建筑基礎施工中一種螺桿樁機用卷揚機的研制

劉守進東北煤田地質局一二八勘探隊，遼寧沈陽　110122

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建筑基礎施工中一種螺桿樁機用卷揚機的研制

劉守進
東北煤田地質局一二八勘探隊，遼寧沈陽110122

摘要螺桿樁是建筑樁基礎中節(jié)能減排樁型，對成樁的同步性要求很高，卷揚機是實現(xiàn)同步性的關鍵部件。該卷揚機是由電磁制動變頻調速電動機、聯(lián)接盤、卷揚減速器、卷筒、芯軸、電磁制動器、軸承盒和底架等組成。電磁制動變頻調速電動機與電磁制動器同步制動，共同完成卷揚的制動，起到雙保險的作用。通過啟動電磁制動變頻調速電動機及電磁制動器，帶動卷筒旋轉，實現(xiàn)卷筒上兩根鋼絲繩同速收放，操作簡單，收放鋼絲繩同步性高。

關鍵詞螺桿樁；電磁制動；變頻調速；單排繩雙出繩；同步性

1　技術背景

螺桿樁是建筑樁基礎行業(yè)中大力推廣的樁型，它具有承載力高，無排土，沉降量低等優(yōu)點。螺桿樁的施工對其成樁設備的要求很高，它不但要求有足夠大的動力頭輸出轉矩，同時還要求動力頭的輸出轉速與其豎向方向的移動距離保持很高的同步性。即動力頭輸出每轉一轉，動力頭在卷揚機的拉動下，豎向方向移動一個螺距距離。從而保證在螺桿樁施工過程中已形成的螺紋狀的土體不被擾動，避免形成二次成螺的現(xiàn)象。由于施工的地域不同，地質條件不同，地面建筑物的不同，動力頭的輸出轉速是變速的，它是通過電動機的調速來實現(xiàn)的。卷揚機也是通過電動機調速實現(xiàn)快慢的。動力頭的調速與卷揚機的調速是通過電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)同步控制的?，F(xiàn)有的卷揚機多采用雙卷筒單獨控制動力頭在豎向的升和降，兩卷筒之間通過換向齒輪實現(xiàn)單獨工作，而且每個卷筒上的鋼絲繩需要纏繞多層。這樣鋼絲繩在收放過程中，鋼絲繩的繩速隨時都在變化，很難滿足動力頭轉速與其豎向移動的同步性要求。為了更好的推廣使用螺桿樁，滿足動力頭轉速與其豎向移動的距離的同步穩(wěn)定性要求，降低同步穩(wěn)定性電氣控制難點，我們研制出采用電動變頻調速，電磁制動單卷筒單排繩正反雙出繩卷揚機作為動力頭的提升和加壓卷揚機，來解決實際問題。

圖1　卷揚機結構示意圖

2　卷揚機的結構

卷揚機采用變頻調速電動機直動，單排繩雙出繩大直徑卷筒及其內藏式減速器，電磁制動器制動，結構緊湊，調速范圍大。（如圖1所示）它是由（1）電磁制動的變頻調速電動機；（2）連接盤；（3）壓繩板；（4）卷揚減速器；（5）卷筒；（6）芯軸；（7）線圈；（8）鎖緊螺母；（9）軸承盒蓋；（10）軸承盒；（11）油杯；（12）軸承；（13）密封圈；（14）套；（15）制動盤；（16）銜鐵；（17）彈簧；（18）磁軛；（19）底架和螺栓等組成。

1）卷筒是一大直徑單螺旋線繩槽，單排繩正反雙出繩的卷筒，卷筒繩槽的兩端分別設有可供繩通過的孔，卷筒的兩端外緣處分別設有壓繩板。此卷筒可同時固定兩根鋼絲繩按繩槽纏繞，卷筒轉動時，兩根鋼絲繩能同速收和放。卷筒內腔兩端部設有輔板，一端用來安裝卷揚減速器，另一端用來安裝芯軸。

2）電磁制動器結構

圖2　電磁制動器結構示意圖

如圖2所示，是由（18）磁軛；（7）線圈；（17）彈簧；（16）銜鐵；（8）鎖緊螺母；（9）軸承盒蓋；（15）制動盤及螺栓等組成。磁軛與銜鐵之間的間隙δ是通過鎖緊螺母來調整的。制動盤根據(jù)所需制動力的大小可是一片或多片。制動盤與芯軸是漸開線花鍵滑動配合，制動盤可在芯軸上做軸向移動，在斷電狀態(tài)下，銜鐵在彈簧的作用下，壓緊制動盤及軸承盒蓋，達到制動卷揚目的。在供電狀態(tài)下，線圈通電產(chǎn)生磁場，吸引銜鐵壓縮彈簧，使間隙δ變?yōu)?值，從而打開制動盤，使制動盤隨芯軸、卷筒做同速旋轉。

3）電磁制動變頻調速電動機是交流變頻調速電動機與電磁制動器的組合。電磁制動器安裝在電動機的主軸的非軸伸端。該制動器是通電時釋放，失電時制動的一種彈簧加壓式干式摩擦電磁制動器。

4）卷揚減速器是一多級行星減速器。

5）芯軸一端固定在卷筒內腔輔板上，另一端通過軸承，軸承盒安裝在底架上，芯軸的中部設有漸開線花鍵，可供制動盤內花鍵與其配合，并能沿軸向移動。芯軸上的花鍵靠近軸承徑端部為削頂段，可供安裝套用來定位軸承、密封圈。

3　卷揚機的工作原理

通過電氣控制系統(tǒng)，同時給電磁制動變頻調速電動機和電磁制動器供電，交流變頻調速電動機內電磁制動器與芯軸上電磁制動器同時打開，電動機主軸通過卷揚減速器帶動卷筒旋轉，實現(xiàn)卷筒上的兩根鋼絲繩同速收和放，調節(jié)電動機的輸出頻率，可以得到不同的輸出轉速，從而實現(xiàn)不同繩速的要求。停止供電，電磁制動器同時斷電，制動盤與銜鐵，軸承盒蓋在彈簧的作用下被壓緊，摩擦力劇增，達到最大值，形成相對靜止，從而達到制動作用效果。

4　實際應用

在螺桿樁機設備中，動力頭裝置的提升和加壓使用了該種卷揚機，簡化了電氣控制系統(tǒng)，螺桿樁施工的同步性要求得到了保障。

如圖3所示，提升鋼絲繩和加壓鋼絲繩同時纏繞在一個卷筒的單螺旋線繩槽內，兩根繩的一端分別固定在卷筒的兩端外緣的壓繩板下，兩根繩的另一端分別通過滑輪組與動力頭裝置，分別固定在塔頂滑輪組和機架平臺滑輪組上。提升鋼絲繩位于卷筒下方收放繩，加壓鋼絲繩位于卷筒上方收放繩，兩根繩沿螺旋線繩槽將卷筒纏滿，從而形成單排繩雙出繩的功能。應用這種卷揚機，簡化了螺桿樁機的操作。對復雜地層（如流朔層等）的施工，也確保了同步性的可靠性。同時，該卷揚機獲得了2014年國家實用新型專利。

參考文獻

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[4]楊可楨，程光蘊.機械設計基礎[M].高等教育出版社.

作者簡介：劉守進，副隊長，高級工程師，工作單位為東北煤田地質局一二八勘探隊，從事機械設計及制造工作

中圖分類號TU7

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）155-0083-02