鉆機百科
編輯：2021-11-29 09:36:42
鉆機(drill)
驅動、控制鉆具鉆進，并能升降鉆具的機械。是工程鉆探設備的主體。
發展概況 上早的鉆探裝置是中國的沖擊鉆進裝置。漢代打井時使用滑輪來升降鉆具。唐代使用的沖擊鉆進裝置包括有纏繞繩索的絞盤(立式絞車)和安放天輪的井架，可以鉆進190m深的鹽井。北宋慶歷年間(1041～1048年)已出現了用竹、木制做的具有杠桿式沖擊機構和絞車的繩索沖擊鉆進裝置，以人力或畜力為動力。由于鉆具的不斷改進，14世紀已可鉆進500m深的鹽井，1835年曾創鉆井深度1001．4m的紀錄。中國的繩索沖擊鉆進裝置傳入西方后，逐漸演進，出現了帶有動力機和四連桿沖擊機構的鋼結構現代鋼絲繩沖擊鉆機。回轉式鉆機早出現于19世紀中后期，其發展主要經歷了四個階段：(1)代為機械傳動、手把給進的立軸式鉆機。1862～1863年，法國制造了使用手鑲金剛石取心鉆頭的手搖回轉式鉆機。后改用蒸汽機驅動，不久又發展為用柴油機帶動。(2)第二代是機械傳動、液壓給進的立軸回轉鉆機，出現于20世紀30年代。(3)第三代為全液壓式立軸回轉鉆機。60年代瑞典首創了全液壓動力頭巖心鉆機，后美國等相繼研制了如動力頭式水井鉆機等適于工程鉆探的多功能復合式立軸回轉鉆機。(4)第四代為全自動立軸回轉鉆機，出現于80年代。
回轉鉆進較沖擊鉆進的優越性，使得立軸回轉式鉆機自20世紀初期開始逐漸取代了鋼絲繩沖擊鉆機在鉆探工程中的主導地位。
全液壓、多功能和電子計算機自動控制是工程鉆機的發展方向。
分類鉆機通常依其結構特點分為沖擊鉆機、回轉鉆機、復合鉆機和振動鉆機。
沖擊鉆機 利用鉆具自重，以沖擊方式進行鉆進的鉆機。其主要作用有：(1)通過一定裝置把鉆具或鉆具的上部分組件周期地提起一定高度，再使其借助自重落下，沖擊孔底而破碎巖石；(2)升降鉆具；(3)起出套管、井管、孔內試驗設備、提水設備和檢測儀器等；(4)處理孔內事故。此類鉆機具有結構簡單、操作方便、成本低廉、應用廣泛等特點，但純鉆時間利用率較低、鉆進深度有限。典型的沖擊鉆機有利用鋼絲繩懸吊鉆頭的鋼絲繩沖擊鉆機。
沖擊鉆機由沖擊機構、卷揚機、傳動裝置、動力機和操縱系統等組成。沖擊機構是主要的工作機構，其作用是將動力機經傳動裝置輸入的回轉運動變為鋼絲繩上下運動而提升鉆具。專門的鋼絲繩沖擊鉆機和各種復合式鉆機常用的沖擊機構的結構類型有曲柄一游梁式、曲軸一超越離合器式和液壓式等，其中曲柄一游梁式使用歷史長，也為成功。簡易的沖擊鉆機不設沖擊機構，通過手動操縱卷揚機實現沖擊鉆進。
回轉鉆機 帶動鉆具以回轉鉆進方法鉆孔的鉆機。是應用廣泛、規格型號多的一類鉆機，其主要作用是回轉、給進和升降鉆具。回轉鉆機的主要組成部分及其功能為：(1)回轉機構。帶動鉆具以不同的轉速和扭矩作正向或反向回轉運動。(2)給進機構。保持對鉆頭施加適當壓力，以連續破碎孔底巖石。(3)升降機構。升降鉆具和套管等。(4)傳動系統。傳遞和分配動力，使工作機構得到所需形式的運動和動力。(5)操縱系統。
回轉機構通常稱為回轉器，有立軸、轉盤和動力頭式三種型式。相應地回轉鉆機也分為立軸式、轉盤式和動力頭式三類。
(1)立軸式鉆機。回轉器中有一根縱向長度適當、徑向尺寸較小的通孔立軸回轉機構。動力經過一系列的傳遞到立軸，通過立軸，端部的卡盤帶動，被夾持在立軸通孔內的鉆桿回轉并隨立軸縱向移動，從而帶動鉆桿下端的鉆頭實現鉆進。使立軸縱向移動的機構稱為給進機構。立軸式鉆機按給進機構的型式通常分為手把(或手輪)式鉆機(圖1a)、螺旋差動式鉆機和液壓鉆機(圖1b)，它們是分別依靠人力操縱起杠桿作用的給進把(或手輪)、螺旋差動機構或液壓裝置了解孔底情況，調節給進。手把鉆機結構簡單，但勞動強度大。由于其給進把在鉆進性較差，有些鉆機已將給進把改為給進手輪。液壓鉆機結構較復雜，但工作平穩，給進性能亦好。立軸式鉆機可用于各類回轉鉆進和液動沖擊回轉鉆進，通過改變立軸的傾角，可以鉆進不同方向的鉆孔。鉆孔口徑一般在150mm以內，少數大通孔立軸鉆機可鉆進直徑大于150mm的鉆孔。
(2)轉盤式鉆機。回轉器為轉盤的回轉鉆機(圖2)。轉盤是一種縱向長度較小，而徑向尺寸較大，且中央有四方或六方形通孔的回轉機構。鉆進時，動力由橫軸錐齒輪輸入，經轉盤的錐齒輪副變為轉盤的垂直轉動，通過轉盤上的補心或撥柱帶動穿過轉盤通孔的主動鉆桿(見鉆探管件)回轉，用鋼絲繩一滑輪系統或油缸實現給進。轉盤式鉆機具有轉速低、扭矩大的特性，在工程鉆探中主要用于各種深度水井的鉆進。轉盤式鉆機的鉆孔方向范圍較窄，一般只能鉆進傾角為70。～90。的鉆孔。
(3)動力頭式鉆機。具有動力頭式回轉器的回轉鉆機。動力頭是一類由縱軸、電動機或油馬達帶動回轉，并由給進機構帶動沿縱向導軌上下移動，從而實現鉆進或升降鉆具的回轉機構。由縱軸、電動機帶動的稱機械動力頭，由油馬達帶動的稱液壓動力頭。動力頭具有回轉、給進、升降和擰卸鉆具的多種功能。鉆桿通過螺紋或卡盤連接在動力頭主軸的下端，鉆進時由主軸帶動其回轉并隨動力頭上下移動。液壓動力頭式鉆機是現代鉆機的代表機型，具有無級調速、無級調壓、工作平穩、給進行程長、易于實現鉆進機械化、自動化、儀表化等特點，在鉆探領域得到日益廣泛的應用。
復合鉆機 具有沖擊、回轉、振動、靜壓等功能中兩種或兩種以上功能的鉆機。工程鉆探使用的復合鉆機大致可以分為轉盤式和動力頭式兩大類。轉盤式復合鉆機同時具有轉盤和沖擊機構，可進行轉盤回轉鉆進和鋼絲繩沖擊鉆進。動力頭式復合鉆機，采用動力頭進行回轉鉆進，并能利用所配備的其他裝置進行不同方法的鉆進。由于動力頭具有多種功能，大部分的復合鉆機均為動力頭式：(1)工程地質勘察孔鉆進用動力頭式復合鉆機。一般由動力頭、給進機構、沖擊機構、卷揚機、振動器(見振動鉆進)等組成，可進行回轉、沖擊、振動、回轉一振動跟管、沖擊一振動跟管等鉆進，靜壓取土，振動下入和起拔套管等。(2)水井鉆進用動力頭式復合鉆機。常稱為動力頭式水井鉆機。其組成包括動力頭、給進機構、卷揚機、移擺管裝置等，可進行回轉鉆進、沖擊回轉鉆進、正或反循環鉆進、沖洗液或空氣鉆進，并可完成下管、洗井和抽水試驗等成井作業。
振動鉆機 利用激振裝置的振動作用實現鉆進的鉆機。由激振裝置、卷揚機、機架等部件組成。激振裝置一般采用振動器。單純的振動鉆機很少，一般多在回轉式鉆機上配備振動器進行鉆進。
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