摘要
随着工业经济的发展，给人们带来生活的便利及物质享受，但同时也不可避免地带来了一些环境问题，土壤、水、空气污染，这给人们的生活及生存带来了危害。为了取样检测土壤的污染程度及为后面的治理提供科学的依据，研发了集取样及治理一体化的ESD-70型环保取样钻机。该钻机采用液压油缸加压和提升，比传统链条等方式更稳定；可实现多角度倾斜作业，开合式操纵柜，无线遥控电液控制；整体结构紧凑，橡胶履带式自动行走，动力头冲击力强，可以满足0~30 m深度的土壤取样工程需求。钻机直推式钻进取样，为双层管取样，样品直接到达内部样品管，可有效保持土壤原状性。本钻机还可用于简单的土壤旋喷治理，一机多用。本机操作简单，安全性高，性能稳定，效率高，可以大幅降低土壤取样人员的劳动强度。
随着经济的发展，工业的进步，环境污染也不可避免的越来越严重，而随着人们越来越多的重视环境保护工作，土壤污染防治提上日程，土壤污染防治工作一般以重金属污染防治为重点。国家开始集中整治重污染工矿企业和重点污染区域，积极防治重金属、危险化学品和危险废物污染的治理。治理之前需要对污染土壤进行取样化验，目前取样大多用老式30型冲击钻取样，配备人员多，效率低下，基于提高工作效率、减少施工人员、同时为了提高取样率，我公司为满足环境监测施工需求自行研发的一款紧凑型履带式ESD-70型环保取样钻机（见
图1 ESD-70型环保取样钻机
Fig.1 ESD-70 environmental protection sampling drilling
钻机主要由底盘机架、冲击动力头、滑移托架、立柱、副塔天车、摆动机构、动力单元、人机操纵台、钻杆仓、防护罩等部件组成（见
图2 钻机外形结构
Fig.2 Structure of the drill
立柱由立柱体、给进油缸、副塔、天车、卷扬等组成。由液压系统的高压油驱动给进油缸，给进油缸与动力头滑移托架用螺钉直接连接，驱动动力头上下滑移进行给进、提升，使其高频冲击动力头平稳快速的给
履带底盘由液压马达、减速机、四轮一带、油缸等组成。液压马达在高压油的作用下可驱动底盘前进、后移、左转弯、右转弯，移动方便，适合多种地形。机架整体主要是焊接而成，后面加装了推土铲，推土铲由液压油缸控
ESD-70型环保钻机作为全液压设备，其动作主要靠液压系统工作，液压系统的优劣决定设备的质量，可靠性，可操作性。ESD-70型环保钻机的动作有动力头快速提升下降，动力头慢速提升下降，动力头回转，动力头冲击，动力头侧移，立柱起塔落塔、立柱滑移、立柱倾斜，卷扬机提钻装置，履带行走。其液压原理如
图3 钻机液压系统原理
Fig.3 Principle of the hydraulic system of the drill
1-主泵；2-副泵；3-液位计；4-空气滤清器；5-冷却风扇；6-滤油器；7-减压阀；8-主多路阀；9-六联多路阀；10-两位三通换向阀；11-两位三通换向阀；12-两位六通换向阀；13-行走马达；14-压力表；15-立柱滑移油缸；16-动力头回转马达；17-液压卷扬机；18-调速阀；19-安全阀；20-动力头侧移；21-后铲斗起落油缸；22-立柱起落油缸；23-立柱摆角油缸；24-动力头给进油缸
主泵1和主多路阀8组成负载敏感液压控制系
钻机电气控制系统主要包括2个方面：柴油机动力控制系统和钻机动作控制系统。
柴油机动力控制系统采用郑州众智公司出品的HEM8400发动机CAN监控仪。这款监控仪是集微电子技术、电测量技术、数模混合信号处理技术、CAN通信技术、车辆控制技术、发动机电控技术于一体的智能仪表及控制设备。以32位ARM微处理器为核心、4.3吋LCD大屏幕显示、可选中/英文显示、轻触按钮操作；具有两路CANBUS接口，一路和发动机ECU连接，一路为备用CANBUS接口；通过CANBUS接口可读取发动机运行的实时数据，如：转速、水温、油压、机油温度、累计油耗、瞬时油耗、累计工作时间、油位等；具备发动机诊断开关，按下进入诊断模式，在诊断模式下，如遇ECU报警可通过发动机红灯闪烁的次数来查看对应的故障报警信息；具备手动油门开关，发动机起动后按下该按键，激活手油门控制，可以精确控制发动机转
图4 控制面板指示
Fig.4 Control panel indication
图5 HEM8400电路原理
Fig.5 HEM8400 circuit schematic
钻机动作控制系统主要以PLC控制器为控制中心，可以监测系统压力；测量动力头回转速度，动力头提升速度及位移；控制钻机的各种动作：钻机行走、动力头回转/冲击、动力头提升给进、动力头侧移/回正、立柱起落/伸缩/摆动等；钻机的行走采用无线遥控控制，方便操作人员快速转场移机；配有高清车载显示屏，其人机操作显示界面见
图6 人机操作显示界面
Fig.6 Man‑machine operation display interface
图7 施工实验
Fig.7 Field test
通过对环境取样的了解和施工客户的需求，我们成功研制的ESD-70型环保取样钻机，操作简单、可控性强、取样高效快捷、施工效率高、维护方便、履带行走平稳、便于移动、适用于多种施工环境和工况。
该钻机还具有水取样钻井、更换回转动力头后具有土壤修复治理、地下水治理、高压旋喷以及土壤修复治理等用途，性能可靠、品质优良，可预测发展前景很好。
参考文献（References）
姜同强，刘维明，曾健华，等.土壤背景点样品采集与质量控制［J］.绿色科技，2019（14）：139-140，144． [百度学术]
JIANG Tongqiang， LIU Weiming， ZENG Jianhua， et al. Soil background point sample collection and quality control［J］. Journal of Green Science and Technology， 2019（14）：139-140，144． [百度学术]
肖燕波，彭儒金，邱华.CBJ-10型冲击取样钻机的研制与应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2012，47（9）：39-45. [百度学术]
XIAO Yanbo， PENG Rujin， QIU Hua. Development and application of CBJ-10 percussion sampling drill rig［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2012，47（9）：39-45. [百度学术]
成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2002. [百度学术]
CHENG Daxian. Handbook of Mechanical Design［M］. Beijing： Chemical Industry Press， 2002. [百度学术]
张海平.液压速度控制技术［M］.北京：机械工业出版社，2014. [百度学术]
ZHANG Haiping. Hydraulic Speed Control Technology［M］. Beijing： China Machine Press， 2014. [百度学术]
谢柞水.结构优化设计概论［M］.北京：国防工业出版社，1997. [百度学术]
XIE Zhashui. Introduction to Structural Optimum Design［M］. Beijing： National Defense Industry Press， 1997. [百度学术]
邱华，彭儒金，戴圣海.CTG-200型全液压工程钻机的研制与应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2017，44（11）：50-55. [百度学术]
QIU Hua， PENG Rujin， DAI Shenghai. Development of CTG-200 type full hydraulic engineering drill and its application［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2017，44（11）：50-55. [百度学术]
黄虎，陈光柱，蒋成林.全液压钻机负载敏感液压系统设计及仿真分析［J］.液压与气动，2015（3）：71-74，79. [百度学术]
HUANG Hu， CHEN Guangzhu， JIANG Chenglin. The design and simulation of had sensing hydraulic system in fully hydraulic driver drill［J］. Chinese Hydraulics & Pneumatics， 2015（3）：71-74，79. [百度学术]
杨叔子.机械加工工艺师手册（第五版）［M］.北京：机械工业出版社，2002. [百度学术]
YANG Shuzi. Manual for Machining Technologists （5th Edition）［M］. Beijing： China Machine Press， 2002. [百度学术]
左健民.液压与气动传动［M］.北京：机械工业出版社，2016. [百度学术]
ZUO Jianmin. Hydraulic and Pneumatic Transmission［M］. Beijing： China Machine Press， 2016. [百度学术]
李社育，董朝晖，王龙.XDL-1800型全液压岩心钻机的研发［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2012，39（6）：8-11. [百度学术]
LI Sheyu， DONG Zhaohui， WANG Long. Development of XDL-1800 hydraulic core drill［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2012，39（6）：8-11. [百度学术]
孙保山，殷新胜，田宏亮，等.基于负载反馈技术的履带式钻机液压系统［J］.煤炭科学技术，2011，39（3）：95-99. [百度学术]
SUN Baoshan， YIN Xinsheng， TIAN Hongliang， et al. Hydraulic system of crawler rig based on load feedback technology［J］. Coal Science and Technology， 2011，39（3）：95-99. [百度学术]
黄伟，杨宽才，孔二伟，等.XY-8型钻机配套的钻场数字信息采集及传输系统［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2016，43（3）：51-55. [百度学术]
HUANG Wei， YANG Kuancai， KONG Erwei， et al. Drill field digital information collection and transmission system matched with XY-8 drill［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2016，43（3）：51-55. [百度学术]
罗光强，周策，李扬，等.深孔智能化钻井参数无线实时传输系统研究［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2019，46（11）：60-64. [百度学术]
LUO Guangqiang， ZHOU Ce， LI Yang， et al. Wireless real-time transmission system of deep hole intelligent drilling parameters［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2019，46（11）：60-64. [百度学术]
