浅谈GPS-15工程钻机的改造

我公司共有三台上海探矿机械厂生产的组装式大口径GPS-15型工程钻机。它主要用于桥梁墩台基础的钻孔桩施工，由于该钻机是根据我国复杂的地质结构而设计的，适应面比较广，既可以在黏土或流沙层地质下施工，也能适应沉积岩及其他地质。并且最大钻孔直径为1.5m，能够充分满足大部分钻孔施工的需要。它的特点是扭矩大、转速慢。
　　我公司施工的大部分工地实际情况是：钻孔直径在1米左右，且工程工期较紧，在地质情况不太复杂时（如：黏土或流沙层）就需要钻头转速高、进尺快，而相对扭矩要求不是太高。所以我根据我们在施工中经常使用的是直径1米的钻头，而该钻机设计的最大钻径可达1.5m，在动力和扭矩方面的还有一定的富余量，于是就有了很大改造空间。为了提高工作效率，在报请领导批准后，决定对提高钻机的钻进速度进行改造，缩短钻机工作时间，以适应工地施工的需要。
　　首先，对怎样改造，改造后达到什么样的效果，进行了分析和咨询。根据现场的实际情况，改造后的工程钻机既要能满足现场施工的需要，又要在现场需要时能够迅速恢复机械原来的性能。并且本着节约的原则，尽量降低改造成本。于是对其中一台钻机动力及传动系统进行了分析，仔细研究了该钻机带动钻杆钻头转动的转盘，及电机的动力经过变速箱到减速箱传递到转盘的每个环节。，厂家没有现成的技术资料，更没有相应的配件。
　　在得不到厂家的技术及配件的情况下，首先就是通过改变减速箱的传动比来提高钻机的转速，通过更换减速箱减速齿轮，改变减速箱传动速比，提高减速箱输出轴的转速，来实现改造目的。于是对减速齿进行分析，考虑到既要满足齿轮的强度又要使传动比降下来，根据该齿轮重新加工了一套齿轮，使其传动比比原来小了0.96，且不能再小了。经组装后实验发现转速虽然有所提高，但还有提升空间，本次改造费用在6700元左右，如果三台都改造，费用比较大，实施起来比较复杂，恢复机械原状态大约需要4小时，用时较长。经过现场技术人员和领导论证，认为这种改造方法投入大、效率提高的不多、实施起来复杂费时，予以放弃。
　　这样就使得我们只能从另外的渠道来着手，由于该机械的动力是变速箱经减速箱再通过传动轴到转盘的，于是考虑把减速器这一环节去掉，直接用传动轴把变速箱的输出轴和转盘连接起来，但又担心传动轴强度不够，经过精心计算、认真分析和广泛比较，发现该传动轴和东风EQ140汽车传动轴除长度不同以外，其他安装和零件尺寸完全一样。并且根据力学原理，功率不变，转速增加而扭矩下降，这样其强度能够满足要求，于是就买了一根EQ140的汽车传动轴进行加工，加工长度为减速箱输出凸缘至转盘凸缘。由于变速箱的输出轴和传动轴无法连接，于是又加工了一个联轴器，这样传动轴就可以把变速箱的动力直接传递到转盘上了。
　　改造后，我们在对改造后的钻机进行了实验，并且把改造前和改造后的数据进行了比较，发现钻机的转速较改造前提高了一倍以上，大大提高了机械效率，而花费费用不到2000元，大大降低了改造成本。改造后的钻机除发现转盘随着转速的提高噪声增大以外，变速箱及转盘温度未见升高，整个传动部分启动及运转比较平稳，电机运转也比较正常。并且钻机如需要恢复以前状态也非常方便，只需把加工的传动轴拆下，减速箱重新装上，原传动轴装上即可恢复原机械性能，用时大约40分钟左右。基本上达到了改造要求。
　　改造后的机械先在合肥西南线三标进行了试生产，经过施工现场的实验，较原来完成相同任务，时间节约了近五分之二，施工质量没有受到任何影响，完全能够满足现场施工要求。于是又对另外两台钻机也进行了同样的改造，先后在蚌明高速、阜阳桃园特大立交桥等工地投入使用。大大缩短了施工时间，降低了工程成本，提高了工作效率，增长了单位的效益，减轻了现场的施工强度。