微孔開挖鉆芯機(jī)的設(shè)計(jì)

摘 要

摘要：介紹了微孔開挖鉆芯機(jī)的工作原理，進(jìn)行了微孔開挖鉆芯機(jī)的設(shè)計(jì)，介紹了鉆芯機(jī)各部件的功能。關(guān)鍵詞：鉆芯機(jī)；微孔開挖；工作原理；設(shè)計(jì)Design of Coring Machine for Small-hole Ex
摘要：介紹了微孔開挖鉆芯機(jī)的工作原理，進(jìn)行了微孔開挖鉆芯機(jī)的設(shè)計(jì)，介紹了鉆芯機(jī)各部件的功能。
關(guān)鍵詞：鉆芯機(jī)；微孔開挖；工作原理；設(shè)計(jì)
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(jī)是一種非開挖設(shè)備，也是微孔開挖修復(fù)系統(tǒng)中的主要設(shè)備，其主要功能是在混凝土路面或?yàn)r青路面上，向下旋轉(zhuǎn)切割鉆出一個(gè)直徑不大于600mm的圓孔(圓柱形芯塊可以取出)，以便對(duì)埋在正下方的管道進(jìn)行施工[1～2]。
2 工作原理
鉆芯機(jī)是以表鑲金剛石切割筒式高性能鉆頭旋轉(zhuǎn)切割鉆進(jìn)的機(jī)械，工作原理見圖1。機(jī)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(gè)圓形切割縫和圓柱形芯塊，鉆到底后將芯塊提取出來(lái)，便可對(duì)埋在正下方的管道進(jìn)行施工。在鉆進(jìn)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(rùn)滑鉆頭的作用。
 

3 鉆芯機(jī)的設(shè)計(jì)
    鉆芯機(jī)的結(jié)構(gòu)見圖2，主要由動(dòng)力源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、鉆頭、底座等組成。
    鉆芯機(jī)主要參數(shù)：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)間為25～30min。
 

    動(dòng)力源選用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，主要考慮到鉆芯機(jī)在路面工作，機(jī)動(dòng)性比較大，難以找到電源，選擇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源經(jīng)濟(jì)適用。
    傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用V帶傳動(dòng)和兩級(jí)滾子鏈傳動(dòng)，通過多級(jí)減速傳動(dòng)輸出，帶動(dòng)筒式鉆頭旋轉(zhuǎn)切割，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)見圖3。
 

    進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用絲杠進(jìn)給傳動(dòng)，是鉆芯機(jī)進(jìn)刀和退刀的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，手輪式手動(dòng)進(jìn)給和退出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活便捷。
    導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由4根導(dǎo)柱和滑套組成，4根導(dǎo)柱分別通過螺栓與底座及上固定板連接，構(gòu)成鉆芯機(jī)的機(jī)架。采用這種機(jī)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承受力大，在鉆芯機(jī)工作時(shí)，4根導(dǎo)柱的導(dǎo)向精確，進(jìn)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(dǎo)柱通過進(jìn)給機(jī)構(gòu)控制上下移動(dòng)，同時(shí)動(dòng)力源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也都隨著中間滑板上下滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉆芯機(jī)的鉆頭向下切割進(jìn)給。
    鉆頭為表鑲金剛石切割筒式高性能鉆頭，是鉆芯機(jī)直接切割混凝土芯塊的刀具。切割鉆進(jìn)混凝土的效率、鉆進(jìn)速度及鉆頭壽命，在很大程度上與鉆頭結(jié)構(gòu)形式及材料狀況有關(guān)，因此鉆頭設(shè)計(jì)非常重要。從鉆芯機(jī)工作時(shí)的受力情況來(lái)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(shè)計(jì)的鉆頭見圖4，其中，鉆頭塊含金剛石和胎體。
 

    底座為鉆芯機(jī)的承重部分，下面裝有1個(gè)萬(wàn)向輪和2個(gè)滾輪，以便整機(jī)移動(dòng)。為了使鉆芯機(jī)工作時(shí)不被頂起，可在底座上加適當(dāng)配重。
    在鉆頭切削鉆進(jìn)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(shè)計(jì)了入水口，實(shí)現(xiàn)了水對(duì)鉆頭的冷卻、潤(rùn)滑和排屑作用。
4 結(jié)語(yǔ)
    鉆芯機(jī)是地下燃?xì)夤艿牢⒖组_挖修復(fù)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，也可以用于市政設(shè)施維修及其他需要鉆孔的地方。我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中，總結(jié)了國(guó)外研制同類鉆芯機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，吸取了國(guó)外先進(jìn)鉆芯機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)的微孔開挖鉆芯機(jī)在實(shí)踐應(yīng)用中取得了很好的效果。
參考文獻(xiàn)：
[1] 李英杰，楊武，劉建勇，等.城市燃?xì)饴竦毓芫€微孔開挖修復(fù)系統(tǒng)[C]∥中國(guó)城市規(guī)劃協(xié)會(huì)地下管線專業(yè)委員會(huì).中國(guó)城市規(guī)劃協(xié)會(huì)地下管線專業(yè)委員會(huì)第二次會(huì)員代表大會(huì)論文集.北京：城市勘測(cè)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(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 廣東廣州510641；2.廣州燃?xì)饧瘓F(tuán)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)