JZU90樁機的改進

薛淑華

沈陽鉆探機械研制中心，遼寧沈陽 110122

螺桿樁及其成樁工法是在長螺旋鉆孔灌注樁和日本鋼釬維全螺紋預制樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新樁型。其主要技術(shù)特征表現(xiàn)為樁的“上部為直柱型，下部為螺絲型”，樁體幾何斷面更符合附加應(yīng)力場由上而下減少的分布規(guī)律。螺桿樁機是一種為了適應(yīng)我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，高承載力，大孔徑、高效率，低降耗的樁工機械。螺桿樁施工具有擠壓周邊土壤但不往上返土、所制成樁型科學，節(jié)省原材料約25%～30%、單樁承載力高于其它樁型、沉降率低、施工成樁效率高，并具有施工后無需清底、無需護壁、施工現(xiàn)場無泥漿污染、無噪音、無振動等環(huán)保優(yōu)勢，適用于淤泥質(zhì)粘土，粉土，粘土，粉質(zhì)粘土，中細沙，粒徑小于20cm 沙礫石層，強風化層等地層?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于城市建筑基礎(chǔ)和深基坑支護工程、防洪工程的防滲壩工程等各類工業(yè)民用建設(shè)施工中。

1 研制背景

南方一廠家生產(chǎn)的JZU90 樁機在沈陽做深基坑護坡樁施工，樁徑φ800，樁深30m，樁數(shù)量1260 根，在施工的過程中動力箱內(nèi)部軸承更換兩次，內(nèi)部三環(huán)板出現(xiàn)變形，最后主塔出現(xiàn)扭曲變形，導致無法施工，設(shè)備被迫離開現(xiàn)場進行改進維修。

2 設(shè)備原有有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)及功能

1）主塔采用φ629×10 螺旋管做主管，材質(zhì)為Q235；

2）斜支桿采用φ325×7 的螺旋管，材質(zhì)為Q235，板式法蘭間聯(lián)接螺栓為M20×80，8 條；斜支撐調(diào)整機構(gòu)由電機、立式擺線減速器，輸入軸，齒輪，絲杠及箱體等組成；

3）動力箱裝置采用組合式，上箱為速比為5.1 的行星減速器，下箱為速比為69 的三環(huán)減速器，型號為ZZSH580—69，重慶奇佳生產(chǎn)的。2 臺直流電機作為動力源。電機型號為Z4—200—21，功率為75KW，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，最高轉(zhuǎn)速2800r/min。

4）動力箱的電動機采用直流調(diào)速裝置實現(xiàn)無級調(diào)速，最高轉(zhuǎn)速為8r/min；

5）主塔的垂直度調(diào)整。前后方向利用斜支桿底端絲桿進行調(diào)整，左右方向利用主機平臺上的四只支腿油缸進行調(diào)整。

2 分析原有有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)及功能

樁機的施工是動力頭裝置（包含動力箱和電動機）輸出足夠的轉(zhuǎn)矩帶動螺旋鉆桿沿著主塔上的導軌作豎直向下移動，進行旋鉆巖土。同時還要求所成樁要求足夠的垂直性，保證樁的承載力要求。這次機械事故造成的原因是：

1）動力頭裝置電動機輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)行星減速器后作用在三環(huán)減速器ZZSH580—69 上，三環(huán)減速器的額定輸出轉(zhuǎn)矩為88KN·m，滿足不了電動機的輸出要求，導致三環(huán)減速器內(nèi)的軸承毀壞和齒板變形。

2）主塔的抗扭轉(zhuǎn)強度滿足不了動力頭最大輸出轉(zhuǎn)矩，導致主塔扭曲變形。

3）斜支桿間板式法蘭聯(lián)接螺栓強度不足，導致主塔受到最大轉(zhuǎn)矩時，螺栓有拉長縮徑現(xiàn)象。

4）利用主平臺的四只支腿油缸調(diào)整主塔的左右垂直度。由于施工現(xiàn)場軟硬不均，油缸底腳與地面接觸面較小，施工過程中支腿油缸底腳有沉陷不等現(xiàn)象，導致主塔垂直度左右傾斜，增大動力頭的旋轉(zhuǎn)負載。

3 對原有主塔和動力頭參數(shù)的校核計算

3.1 動力頭參數(shù)的校核計算

匹配的動力頭電動機Z4-200-21 功率為75KW，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，最高轉(zhuǎn)速2800r/min，2 臺。行星減速器速比i=5.1，三環(huán)減速器速比i=69，額定輸出轉(zhuǎn)矩Mn=88KN·m，根據(jù)力學公式可知：

3.2 主塔扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的校核計算

主塔采用φ630×10 螺旋管作主管，材料為Q235

式中：[σ]-許用拉應(yīng)力 MPa

[τ]-許用切應(yīng)力 MPa

根據(jù)力學公式：主塔主管抗扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力

式中M1-主管上的額定轉(zhuǎn)矩M1=336 KN·m

R-主管壁厚中線圓半徑 R=0.31m

δ-主管壁厚 δ=0.01m

由此可見，主塔的抗扭切應(yīng)力不足，從而造成主塔扭曲變形。

4 改進方案

根據(jù)JZU90 樁機原來各部裝件的性能，本著節(jié)約實效的原則，進行改進。方案如下：

4.1 塔架主管的改進

采用φ630×10 螺旋管作主管，材料為Q345，

[σ]=345×106MPa

根據(jù)主管抗扭切應(yīng)力：

式中M2-主管上的額定轉(zhuǎn)矩M2=416KN·m

R0-主管壁厚中線圓半徑 R0=0.31m

δ0-主管壁厚 δ0=0.01m

4.2 動力頭裝置的改進

為了保證電動機控制系統(tǒng)不變，仍采用直流調(diào)速控制，選擇電動機為直流調(diào)速電機Z4-225-11，功率為 75KW，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，最高轉(zhuǎn)速2000r/min，2 臺。減速器為ZZSH630—180，速比i=180，許用輸出轉(zhuǎn)矩為M0=260KN·m

由此可知：M3 ＜M0 滿足減速器設(shè)計強度要求；

M3 ＜M2 滿足主塔設(shè)計要求

4.3 主塔底節(jié)采用十字軸結(jié)構(gòu)如圖1 所示

改變主塔垂直度調(diào)整方式，利用雙斜支桿調(diào)整主塔的前后左右方向5°的角度。確保施工過程中主塔的傾斜，斜支桿聯(lián)接法蘭處螺栓改為M24×80，16 件為一組，加強聯(lián)接強度。

主塔底節(jié)的工作原理：

塔立直安裝完成后，卸去序號5 止動銷，兩邊斜支撐調(diào)整機構(gòu)同時做反向動作，絲杠長短伸縮，此時，立柱底節(jié)繞序號4 十字短軸轉(zhuǎn)動，可以調(diào)整立柱的左右角度，兩邊斜支撐調(diào)整機構(gòu)根據(jù)需要同時同向動作，通過調(diào)整斜支撐絲杠的長短，主塔底節(jié)繞序號4 十字短軸轉(zhuǎn)動時，可以調(diào)整立柱的前后角度。

圖1 1、筒體；2、底節(jié)大滑道；3、十字長軸；4、十字短軸；5、止動銷；6、十字軸座；7、止動桿

總之是通過斜撐調(diào)整機構(gòu)調(diào)節(jié)絲杠長短，最終帶動立柱實現(xiàn)立柱前后、左右垂直度的調(diào)整。但絲杠伸縮的調(diào)整作業(yè)，必須是在塔底節(jié)止動銷軸拔出狀況下進行。絲杠的調(diào)整不得過度，以立柱允許調(diào)整角度為限。否則將使十字短軸和長軸受損嚴重，破壞樁架的結(jié)構(gòu)，造成事故。

5 結(jié)論

通過多個施工現(xiàn)場使用，改進后的JZU90 樁架，性能穩(wěn)定，施工效率得到明顯的提高，得到了用戶的高度認可。

[1]成大先.機械設(shè)計手冊.北京：化學工業(yè)出版社.

[2]沈保漢.施工技術(shù).2000，10.

[3]彭桂皎.中國螺桿樁技術(shù)[M].海南卓典高科技開發(fā)有限公司中國螺桿樁技術(shù)推廣中心，2009.

[4]趙娣.螺桿樁在高層建筑物中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2009(6)：121-123.