旋挖鉆機(jī)桅桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計

鄭會芬

摘要：旋挖鉆機(jī)廣泛應(yīng)用于我國的公路、鐵路、橋梁等大型建筑的基礎(chǔ)樁施工中，具有廣闊的發(fā)展前景。在基礎(chǔ)樁施工過程中，桅桿是旋挖鉆機(jī)關(guān)鍵的承力部件、是鉆桿和動力頭安裝的支撐部件、是隨行架滑動的導(dǎo)向部件，它對旋挖鉆機(jī)的安全性和施工性能具有十分重要的意義，本文主要介紹了旋挖鉆機(jī)桅桿的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性分析。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī)；桅桿；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.引言

近年來隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國旋挖鉆機(jī)行業(yè)發(fā)展的速度突飛猛進(jìn)，但是，與國外先進(jìn)的制造技術(shù)相比，我國仍處于起步階段，特別是在旋挖鉆機(jī)桅桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，我們一直處在學(xué)習(xí)、借鑒的階段，對旋挖鉆機(jī)桅桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究還有待進(jìn)一步提高和深入。

2.旋挖鉆機(jī)桅桿的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1桅桿的結(jié)構(gòu)

旋挖鉆機(jī)桅桿的結(jié)構(gòu)如圖1所示，整條桅桿可以折疊，共分為五段：鵝頭、上桅桿、中桅桿、主卷揚機(jī)架、下桅桿。整機(jī)運輸時，將鵝頭、上桅桿、主卷揚機(jī)架、下桅桿按一定的形狀折疊起來，以減小運輸狀態(tài)時整機(jī)的尺寸。桅桿和鵝頭這兩個部件是旋挖鉆機(jī)重要的部件，桅桿主要是作為鉆具的運動導(dǎo)向，是安裝隨行架、動力頭和鉆桿的依托部件，為了提高施工鉆進(jìn)作業(yè)的工作效率，將動力頭與加壓油缸相連接，動力頭采用雙減速機(jī)、雙馬達(dá)驅(qū)動、扭矩更強(qiáng)，可靠性更高，當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉆桿鉆進(jìn)時可以提供較大的扭矩，以提高工作效率。

桅桿是旋挖鉆機(jī)中重要的部件之一，在工作時，各種載荷最后都會施加到桅桿上，它對整機(jī)的安全性和鉆孔施工質(zhì)量具有十分重要的作用，同時桅桿整體的剛度也直接影響旋挖鉆機(jī)的正常施工，旋挖鉆機(jī)在施工過程中會有真空負(fù)壓和孔壁阻力對其產(chǎn)生影響，在對硬土層或者巖石層鉆進(jìn)時要進(jìn)行加壓，桅桿的彎曲度過大會導(dǎo)致隨行架、鉆桿、動力頭等工作裝置不能沿著導(dǎo)軌移動，很可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，一旦桅桿出現(xiàn)故障，維修時間長、成本高，對工程施工來說是一個巨大的損失。因此，我們應(yīng)該從整體上提高桅桿的剛度，防止桅桿出現(xiàn)變形，因而對旋挖鉆機(jī)桅桿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計、力學(xué)特性分析也就顯得十分必要。

2.2桅桿的工作原理

桅桿在起架工作時，動臂的變幅油缸、動臂和三腳架都保持在不動的狀態(tài)，伸長桅桿的變幅油缸，從而使桅桿和水平方向上的角度不斷變大，最后當(dāng)桅桿與地面垂直時，閉鎖桅桿的變幅油缸，旋挖鉆機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，為了擴(kuò)大旋挖鉆機(jī)的工作范圍，在確定好下鉆的位置之后，我們可以通過桅桿油缸來實現(xiàn)桅桿的前后和左右傾斜，一般情況下，桅桿可以左右傾斜±5°、前傾5°、后傾15°。桅桿在下放鉆桿工作時，提引器吊著最內(nèi)層的鉆桿沿著桅桿的方形導(dǎo)軌向下移動，在運動過程中按照鉆孔的目標(biāo)深度標(biāo)準(zhǔn)打開鉆桿，完成下鉆的工作任務(wù)，在進(jìn)行鉆進(jìn)的過程中，為了方便切削巖土層，利用動力頭的旋轉(zhuǎn)來提供鉆進(jìn)時的扭矩，當(dāng)切削未風(fēng)化的硬度較大的巖層時，切削力會很大，這時可以利用加壓油缸通過動力頭給鉆桿和鉆頭施加壓力，完成鉆頭的加壓鉆進(jìn)工作；當(dāng)切削過程中不需要加壓鉆進(jìn)，可以通過加壓油缸上安裝的平衡閥把加壓油缸鎖定在加壓行程中的某個位置。鉆斗在裝滿渣土進(jìn)行提升時，首先利用主卷揚鋼絲繩使系統(tǒng)提升，然后讓鉆桿一邊收縮一邊通過鋼絲繩向上提升，最后，提引器沿著導(dǎo)軌上升讓鉆桿提升到鉆孔的外面，旋轉(zhuǎn)至空地以完成卸土的工作。

3.桅桿的結(jié)構(gòu)特性分析

桅桿的重量大約占整機(jī)總重量的15%左右，在保證滿足桅桿結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能的情況下，對旋挖鉆機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，應(yīng)盡可能的減輕桅桿的重量，節(jié)約材料、改善桅桿結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布不均勻等現(xiàn)象，這對工程建設(shè)來說具有十分重要的意義。桅桿橫截面以矩形為例，強(qiáng)度校核如下：

4.總結(jié)

本文主要介紹了旋挖鉆機(jī)的關(guān)鍵部件，桅桿的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性分析，對桅桿橫截面進(jìn)行了強(qiáng)度校核，保證桅桿滿足力學(xué)特性，防止桅桿變形，有效的降低了故障的發(fā)生率。在今后的設(shè)計工作中，我們應(yīng)該借鑒國外先進(jìn)的設(shè)計經(jīng)驗，提高我們旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量，為工程建設(shè)提供良好的服務(wù)和增值。

參考文獻(xiàn)：

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