從旋挖鉆機(jī)上車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)變更看制造技術(shù)發(fā)展

李德明/LI De-ming

(山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272000)

旋挖鉆機(jī)是一種適合建筑基礎(chǔ)工程的高效成孔設(shè)備，污染少、功能多等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于大規(guī)模重點(diǎn)工程、市政及工民建基礎(chǔ)工程建設(shè)。國產(chǎn)旋挖鉆機(jī)起步于20世紀(jì)80年代。1988年，北京城建工程機(jī)械廠開發(fā)了履帶起重機(jī)附著式旋挖鉆機(jī)，20世紀(jì)90年代中期，鄭州勘察機(jī)械有限公司從英國BSP公司引進(jìn)附著式旋挖鉆機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)，但由于此技術(shù)比較落后，配套起重機(jī)協(xié)調(diào)困難，沒有形成批量生產(chǎn)。1998年，徐工集團(tuán)開發(fā)成功了國內(nèi)第一臺真正意義上的旋挖鉆機(jī)RD18，但由于受到當(dāng)時(shí)國內(nèi)發(fā)動機(jī)、液壓件、鉆桿、動力頭等配套件及工藝制造水平的限制，沒有批量生產(chǎn)。2003年以前我國的旋挖鉆機(jī)主要以進(jìn)口為主，價(jià)格昂貴，但其施工工法未曾推廣。直至國家青藏鐵路的建設(shè)，由于對周邊的環(huán)境、土質(zhì)等評估要求過高，提出旋挖鉆機(jī)施工工法，一方面展示了旋挖鉆機(jī)的優(yōu)越性，另一方面也使國內(nèi)的生產(chǎn)廠家意識到基礎(chǔ)施工機(jī)械也有很大的發(fā)展空間。

1 進(jìn)口改制階段（2003～2006年）

2003年之后一些企業(yè)紛紛開發(fā)旋挖鉆機(jī)，由于當(dāng)時(shí)制造技術(shù)和設(shè)備水平的限制，底盤只能依靠進(jìn)口。隨著機(jī)電液一體化在工程機(jī)械中的應(yīng)用，其回轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)是通過全液壓回轉(zhuǎn)裝置來實(shí)現(xiàn)的，具體由上平臺、回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成，回轉(zhuǎn)支承的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺連接，帶齒的內(nèi)座圈與底架用螺栓連接，內(nèi)外座圈之間設(shè)有滾動體。設(shè)備工作時(shí)作用在轉(zhuǎn)臺上的垂直載荷、水平載荷和力矩通過回轉(zhuǎn)支承的外座圈、滾動體和內(nèi)座圈傳遞給底架，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)座圈上的齒圈相嚙合。小齒輪既可繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，又可繞轉(zhuǎn)臺中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，轉(zhuǎn)臺就相對底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。旋挖鉆機(jī)作為機(jī)電液一體化高度集成的施工設(shè)備，用于完成深基礎(chǔ)樁的鉆孔作業(yè)，孔深可達(dá)數(shù)十米，桅桿等工作裝置較高，上車回轉(zhuǎn)是在作業(yè)中使用很頻繁的動作，初期由于回轉(zhuǎn)嚙合齒隙（1～2mm）與挖機(jī)一致導(dǎo)致其回轉(zhuǎn)定位精度和整機(jī)晃動較大，嚴(yán)重影響了鉆孔作業(yè)成樁質(zhì)量和工作效率，同時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（減速機(jī)、小齒輪和安裝螺栓）故障居高不下。

2 自制探索階段（2006～2009年）

隨著“十一五”期間我國投巨資進(jìn)行鐵路、公路、電力、城市公共設(shè)施等建設(shè)，尤其高鐵建設(shè)為我國旋挖鉆機(jī)的發(fā)展帶來前所未有的機(jī)遇。高鐵客運(yùn)專線有80%以上為橋梁，橋樁的直徑大多在1.5m以下，深度60m以內(nèi)，恰好適合旋挖鉆機(jī)施工。但由于底盤、發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵零部件的數(shù)量限制，眾多鉆機(jī)廠家使用國產(chǎn)成熟挖機(jī)底盤改造成小型鉆機(jī)，投入制造設(shè)備進(jìn)行自主設(shè)計(jì)研制中大型鉆機(jī)，結(jié)合旋挖鉆機(jī)自身工況和挖機(jī)底盤的劣勢，自主進(jìn)行上車布局設(shè)計(jì)，但由于加工設(shè)備的限制，仍無法保證回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的安裝精度要求中心距±0.15mm，為了保證回轉(zhuǎn)齒隙要求需要，采取如下結(jié)構(gòu)進(jìn)行彌補(bǔ)。

旋挖鉆機(jī)回轉(zhuǎn)減速機(jī)安裝座見圖1，由上安裝座、套筒、下安裝座焊接而成。

圖1 減速機(jī)安裝座結(jié)構(gòu)

具體實(shí)施方式如下：?D1、?D2、?D3、?D4各孔中心線為O2，?D的外圓周中心線為O1，內(nèi)孔中心線與外圓周中心線O2之間的偏移量為2.5mm，成為偏心輪結(jié)構(gòu)，當(dāng)其圍繞內(nèi)孔中心線O2時(shí)，外圓周中心線O1圍繞內(nèi)孔中心線O2以偏移量為半徑轉(zhuǎn)動，外圓周輪廓在轉(zhuǎn)動的同時(shí)并擺動，便于調(diào)節(jié)與小齒輪的嚙合間隙。調(diào)整到設(shè)計(jì)要求0.3～0.5mm時(shí)現(xiàn)場點(diǎn)固焊接回轉(zhuǎn)減速機(jī)安裝座，回轉(zhuǎn)平臺測量回轉(zhuǎn)圓周均布3～4點(diǎn)達(dá)到要求即可。提出馬達(dá)減速機(jī)，對安裝座進(jìn)行全方位焊接處理。解決回轉(zhuǎn)支撐與減速機(jī)小齒輪配合間隙不方便調(diào)節(jié)的技術(shù)問題。首先將該安裝座用螺栓固定在轉(zhuǎn)臺上，當(dāng)要調(diào)整與減速機(jī)小齒輪的嚙合間隙的時(shí)候，只要轉(zhuǎn)動安裝座即可快速地將配合間隙調(diào)整到設(shè)計(jì)要求，并提高安裝回轉(zhuǎn)減速機(jī)的工作效率，此結(jié)構(gòu)已獲得國家知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

經(jīng)過市場的驗(yàn)證，自制底盤基本能夠適合旋挖鉆機(jī)的施工工況，但也存在回轉(zhuǎn)馬達(dá)減速機(jī)緊固螺栓被剪斷和配焊偏心套開焊的嚴(yán)重問題，經(jīng)過分析研究，將此問題歸咎于硬地質(zhì)層施工工況時(shí)地層對鉆機(jī)的沖擊較大，導(dǎo)致螺栓松動，長時(shí)間未被發(fā)現(xiàn)引起被剪切；另外現(xiàn)場配焊偏心套時(shí)對焊接人員、參數(shù)和環(huán)境要求較高，針對這種情況調(diào)整對減速機(jī)的安裝方式，選擇其中均布6個(gè)安裝孔現(xiàn)場配鉸為錐形定位銷軸（圖2），從而避免此類事件的發(fā)生。

圖2 現(xiàn)場配焊示意圖

3 先進(jìn)制造階段（2009年至今）

由于國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)的持續(xù)拉動，樁工機(jī)械由傳統(tǒng)意義的小批量多品種發(fā)展到目前的批量規(guī)模生產(chǎn)模式，尤其是行業(yè)前三名年產(chǎn)銷量已達(dá)300臺以上，且實(shí)現(xiàn)了上線裝配作業(yè)模式，由此也引發(fā)了一些問題。例如，回轉(zhuǎn)偏心套裝配現(xiàn)場配焊形式已成為裝配進(jìn)度的瓶頸和環(huán)境的污染源；鉆機(jī)上車重量大，工作狀態(tài)時(shí)需要頻繁地回轉(zhuǎn)，減速及輸出扭矩通過回轉(zhuǎn)支撐與小齒輪的嚙合傳遞到回轉(zhuǎn)平臺上，經(jīng)常出現(xiàn)由于回轉(zhuǎn)精度的不穩(wěn)定性導(dǎo)致小齒輪斷齒或旋轉(zhuǎn)軸斷裂的嚴(yán)重事故。

隨著制造業(yè)的發(fā)展、工藝水平的提高和大型數(shù)控加工中心的應(yīng)用，這些問題迎刃而解。實(shí)現(xiàn)方案為：回轉(zhuǎn)馬達(dá)減速機(jī)自偏心結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，如圖3所示，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)軸、減速機(jī)軸和減速機(jī)下安裝直口圓為一個(gè)中心線O1，小齒輪軸中心線為O2，O2相對于O1偏心2.5mm，回轉(zhuǎn)平臺安裝孔采取大型加工設(shè)備確?；剞D(zhuǎn)減速機(jī)與回轉(zhuǎn)支撐中心距加工精度，如圖4所示；具體通過旋轉(zhuǎn)減速機(jī)的方向利用其自身旋轉(zhuǎn)軸的2.5mm偏心量來補(bǔ)償加工和裝配累計(jì)誤差，達(dá)到調(diào)整小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐嚙合間隙，符合設(shè)計(jì)參數(shù)要求，整個(gè)操作過程簡單易行，并經(jīng)過2年多的市場驗(yàn)證，施工過程中從未出現(xiàn)上車回轉(zhuǎn)故障問題。

圖3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)新結(jié)構(gòu)

圖4 上車平臺示意圖

4 結(jié) 語

旋挖鉆機(jī)是現(xiàn)階段基礎(chǔ)工程中樁基的主流施工設(shè)備，隨著工民建和國家基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)投入，其使用范圍將更廣，但產(chǎn)品自身的升級換代受各個(gè)方面因素的制約，尤其是工藝制造水平。眾所周知，現(xiàn)代企業(yè)要始終把工藝創(chuàng)新上升到戰(zhàn)略的高度，才能制造出有市場競爭力的產(chǎn)品，永葆公司的持續(xù)發(fā)展。