑲金剛石切割筒式高性能鉆頭，是鉆芯機直接切割混凝土芯塊的刀具。切割鉆進混凝土的效率、鉆進速度及鉆頭壽命，在很大程度上與鉆頭結(jié)構形式及材料狀況有關，因此鉆頭設計非常重要。從鉆芯機工作時的受力情況來看，鉆頭承受著很大的軸向載荷及摩擦力，因此，要求鉆頭體有較高的表面硬度、較好的耐磨性及足夠的剛度，不易發(fā)生變形，按此要求設計的鉆頭見圖4，其中，鉆頭塊含金剛石和胎體。
 

    底座為鉆芯機的承重部分，下面裝有1個萬向輪和2個滾輪，以便整機移動。為了使鉆芯機工作時不被頂起，可在底座上加適當配重。
    在鉆頭切削鉆進的過程中，必須有水沖洗鉆頭，水流的速度可自行控制，為了使水流入正在旋轉(zhuǎn)的鉆頭內(nèi)，設計了入水口，實現(xiàn)了水對鉆頭的冷卻、潤滑和排屑作用。
4 結(jié)語
    鉆芯機是地下燃氣管道微孔開挖修復系統(tǒng)的關鍵設備，也可以用于市政設施維修及其他需要鉆孔的地方。我們在設計過程中，總結(jié)了國外研制同類鉆芯機的經(jīng)驗，吸取了國外先進鉆芯機的優(yōu)點，設計的微孔開挖鉆芯機在實踐應用中取得了很好的效果。
參考文獻：
[1] 李英杰，楊武，劉建勇，等.城市燃氣埋地管線微孔開挖修復系統(tǒng)[C]∥中國城市規(guī)劃協(xié)會地下管線專業(yè)委員會.中國城市規(guī)劃協(xié)會地下管線專業(yè)委員會第二次會員代表大會論文集.北京：城市勘測雜志社，2010：287-289.
[2] POLLOCK M.Kehholing technology[J].Trenchless Technology，2006(7)：32-33.
 
(本文作者：徐曉1 許俊城2 李龍2 曾靜2 李英杰3 1.華南理工大學機械與汽車工程學院 廣東廣州510641；2.廣州燃氣集團有限公司 廣東廣州 510630；3.武漢安耐捷科技工程有限公司 湖北武漢 430070)