1、概述

　　沖擊反循環(huán)工藝用于硬巖和大卵礫石地層樁孔施工，已越來越多的在壩基、橋基、高層建筑和許多重要的工程基礎(chǔ)施工中被采用，比回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或沖擊鉆進(jìn)在施工質(zhì)量和效率方面都有明顯提高，而施工成本明顯降低。但由于沖擊反循環(huán)鉆機(jī)購(gòu)置費(fèi)較昂貴(達(dá)30萬～60萬元不等)，盡管沖擊反循環(huán)已是成熟工藝，方法也不復(fù)雜，而目前仍沒有被廣泛采用。

　　針對(duì)上述情況，勘探技術(shù)研究所除設(shè)計(jì)了多種沖擊反循環(huán)鉆機(jī)投入市場(chǎng)外，近年來又進(jìn)一步研究，在原GPS15型轉(zhuǎn)盤式樁孔鉆機(jī)上，增加幾個(gè)組件，利用原鉆機(jī)的動(dòng)力和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不影響原鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)功能，卻能實(shí)現(xiàn)沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)。使一臺(tái)鉆機(jī)起到兩臺(tái)鉆機(jī)的作用。在施工中，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)完成覆蓋層鉆孔后，遇到8級(jí)以上硬巖即可采用沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)，不僅效率高，成本低，成孔質(zhì)量好，而且節(jié)省更換鉆機(jī)時(shí)間2～3個(gè)工作日，由回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)改為沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，泥漿泵等主要配套設(shè)備不必更換，可節(jié)省搬遷安裝費(fèi)用。

　　改裝GPS15型鉆機(jī)為回轉(zhuǎn)沖擊反循環(huán)鉆機(jī)費(fèi)用低廉，改裝也比較容易，既適合鉆機(jī)生產(chǎn)廠家專業(yè)性制造，也適合用戶自行制作改裝。在我國(guó)市場(chǎng)，GPS15型鉆機(jī)或類似鉆機(jī)保有量在千臺(tái)以上，相信這一項(xiàng)改裝技術(shù)對(duì)推動(dòng)我國(guó)硬巖施工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，能起到一定的作用。

　　2、鉆機(jī)改裝

　　GPS15型鉆機(jī)改裝成具有回轉(zhuǎn)、沖擊功能的HCFG15型鉆機(jī)，其改裝內(nèi)容分述如下。

　　2.1　沖擊反循環(huán)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力

　　將原鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)箱的過橋齒輪軸更換，一端加長(zhǎng)伸出箱體外，外伸端以花鍵形式聯(lián)一齒形聯(lián)軸器。齒形聯(lián)軸器傳動(dòng)一對(duì)錐齒輪，該錐齒輪使傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)90°，并帶動(dòng)沖擊離合器。離合器的輸出軸傳動(dòng)差速變速箱，經(jīng)兩級(jí)齒輪減速帶動(dòng)差速機(jī)構(gòu)。該差速機(jī)械的兩端由花鍵與左右卷筒相聯(lián)接，帶動(dòng)卷揚(yáng)做同步回卷。左右卷筒上纏繞的鋼絲繩經(jīng)過天車滑輪，可直接聯(lián)接在沖擊鉆頭上。天車上的雙滑輪是在原天車軸上增加的。

　　鉆機(jī)的沖擊由離合器的開合實(shí)現(xiàn)。合上離合器，則動(dòng)力經(jīng)差速箱傳動(dòng)卷筒，提升沖擊鉆頭，至需要的高度時(shí)，脫開離合器，同步卷揚(yáng)失去動(dòng)力，大質(zhì)量的鉆頭在重力作用下呈自由落體對(duì)孔底沖擊，可產(chǎn)生數(shù)萬焦耳的沖擊功。操縱離合器的開合，即能實(shí)現(xiàn)鉆頭對(duì)孔底的連續(xù)沖擊。在泥漿泵的作用下，孔底被破碎的巖渣經(jīng)位于鉆頭中心的排渣管迅速排出孔外，避免了重復(fù)破碎。

　　沖擊反循環(huán)工藝由于單次沖擊功大，容易使硬而脆的巖石破碎。又由于巖渣能迅速排除，減少了鉆頭的無功損耗，能使沖擊功充分用于巖石的體積破碎，故能產(chǎn)生較高的沖擊效率。

　　2.2　沖擊反循環(huán)機(jī)構(gòu)的技術(shù)關(guān)鍵 

　　2.2.1　同步卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)

　　(1)由于鉆頭中心位置被排渣管占據(jù)，沖擊鉆頭的提引鋼絲繩只能分布在兩側(cè)的對(duì)稱位置上，因此要求在提錘時(shí)鋼絲繩絕對(duì)同步。并且保證兩鋼絲繩受力不均時(shí)能自動(dòng)調(diào)整，使鉆頭擺正，否則鉆頭不能正常工作。采用差速機(jī)構(gòu)工作時(shí)，如果與差速機(jī)構(gòu)兩端相聯(lián)的卷筒受力不一致時(shí)，則阻力小端不轉(zhuǎn)或慢轉(zhuǎn)，直到兩端阻力一致，兩半軸同步、同向旋轉(zhuǎn)。從而保證了左右卷揚(yáng)鋼絲繩的線速度一致。差速機(jī)構(gòu)見圖3。

　　(2)沖擊離合器的發(fā)熱。離合器的開合靠液控來實(shí)現(xiàn)。在重負(fù)荷下，離合器以10次/min左右的頻率連續(xù)工作，發(fā)熱是很嚴(yán)重的。如果沒有相應(yīng)的技術(shù)措施，離合器的摩擦副會(huì)因高溫?zé)龘p，使離合器失效。解決離合器過熱問題有以下幾方面：

　?、僖蚪Y(jié)構(gòu)限制，摩擦盤直徑不可能做得太大。加大摩擦副的摩擦面積，以減小比壓，使摩擦面負(fù)擔(dān)減輕。

　　②增加分片機(jī)構(gòu)，改善分片彈簧材質(zhì)。因結(jié)構(gòu)限制，不能做成太大直徑的摩擦盤，就只能用多片摩擦盤以保證充分的摩擦力矩。為使離合器在脫開時(shí)摩擦盤迅速分離，設(shè)計(jì)了分片機(jī)構(gòu)，強(qiáng)有力的分片彈簧在離合器脫開時(shí)，迅速推開摩擦副。實(shí)踐證明效果是良好的。但由于離合器的升溫，普通碳素彈簧鋼絲在溫度升至120℃時(shí)退火，失去彈性，使離合器失效。我們經(jīng)試驗(yàn)選用了30W4Cr2VA彈簧鋼絲，耐熱性較好，高溫下不退火，使用效果良好。

　　③減少或克服液壓系統(tǒng)背壓的影響。液壓控制離合，因油路系統(tǒng)的回油路總有一定的背壓，一般有0.12～0.15MPa是允許的。所以油路卸載時(shí)，要使油缸內(nèi)的油在分片彈簧推力下迅速流出，必須使缸內(nèi)油壓與油路系統(tǒng)背壓相差較大，這樣才可以克服背壓，減少背壓的影響，使摩擦片迅速脫開。

　　總之，離合器發(fā)熱是正常的，但應(yīng)使發(fā)熱控制在允許的范圍之內(nèi)，以延長(zhǎng)摩擦片的使用壽命，利于降低生產(chǎn)成本。 

　　2.3　液壓系統(tǒng)的改裝

　　GPS15型鉆機(jī)液壓系統(tǒng)原有兩片多路換向閥，分別控制塔架起落和滑臺(tái)退進(jìn)。改裝時(shí)增加一片多路換向閥與原閥并在一起。在聯(lián)接沖擊油缸的油路上并聯(lián)一溢流閥。注意所增加的多路換向閥應(yīng)與原閥是同一廠家的產(chǎn)品，否則聯(lián)接不上。另外，原鉆機(jī)油箱容量較小，因塔架起落和滑臺(tái)進(jìn)退均是短時(shí)使用，不存在發(fā)熱問題，但使用液控離合器后，液控離合器是長(zhǎng)期工作，會(huì)使油路系統(tǒng)升溫。