臺車式支盤成形機(jī)接長桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計

梁寶英，武維承，武 熙

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同 037003）

臺車式支盤成形機(jī)接長桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計

梁寶英，武維承，武 熙

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同 037003）

分析了目前支盤成形機(jī)的接長桿存在的問題，提出一種臺車式支盤機(jī)接長桿，主要包括無縫鋼管、槽鋼、連接頭、圓柱銷，連接鎖。與原有的接長桿相比，該接長桿重量輕，安裝和拆卸便捷，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)的準(zhǔn)確自動轉(zhuǎn)位和定位，從而提高了施工效率和支盤成形質(zhì)量，進(jìn)一步促進(jìn)了支盤成形機(jī)的推廣使用。

臺車式支盤成形機(jī)；接長桿；結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著樁基礎(chǔ)在高層建筑、橋梁以及工程中的廣泛使用，對于樁基承載能力提出了更高的要求，一些新的樁型和樁的成形機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生。

支盤樁及其成形機(jī)是用來形成擠擴(kuò)變徑灌注樁的一種機(jī)械，是一種全新的擠擴(kuò)設(shè)備。由于以擠擴(kuò)支盤成形機(jī)實(shí)施的支盤樁具有承載能力高、沉降量小、成本低等特點(diǎn)，因此取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但是支盤成形機(jī)也存在著如接長桿笨重，裝拆不方便，現(xiàn)場施工過程中需要多人配合工作，設(shè)備搬運(yùn)困難等問題。臺車式支盤成形機(jī)就是針對這些問題而研發(fā)的［1-2］。

1 臺車式支盤成形設(shè)備的組成和作用

臺車式支盤成形機(jī)取消配用起重機(jī)，實(shí)現(xiàn)其整體移動。其主要由主機(jī)、接長桿、轉(zhuǎn)位器、提升油缸、驅(qū)動力裝置（包括液壓膠管）等部分組成，各部分的作用如下［3］：

1）支盤成形機(jī)主機(jī) 主要由機(jī)架，工臂工作機(jī)構(gòu)及液壓缸等部件構(gòu)成，上端與接長桿連接，用于實(shí)現(xiàn)支盤成形，是實(shí)現(xiàn)支盤成形的關(guān)鍵部件。

2）接長桿 接長桿與主機(jī)上端聯(lián)接，其主要作用是將主機(jī)吊掛于在鉆孔中指定的位置，并通過與轉(zhuǎn)位器的配合來固定和旋轉(zhuǎn)主機(jī)，同時用于標(biāo)記主機(jī)入孔深度等。接長桿由無縫鋼管加工而成，在主機(jī)入孔過程中將其逐根連接。

3）孔口定位裝置 即固定裝置，也叫轉(zhuǎn)位器，主要是和接長桿配合使主機(jī)繞其中心旋轉(zhuǎn)并定位，以確定主機(jī)的工作位置和擠擴(kuò)方向，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確施工。

4）提升油缸和驅(qū)動裝置 用于提供設(shè)備實(shí)施擠擴(kuò)的動力和對擠擴(kuò)過程的控制。

2 臺車式支盤成形機(jī)施工工藝

臺車式支盤成形機(jī)施工工藝過程是在成孔并完成清孔作業(yè)后的施工操作，臺車式支盤成形機(jī)擠擴(kuò)施工工藝分5個步驟，見圖1。

圖1 施工工藝框圖

在整個施工工程中，接長桿在支盤成形設(shè)備中占有舉足輕重的地位，接長桿的好壞直接影響支盤成形的質(zhì)量與效率。

3 目前接長桿存在的問題

接長桿是支盤成形機(jī)實(shí)施擠擴(kuò)施工的關(guān)鍵部件，目前，常用的接長桿主要有抽拉式和法蘭式兩種結(jié)構(gòu)形式［4］。

1）抽拉式接長桿 它由幾根直徑不同的無縫鋼管組成，由外到內(nèi)依次減小，并套裝在一起。在不作業(yè)時，小直徑的鋼管縮回至大直徑的鋼管內(nèi)；在施工作業(yè)時，根據(jù)設(shè)計所確定的支、盤的位置將縮在大直徑中的鋼管抽拉出來，達(dá)到一定長度。

這種抽拉式接長桿的操作簡單，也可比較方便的固定和拆除油管。但是，由于各鋼管之間的連接屬于不可拆卸式的，在淺孔中作業(yè)時，起重機(jī)承受的載荷相對較大，而且接長桿運(yùn)輸也比較不方便。

2）法蘭式接長桿 法蘭式接長桿是由幾根直徑相同的無縫鋼管組成，每根無縫鋼管的兩端各焊接一個法蘭盤，然后再通過螺栓將每根鋼管逐次連接起來。在施工過程中，接長桿的長度根據(jù)主機(jī)的入孔深度來確定，并通過接長桿上的標(biāo)尺讀數(shù)確定主機(jī)位置。與抽拉式接長桿相比，法蘭式接長桿屬于可拆卸的，因此起重機(jī)操作方便，在擠擴(kuò)作業(yè)時承受的載荷小。但是，接長桿中每根鋼管之間的裝拆比較費(fèi)時，從而影響工程施工效率，尤其在深孔作業(yè)時更為明顯。同時，無縫鋼管與法蘭之間的焊縫也會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

此外，由于接長桿和孔口定位裝置的結(jié)構(gòu)問題，主機(jī)的旋轉(zhuǎn)也是靠人工操作，轉(zhuǎn)位精度低，自動化程度低，這嚴(yán)重地影響支盤樁的質(zhì)量和施工效率，因此需要進(jìn)一步對支盤成形機(jī)接長桿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。

4 接長桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計［5-6］

4.1 接長桿的設(shè)計要求

1）保證足夠的長度，即總長度為60m；

2）連接裝置要可靠、快速和便捷，以提高設(shè)備工作效率；

3）接長桿應(yīng)保證主機(jī)旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)角度誤差≯1°；

4）接長桿具有檢測主機(jī)深度位置的功能，設(shè)計長度刻度標(biāo)記；

5）結(jié)構(gòu)設(shè)計能保證固定和拆卸液壓膠管作業(yè)簡單易行、安全可靠；

6）接長桿為輕型鋼結(jié)構(gòu)，以減小機(jī)體尺寸和重量；

7）保證足夠的強(qiáng)度，其中，拉伸最大負(fù)荷按照25t（參考）考慮；

8）保證足夠的強(qiáng)度和剛度，設(shè)備在平臺上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)作業(yè)控制時，應(yīng)盡量提高其傳遞扭矩的能力；

9）設(shè)計時按400N的主機(jī)設(shè)計其結(jié)構(gòu)，受力按800N的主機(jī)計算。

4.2 接長桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計

臺車式支盤成形機(jī)接長桿主要由無縫鋼管、槽鋼、連接頭、圓柱銷，連接鎖等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。首先將連接頭（2）和無縫鋼管（1）焊接，后將連接頭（2）和無縫鋼管（4）通過圓柱銷（5）連接，采用一個特制的連接鎖（3）將圓柱銷（5）鎖住，以防竄動；無縫鋼管的兩側(cè)面各焊接一根尺寸相同槽鋼（6），此槽鋼和轉(zhuǎn)位器配合，用來固定和旋轉(zhuǎn)主機(jī)；在每根槽鋼的上下兩端各焊接一塊帶圓孔的鋼板（7），以使連接鎖（3）裝拆便捷。

用于鎖緊圓柱銷（5）的連接鎖的結(jié)構(gòu)見圖3，其由底座（8）、彈簧（10）、端蓋（12）、鎖體（15）、定位塊（13，16）、下鎖桿（9）和上鎖桿（11）等組成。

圖2 接長桿的結(jié)構(gòu)圖

圖3 連接鎖的結(jié)構(gòu)圖

連接鎖的鎖體（15）是空心圓柱體，內(nèi)腔中裝有彈簧（10），彈簧兩端分別固定在上、下鎖桿（11，9）上，鎖體的底座（8）和端蓋（12）用螺釘固定在鎖體（15）上，鎖體（15）的兩側(cè)分別開有兩個縱向槽，以便壓縮彈簧（10）。為了使連接鎖裝拆方便，采用專用鉗（見圖4）來壓縮鎖體內(nèi)的彈簧（10），從而使連接鎖的上、下鎖桿（11，9）能夠很方便地插入到如圖2所示中上下兩根無縫鋼管上的槽鋼（6）之間或取下。為了防止上、下鎖桿（11，9）在使用過程中的轉(zhuǎn)向，在其上各焊接一個定位塊（13）和（16），保證鎖桿上的孔與鎖體上的縱向槽對中，以便壓縮彈簧。

圖4 連接鎖專用鉗結(jié)構(gòu)示意圖

4.3 接長桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本文所設(shè)計的接長桿與原有的接長桿相比，具有如下特點(diǎn)：

1）重量輕，裝拆便捷；

2）和轉(zhuǎn)位器配合，使主機(jī)實(shí)現(xiàn)自動轉(zhuǎn)位，提高了主機(jī)的自動化程度，同時也提高了主機(jī)的轉(zhuǎn)位和定位的精度；

3）提高了成型機(jī)的工作可靠性和效率以及支盤成形的質(zhì)量；

4）降低了支盤樁的造價。

5 結(jié)束語

綜上所述，本設(shè)計是對原有產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計，不論是從結(jié)構(gòu)上還是性能上都有很大的改進(jìn)，得到了專家和同行的一致贊同，為支盤成形機(jī)的進(jìn)一步推廣起到了積極的作用。

［1］武熙，武維承，孫和.擠擴(kuò)支盤樁及其成型機(jī)設(shè)備——技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］武維承，武熙，孫鳳鳴.支盤成型機(jī)工臂工作機(jī)構(gòu)可靠性分析及其改進(jìn)［J］.建筑機(jī)械，2002（4）：50-53.

［3］武維承，武熙.支盤成型機(jī)工作負(fù)荷分析［J］.雁北師范學(xué)院學(xué)報，2003，19（5）：30-33.

［4］武維承，武熙.YZJ型支盤成型機(jī)的應(yīng)用及其性能特點(diǎn)分析［J］.建筑機(jī)械，2001（3）：56-58.

［5］徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［6］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

〔編輯 石白云〕

Structural Design of Prolonged Rods and its Connector Locks Used on the Car-type Branch Tray Forming Mill

LIANG Bao-ying，WU Wei-cheng，WU Xi
（School of Coal Engineering，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037003）

The problems about prolonged rods of the branch tray forming mill have been analyzed，and a new kind of prolonged rods of the car-type branch tray forming mill has been presented.Including prolonged rods，channel steels，connecting joints，cylindrical pins，connector Locks.Compared with the existing prolonged rods，this new kind of the prolonged rods could reduce the weight，make the installation and removal much more easier，automatic switch to achieve an accurate position and orientation of main machine，and as a result，it could improve the construction efficiency and quality of branch formation.，promote the supporting and the widespread use of the branch tray forming mill.

the car-type branch tray forming mill；prolonged rods；structural design

TU670.2

A

1674-0874（2011）02-0064-03

2010-12-05

國家火炬計劃資助項目［2005EB04133］；實(shí)用新型專利［ZL200820116151.3］

梁寶英（1965-），女，山西大同人，副教授，研究方向：機(jī)械設(shè)計。