钻孔机械是地下水开采及基本建设基础施工一刻也离不开的设备，特别是从20世纪90年代国家进入大规模基本建设时期以来，钻机产品也随之进入快速发展的阶段。其回转式泵吸反循环钻机及泵吸冲击反循环钻机产品的开发，在打井和桩基工程中起到了重大作用。那么，本文将就这类产品结构如何进行改进，以适应基本建设基础施工工程迅猛开展的需要，谈些想法供参考。 一、冲击式钻机 1.传统的抽筒冲击式钻机 曲柄连杆游梁式冲击钻机是这类钻机的代表， 如CZ-22、CZ-30 一直沿用了多少年，没有大的变化，但这几年在桩基工程中使用该钻机却暴露出如下弱点，并做了相应的改进： 第一，CZ-22冲击式钻机由于其价格适中等原因，市场保有量较大，很受欢迎，但CZ-22在使用中发现， 其主轴强度低、 使用中经常断轴，而且钻头质量显得轻一些，遇到大直径桩便钻进费力。针对上述不足，人们把这类钻机的主轴加粗并分为两段，为了增加钻头质量，把卷扬机提升能力、机架、主梁、桅杆立柱均加强了，这种改进取得了较好的效果，钻机成本增加不多，但钻进能力有了较大的提高，它就是人们俗称的小30钻机。 第二，对冲击机构的改进：去掉了原钻机的双曲柄，改用双冲击大齿轮，利用轮幅的偏心孔实现了冲击。这种改进， 大大改善了冲击轴的受力状态，提高了齿轮的寿命， 冲击更加平稳。山西水工机械厂改进后的CZ-1200钻机就很受用户欢迎。 第三，如果仔细分析冲击钻机的机构，就会发现当钻机的冲击梁下压(即提升钻头过程) 是靠曲柄向下拉连杆实现的，冲击梁的自重具有帮助这种过程完成的趋势。而冲击梁下摆除了靠连杆驱使外更主要的是靠钻头自由下落时钢丝绳的作用力完成的。由此可以得出结论：在冲击梁压绳轮处增加结构重量， 能起到飞轮储能作用， 并可以在不加大动力及其它结构的前提下，加大钻头质量提高冲击能力。某单位曾在冲击梁上加配重作了类似试验，结果钻头重量增至1.5倍时，仍能正常工作。 铁道建筑研究设计院在其设计的CFZ-1500型冲击反循环钻机上也做了这方面的尝试，是成功的。这是冲击钻机设计时值得重视的一点。 2.冲击反循环钻机 冲击反循在我国是20世纪90年代才逐渐推广开的，目前在市场上占有率较高的是山东地质探矿机械厂生产的CJF 系冲击反循环钻机。 它采用曲柄连杆游梁冲击式， 利用泵吸反循环排渣。铁道建筑设计研究院设计的冲击反循环钻机，采用的是双冲击齿轮结构，没有曲柄，而且是泵举反循环，这一方面省去了灌泵的麻烦，又增加了钻孔深度。另有，河北邯郸探矿的冲击反循环排渣系统，采用双管射流原理，用双管环隙向井内注水，内管吸水排渣，减少了反循环渣液对孔壁的干扰，能提高护壁功能，这种结构设计较有新意。 3.冲击反循环的钻头 大家知道传统的冲击式钻机的钻头是用单根钢丝绳带动的，钻进过程中每冲击一次提起钻头后，借助钢丝绳的旋劲会自动转动一定角度，这对冲击钻进的切削是有利的，但冲击板循环钻机的钻头都是用双钢丝绳提起的，因此冲击钻进中钻具就没有了这种转动，这是对钻进不利的。铁道建设研究设计院胡定成曾撰文"棘轮式可旋转冲击反循环钻头的研究"详细介绍了这种钻头的工作原理和在他们设计的CFZ-1500冲击反循环钻机上使用的良好效果。国土资源部勘探技术研究所钻头研制中心，也曾研究出一种可放置的冲击反循环钻头，但实际上现在在工程中大量使用的冲击反循环钻头绝大部分仍是不能放置角度的钻头。另外西安探矿机械厂设计的FCZ-6强制式冲击反循环钻机，采用二个混轮组与钻头提引器连接， 构成保持钻头冲击平衡的同步机构， 并且两根同向放置的钢丝绳在冲击过程中产生一定的旋转力， 使钻头转动。据介绍，使用效果尚可。总之，力求使钻头在冲击过程中仍然能自动旋转是进一步提高冲击反循环钻机钻进效率的重要环节之一，值得重视。 二、回转钻机 回转式水井钻机自20世纪60年代研制至今，无论从钻深能力，工艺方式，结构形式及装载形式等方面都有了发展。 从钻深系列看，从100m～2000m不同钻深的钻机都有生产，但钻深从300m～600m范围的机型较多，浅井和深水井钻机数量有限，这无疑会影响到浅层地表水及深层地下水的开发利用。从钻机结构及工艺上讲仍以转盘回转正循环为主。多功能型钻机，液压顶驱式钻机及机动性能好的车装型钻仍然是少数，是应引起重视的。 回转式基础处理工程钻机近几年虽然也加快了研制速度，但仍以散装式反循环钻机为主，目前虽已形成多类别的系列产品，而无循环液钻机，连续墙设备仍然很少，这大多被国外设备占领着市场。 现在我们就国内目前使用广泛的回转、 正循环、 反循环钻机的一些结构综述如下： 1.水龙头 无论是正循环还是反循环，水龙头好用与否却十分重要，下面谈一下两种水龙头改进结构的方法。 (1)如图1所示，将水龙头壳体及芯管都设计成上、下两体的结构，其优点是方便了水龙头芯管及密封的更换，而且水龙头万一漏水，泥浆不会漏到轴承盒内，这样便会延长了轴承的使用寿命。另外，还需在密封圈处加一个黄油嘴(图中13)。实践证明，及时向密封处注润滑脂能延长密封圈的使用寿命。 (2)如图2所示，该水龙头采用了工程机械上常用的浮动密封结构。浮动密封是履带工程机械等设备上大量使用的一种可靠的密封形式。这种密封结构的密封面是由浮封环11及密封座12的接触面形成的， 浮封环磨损后由O型橡胶圈的预压缩储能予以补偿，浮封环由粉末冶金材料制成，结合面十分光滑，并且始终以相对稳定的压紧力相互结合，密封可靠。这类密封已标准化，密封轴直径从φ40mm～φ600mm，并且在国内有企业生产，其行业标准号为ZB J 83 004-88。浮动密封由4个零件组成，一个浮封环，一个浮封座及两个橡胶O型圈补尝零件。国内少数钻机的水龙头和砂石泵组均选用了这种密封，使用效果很好。但由于这种密封是需配置油杯(图中15)随时补充贴合面的润滑油，所以我们认为用在砂石泵组是较为适合的。 2.S-500钻机 S-500钻机可借签之处： 近日我们连续在多份杂志上看到介绍台湾奇正工程有限公司生产的S-500型大口径、 全液压、大泵量泵吸反循环履带式钻孔灌注桩钻机的介绍，觉得在结构上有许多国内钻机不常见的地方，现介绍如下： 该钻机钻孔直径3m，钻孔深度90m，主动钻杆φ315mm～3.8m，从动钻杆φ320mm×10mm×3m，法兰螺栓连接，转盘和三个卷扬机均由液压马达直接驱动，12in砂泵(泵量1200m3/h)经柴油机由三角皮带带动，液压马达驱动履带自走20m/min，液压油缸调平，支承底盘工作。 该钻机有如下特点： (1)主机与配套设备一体化，机动性能好， 该机将钻架、卷扬、转盘、泵吸反循环砂石泵组、动力机、液压控制装置等全部安装在履带支撑平台上，使钻具升降、回转、排渣清孔，动力与行走移位一体化。整机的机动性能好，移位方便，施工作业对孔灵活迅速。总体结构布局紧凑、合理，外观造型新颖、整洁、流畅。 (2)以液压传动为主，机械传动为辅的传动方式， 传动平衡均匀，能防止过载和减少事故，使整机技术性能更趋先进。 (3)采用大泵量反循环砂石泵组。 并对构成反循环系统中的各相关附属设施、管线，采取了旨在提高气密性、确保真空度的一系列技术改造新举措，使全孔泵吸反循环和砂石泵启动成功率达到100%。 该机砂石组由12in砂石泵和5in自吸式补水泵及相应的管线组成， 12in砂石泵为单级卧式离心泵，与内地在用的6BS泵在结构上改进较大的有： ①靠近叶轮端的主轴与泵体间的机械密封区，由于叶轮的旋转震动和密封件的磨损，易引起泄露，使气密性下降，砂石泵水力特性受到破坏，砂石泵难以维持正常工作，该泵改由机械浮动密封环，靠摩擦面贴合的形变释放来实现自动补偿密封；密封件材料改用耐油、耐磨橡胶材料，取代传统的纱线条盘根，壳体上设有专用的加油杯，使密封区时时充满润滑油脂，以供浮动密封环的润滑减阻，从而，增加了密封区气密可行性，延长了密封件寿命，减少了主轴传递功率的消耗。②在12in砂石泵排渣口处设置专用的单向板阀，并借助液压油缸来实现板阀的开闭。关闭时,用于在砂石泵启动前，5in自吸补水泵向管路内灌水时，不使补水流失。 (4)自带动力，不受场地供电限制。 该机选用大功率柴油机作动力，并安装在履带底盘上，可随机转移场地。 对于远离供电设施的工程项目， 特别是路桥基础工程，更能显示其优越性。此外，工程施工实践证明，与同场地施工以电驱动的转盘式钻机相比，该机燃料消耗总费用低10%～15%。 (5)孔内钻杆直径大、壁厚、刚性好，法兰螺栓联接牢靠，密封性好， 适于大桩、长桩钻进长孔，桩孔垂直度易保证，与其它转盘转钻机相比，因钻杆造成的孔内事故率显著降低。 另外，该钻机与其它钻机相比，另一特殊之处是：在方钻杆的下端加了一个单向阀，对于单向阀的作用，或者说装此单向阀的优越性，目前还没有看出来。 不少单位使用这种钻机后， 认为它集主机和辅助设备、 动力于一体及全孔大泵量泵吸反循环技术的应用，以及砂石泵组反循环排渣系统中关键部位气密性技术改进等，都切中目前钻孔灌注桩设备机动性能差， 全孔泵吸反循环难， 劳动强度大等弊端，这些都应当引起内地研制生产厂家重视的。目前内地一些研制钻机的人们已经注意到钻机机动性能差会影响灌注设备利用率的提高问题。有的钻机利用汽车底盘并加上了自走装置，还有在钻机上加了履带移位装置，都收到好的效果。 与其它钻机比较能力提高2倍以上，而且降低了工地辅助费用(如租吊车等)的开支。看来，研制、开发性能好、功能全的钻机及辅助零配件是形势的需要，也是当务之急。
