钻冰机在黑龙江干流冬季流量测验中的应用

张立刚，周艳军，王志超，付兴龙

（松辽委水文局黑龙江中游水文水资源中心，黑龙江同江 156400）

1 冰凌情况

黑龙江封冻期近半年，每年10月上旬上游出现初冰，中游10月下旬始见初冰。翌年4月中下旬先中游后上游解冻。上游封冻期160 d以上，中游140～160 d。春季流冰期主要以阵性流冰为主，流冰时间较短，一般在一周左右结束。黑龙江源头终冰日期有时可持续到6，7月份；秋季流冰主要以连续性流冰为主，流冰时间较长，一般在一个月至两个月之间，源头流冰时间较短。黑龙江源头最大冰厚在1.5～2.0 m之间，黑龙江上游及中游在1.0～1.5 m之间。

2 冬季流量测验情况

黑龙江干流每年从封江后10 d左右开展冬季测流工作，平均每隔10 d施测一次，以黑龙江中游为例，江面宽度均超过1 000 m，平均每个断面布孔个数近30个，每次测流需要调用6—8名工作人员，累计工作4 d才能完成测流任务，每年在人工凿冰方面投入大量人力、物力、财力，这也给单位顺利开展其他工作带来很大影响。为此我们经过多方面学习、设计、改造后，将一款新型的钻冰设备，投入到冬季测验当中（下文以松辽委水文局黑龙江中游水文水资源中心为例，简称：中游中心）。

1）钻冰机原理，见图1。

2）钻冰机重要部位设计原理及优点。图1“3号”部件采用的是V带传动，其原理是以作用在两带轮上的扰性V带与带轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力。此处采用V带传动是因为两轴线距离较远且转速较高，目的在于利用V带传动在机械过载时皮带与带轮间可发生打滑现象，从而有效保护机架而不至于造成机械设备的硬损伤。

图1 水钻机原理图

图1“8号”与“9号”部件之间采用的是伞齿轮传动，其原理是通过齿轮间的啮合，“8号”带动“9号”，从而实现运动和动力的传递。此处采用伞齿轮传递是因其具有承载能力强、传递平稳、噪声小等优点，且具有可改变运动方向的作用，使动力输出轴的运动方向由水平变为竖直方向，从而实现冰钻钻杆带动钻头在竖直方向上运动，进而实现向下钻冰的目的。

图1“12号”处采用止推轴承。止推轴承是一种分离型轴承，止推轴承只能承受钻杆的轴向负荷，此处采用双向推力球轴承可以承受钻杆的上、下两个方向的负荷，也正因为钻杆的转速控制在150～200 r/min，所以对推力球轴承不能限制钻杆的径向位移和极限转速方面不做要求。

图1“28号”处采用两片不完全相同的刀片，目的在于使两片刀片在旋转的过程中产生不完全重合的运动轨迹，此处的设计在于能够很好的消除钻冰机在钻冰时的剧烈震动，也提高了钻冰机的钻冰速度，进而实现快速、高效的完成钻冰任务。

中游中心在冬季测流方面由原来6～8人才能完成的任务，减少了2～3人，也由原来的4 d缩减至2 d。

3 结语

自从将钻冰机应用于黑龙江干流的冬季测流任务以后，为中游中心解决了大量的人力、物力、财力，让黑龙干流上的测量队伍感受到了科技的力量，认识到机械化代替人工的重要性。进而保证了冬季测流的时效性，做到了省时、高效的完成任务。