新型30米履帶式長螺旋鉆機的開發(fā)與應(yīng)用

郭海艷 張桂芳

摘要：針對目前城市工業(yè)與民用建筑、市政設(shè)施建設(shè)的樁基礎(chǔ)施工中，老式的長螺旋鉆機在使用過程中一些不足之處。研制開發(fā)了新型30米履帶式長螺旋鉆機，本文主要介紹鉆機的主要結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)參數(shù)及其在工業(yè)和民用建筑施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：履帶 十字軸 斜撐機構(gòu) 動力頭 制樁垂直度

前言：我國建筑市場現(xiàn)有的長螺旋鉆機多為液壓步履式行走方式，移位速度慢，影響鉆機的效率。通過對市場的調(diào)查分析，我中心研制開發(fā)了30米履帶式長螺旋鉆機，該鉆機的創(chuàng)新點：采用履帶底盤，行走移位方便、快捷；主塔底節(jié)采用十字軸結(jié)構(gòu)與主平臺連接，方便了主塔垂直度的調(diào)節(jié)；斜支桿采用油缸調(diào)節(jié)，改變了傳統(tǒng)的絲杠調(diào)節(jié)方式，使其動作靈活，故障率低。該鉆機除了能完成普通正常的長螺旋鉆進外，還可完成大孔徑深孔長螺旋鉆進。同時該鉆機以成樁速度快、成樁質(zhì)量可靠、效率高、工期短、噪聲低、不受地下水位影響、無循環(huán)液、無污染、造價低廉等一些突出優(yōu)點而在全國大部分城市廣泛應(yīng)用。

1.普通的長螺旋鉆機存在的問題：

1.1.底盤采用液壓步履式行走方式，移位速度慢，影響鉆機的施工進度。

1.2.主塔垂直度前后傾角調(diào)節(jié)靠斜支桿調(diào)節(jié)，左右傾角靠支腿伸縮調(diào)節(jié)，如遇地表軟，支腿塌陷，就不便調(diào)節(jié)。

1.3.斜撐機構(gòu)用絲杠調(diào)節(jié)，采用電機驅(qū)動擺線針輪減速器通過齒輪傳動機構(gòu)帶動絲杠旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)斜支桿長度。缺點：齒輪傳動機構(gòu)故障率高，同時絲杠上的銅螺母非常容易損壞，影響施工。

1.4.動力頭采用多級齒輪減速、體積大、噪聲大、內(nèi)部潤滑不好，故障率高，制造成本高。

1.5.鉆孔直徑不夠大，一般直徑φ400～φ600；鉆孔深度較淺，一般孔深在18米以下。

2.新型的履帶長螺旋鉆機主要結(jié)構(gòu)特點：

2.1.底盤部分：

2.1.1.履帶行走裝置結(jié)構(gòu)及工作原理：（結(jié)構(gòu)如圖1）

主要結(jié)構(gòu)由1.電機 2.減速機 3.驅(qū)動輪 4.托鏈輪 5.履帶支架 6.引導輪7.支重輪8.履帶 9.漲緊裝置等組成。

工作原理：電機通過一級行星齒輪箱與減速器減速后，帶動驅(qū)動輪輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動輪帶動鏈條和履帶沿著支重輪、托鏈輪轉(zhuǎn)動。通過操縱手柄，行走系統(tǒng)兩條履帶可同時向前、同時向后，或一前一后移動，從而實現(xiàn)鉆機的前后移動或左、右轉(zhuǎn)彎。通過調(diào)整履帶的張緊裝置，來調(diào)整履帶的松緊程度。

2.1.2.履帶行走裝置特點：

2.1.2.1.采用加大履帶跨度及履帶支架長度的方式來增加整機穩(wěn)定性，大寬度履帶的使用大大減小了整機的接地比壓，提高了樁機對各種工地地質(zhì)狀況的適應(yīng)性。實際工作中鉆機行走平穩(wěn)，作業(yè)安全。當施工作業(yè)趕在雨季，工作地面較軟，液壓支腿支不起來鉆機，若是步履式鉆機是沒有辦法行走的，但該履帶鉆機的履帶寬800mm，長6500mm，與地面接觸面積大，就能正常行走工作。

2.1.2.2.履帶行走采用電機驅(qū)動，相對的比其它驅(qū)動不僅降低了制造成本和使用成本，維修成本低很多，故障率也低，操作方便，動作靈活。而且克服了冬季用馬達驅(qū)動履帶時液壓油凝固，造成油管堵塞，引起剎車失靈的問題。

2.1.2.3.以往履帶的漲緊采用絲杠調(diào)節(jié)，由于履帶鉆機工作條件一般較惡劣（如沼澤地、泥濘地等），若不加防護，其履帶漲緊絲杠很容易銹死而無法調(diào)節(jié)，而且維修不方便，影響進度。該鉆機履帶漲緊機構(gòu)采用漲緊油缸調(diào)節(jié)，漲緊裝置借助黃油槍將黃油壓入缸體內(nèi)，使缸體一端的活塞頂壓移動引導輪，套裝在缸體外的壓縮彈簧，使履帶獲得一定的預(yù)張緊力，當履帶在運行中遇到?jīng)_擊時，沖擊力的變化使彈簧不斷地伸或縮，從而起到緩沖的作用。具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，行駛中可改善平穩(wěn)性的特點。

2.2.主塔底節(jié)和主平臺連接采用十字軸結(jié)構(gòu)（如圖2）：

圖中十字軸座通過十字長軸兩端與主平臺連接，通過十字短軸與主塔底節(jié)連接。十字軸座采用焊接形式，結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，既降低了成本，又減輕了重量。其兩側(cè)面做成斜面，主塔底節(jié)筒體下平面開有方口與十字軸座間留有一定的間隙。

2.2.1.在定位銷固定的情況下，通過調(diào)整斜支桿油缸，使主塔可繞十字長軸前后擺動，擺角范圍為前傾9°至后傾10°。

2.2.2.在拔掉定位銷的情況下，通過調(diào)整斜支桿油缸，使主塔底節(jié)可繞十字短軸左右擺動，擺角范圍為±5°。

基于以上兩點主塔可進行兩方位調(diào)整，使制樁垂直度大大提高，而且操作方便。

2.3.斜撐機構(gòu)采用內(nèi)藏式油缸調(diào)節(jié)操作方便，動作靈活，穩(wěn)定性好，故障率低，維修方便，而且便于起塔和運輸。

2.4.三環(huán)齒減速器動力頭：動力頭采用三環(huán)齒減速器。2臺Y180M—6電機驅(qū)動，三環(huán)齒減速器是三片內(nèi)齒輪環(huán)板間按120布置。兩根三偏心曲柄軸（主動輸入軸）置于被動軸（輸出中心軸）兩側(cè)，支承并驅(qū)動與輸出外齒嚙合的三片內(nèi)齒輪環(huán)板作平面運動，被動軸簡支，箱體水平剖分，便于維修，軸向尺寸小，傳動路線短，效率高，承載能力大，過載能力強，減速比大，運動平穩(wěn)，噪音小。原有的動力頭是三級齒輪減速，體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不方便，造價高，事故率高。

2.5.回轉(zhuǎn)部分：旋轉(zhuǎn)動力采用擺線針輪減速器，具有通用性強，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤采用外齒，增大旋轉(zhuǎn)扭矩，360度轉(zhuǎn)角，使用起來更方便、靈活。

2.6.卷揚機設(shè)備：本機備雙卷筒主卷揚機一臺，工具卷揚一臺。其中主卷揚的一個卷筒轉(zhuǎn)動拉動鋼絲繩，提升動力頭及鉆具。另一個卷筒轉(zhuǎn)動拉動鋼絲繩，通過加壓裝置進行鉆進加壓。主卷揚單繩拉力為75KN，另外本機采用主卷揚后置結(jié)構(gòu)形式，使整機重心相對后移，工作中整機穩(wěn)定性大大提高。

2.7.主塔采用筒式結(jié)構(gòu)，采用φ530×9的螺紋錳鋼管，前后設(shè)有導軌，前后導軌中心距和導管尺寸分別為600×φ102和330×φ70。主塔標準高度30米，整個塔架由5節(jié)組成，拆卸方便。同時主塔采用三點支撐，兩方位調(diào)整，制樁垂直度高，工作穩(wěn)定性好。

2.8.頂部滑輪組采用等彎矩結(jié)構(gòu)，上有4個大滑輪，提升動力頭時頂部滑輪組兩端受力基本相等，使主塔受力狀態(tài)為純壓桿受力，改善了主塔受力情況，減輕了主塔的重量，從而減輕了整機重量，降低了整機重心，增加整機穩(wěn)定性。頂部滑輪組上還裝有小滑輪，用于工具卷揚提升。

2.9.起塔方式與以往不同，起塔裝置由起架支座、起架拉桿、起架拉繩等3部分組成。利用主卷揚及滑輪組將主塔從水平位置拉至78°，再通過斜撐油缸將主塔調(diào)整至90°。

2.10.液壓系統(tǒng)由電機、油泵、多路閥、油箱、管路、工作油缸組成。采用中壓系統(tǒng)齒輪泵作為動力源，齒輪泵具有對液壓油適應(yīng)能力強，成本低，通用性好等優(yōu)點。特別是北方冬夏溫差大，更顯現(xiàn)出它的優(yōu)點。

2.11.電器液壓采用集中控制，操作方便，減少了工人的勞動強度。

2.12.可進行大孔徑深孔鉆進，最大孔徑可達φ1000mm，最大孔深25m。

2.13.滿足CFG樁復(fù)合地基施工的要求：采用長螺旋成孔，成孔后提鉆同時通過鉆桿中心管將混凝土壓住入孔底，即鉆孔成樁一次完成，成樁效率高；成樁后樁身無縮徑，單樁承載力高，成樁質(zhì)量好。

2.14.長螺旋鉆孔灌注樁施工由于不需要泥漿護壁，不需要設(shè)置泥漿池和沉淀池，減少了臨時用地，沒有泥漿污染，低噪音，無振動，符合環(huán)境保護和綠色施工技術(shù)標準要求。

2.15.鉆機適用范圍較廣，可用于粘性土、粉土、淤泥質(zhì)土、人工填土及松散沙土、沙層卵礫層等不同土質(zhì)。

3.主要技術(shù)參數(shù)：

塔高30m，最大鉆孔深度25m，最大鉆孔直徑 φ1000 mm，動力頭輸出扭矩88kN.m， 履帶最大工作寬度 6500mm，最大提拔力600KN，整機質(zhì)量 60t，爬坡能力2°。

結(jié)束語：

現(xiàn)場使用證明：新型30米履帶式長螺旋鉆機在原有老型鉆機的基礎(chǔ)上經(jīng)過重大的改進，克服了老型螺旋鉆機使用過程中的不足之處，主要性能及主要零部件使用壽命均有明顯提高，鉆進效率可提高25%～30%以上具有較大的使用推廣價值，同時也得到了用戶的贊譽。據(jù)初步統(tǒng)計，兩年多來僅我中心生產(chǎn)的新型長螺旋鉆機銷售額達800余萬元，經(jīng)濟效益十分可觀。

參考文獻：

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[4]《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》機械工業(yè)出版社2005.01揚培元 朱福元 主編

作者簡介：

郭海艷 （1965.09--）滿族 女 畢業(yè)于黑龍江科技學院機械設(shè)計專業(yè) 一直從事工程機械及相關(guān)科研項目研究工作 機械設(shè)計高級工程師.