一、设计原理 目前市场上使用的钻机从钻进方式可分为回转和冲击两种，从传动方式有机械的液压两类，通过综合分析后我们认为，对大口径钻进来说，回转钻进要优于冲击钻进；在传动方式上，我们认为液压传动要比机械传动更平稳，并可实现无级调速，更适合于钻进工艺要求。因此我们设计制造的工程钻机为全液压转盘式钻机。Φ1250回转支承实现回转并传递扭矩，该装置由模数为12mm的内齿圈、Φ45mm钢球和外圈构成，具有结构紧凑，承载能力大的特点，配置双变量液压马达和一级减速的传动方式，通过与液压泵匹配，使转速可在设计的范围内任意调整，zui大扭矩可达50KN· m。转盘底座采用ZG35铸造，转盘盖采用结构钢板组焊，这就使转盘具有足够的传递扭矩能力。
转盘采用两个二级变量马达，可实现转速范围换档。
在卷扬控制回路设置平衡阀，以确保起吊重物的可靠悬停，并在油路通断和换向动作时起缓冲作用。
在滑台移动控制回路设置双向液压锁，确保滑台/井口/板底座三者间不因外界影响发生位置变化。
油箱吸油、回油口分别设置滤油器，防止油污染损伤液压件。
选用的A8V液压泵为恒功率变量泵，并设手动变量装置，使转盘在钻进过程中具有根据负载大小自动变速的功能，避免憋车，保护电动机不过载，同时，通过手动变量装置可任意设定泵zui大排量，从而设定转盘zui大转速，其在恒功率下的压力/流量曲线图及转盘的输出扭矩-转数-系统压力关系图如下所示。
压力/流量曲线图
转盘的输出扭矩-转数-系统压力关系图
SCY14 -1B泵为手动变量泵，可以调整钻机起塔和加压的速度。
通过这种变量泵 - 变量马达的选配方式，可以使用户在使用中把转盘转速、加压、提升、移动速度按钻进工艺要求调整到状态。
二、钻机主要技术参数的选择及选择依据
国内工程施工钻孔灌注桩桩径设计一般为 1.0-2.0米,孔深50米以内,个别桥梁设计桩径已采用2.2米。对于嵌岩桩，由于我国地域广大，各地嵌岩桩遇到的岩石硬度较大，但一般岩石硬度单轴抗压强度在98N/mm2以下。因此，确定钻机以下参数：钻孔径1.0-2.0m米,孔深80米,满足岩石单轴抗压强度98N/mm2的嵌岩桩施工要求。
- 转盘扭矩的计算
按下列石油钻探中采用的公式：T=0.946×10-2×K×D2..5×Wd1..5 N· m 式中： K
T
由计算知, 满足φ2.0m嵌岩桩钻孔转盘扭矩需48.67KN·m
- 钻头转速的计算
2.1国外推荐按下列经验公式确定钻头的经济转速：n=36575/D r / m i n
D 钻头直径 ：mm
类别
黄
海 机 械 厂GM - 2 0 型上
探 机 械 厂GPS - 2 0 型山东探矿机械厂
TS - 2 0 型孔径：
mm2000
2000
2000
孔深：
mm80
80
80
zui大扭矩：
KN·m转速：
r/min12、22、36、56、88
8、14、18、26、32、56
8、14、22、26、39、70
提升力：
KN45
30
30
加压力：
KN100
无
无
取D=2000 mm时， n=18.3 r / m i n ；
D=1000mm时， n=36.6 r / m i n
- 对牙轮 / 滚刀钻头, 有下列zui高转速公式 ：
n max = （100 - 120） d / D r / m i n
式中： d 钻头外侧牙轮 / 滚刀直径； D 钻头直径
取：D=1000， d=7″时 n max = 17.8 ~21.3 r / m i n
综合2.1、2.2 所述，孔径 1.0-2.0m的钻进需钻头转速范围为10-36.6 r / m i n。
为确保钻机设计参数满足施工要求，我们还结合国内其他类似钻机的技术参数进行类比法确认，如下表示：
36
30
32
综合上述论证，zui终确定钻机主要技术参数如下：
钻孔直径 m ： 1.0-2.0
孔深 m : 80
zui大扭矩 : KN ·m : 50
转速 r / m i n : 2.5 - 44r/min
主卷扬提升力 KN ： 30 × 6=180
zui大加压力 KN ： 89
三、 结论
通过优化设计思路，并经合理选择技术参数，该工程钻机主要技术参数可以满足施工钻孔灌注桩的要求，曾顺利完成了直径2.2m、孔深35m的一次成孔任务。
钻机总体结构由转盘、卷扬机、机架和液压系统四大部分组成，根据目前市场上大口径钻机普遍存在实际能力低于公称能力的状态，我们经过计算，将驱动功率加大，使钻机的公称能力名实相符。根据用户的意见，我们在钻机上又增加了钻进加压装置，这又进一步提高了钻机的使用性能。
下面将设计中的一些关键问题进行简要说明：
- 转盘
这一部分是钻机的回转核心，通过它来驱动钻杆使钻头回转，其性能优劣直接影响到钻机的钻进能力。选用
- 卷扬
这一部分是在钻进过程中完成钻具上下、重物提升、减压钻进等功能的机构。选用配一台液压马达的二级减速传动方式，一主轴双卷筒结构，各配离合、制动系统，结构紧凑、实用。由液压马达和液压泵匹配，卷绳速度可实现无级调速，而且传动平稳，单绳提升能力为30KN，平均提升速度为0.2-1.0m/s 。
- 液压系统
钻机液压系统由一台45KW和一台5.5KW电动机分别驱动一台大排量A8V斜轴式变量柱塞泵和一台SCY14-1B小排量手动变量泵构成液压动力源，通过手动换向阀组分别控制两台变量马达和一台定量马达及油缸，实现转盘、卷扬回转和钻塔升降、滑台移动及钻进加压。
液压系统原理如下图示：
