旋挖鉆機(jī)鉆桿管體開裂原因分析與解決方案

楊宏偉 喬居斌　濱州學(xué)院機(jī)電工程系　山東 濱州

旋挖鉆機(jī)鉆桿管體開裂原因分析與解決方案

楊宏偉 喬居斌濱州學(xué)院機(jī)電工程系山東 濱州

針對(duì)旋挖鉆機(jī)鉆桿使用過程中出現(xiàn)的管體開裂情況，綜合考慮旋挖鉆機(jī)作業(yè)時(shí)運(yùn)行情況及鉆桿材質(zhì)、制造工藝等情況，查明開裂原因，并提出解決方案。該方案切實(shí)可行，可大幅減少鉆桿管體開裂情況，對(duì)提高鉆桿使用壽命及施工效率具有重要意義。

旋挖鉆機(jī)；鉆桿；管體開裂

旋挖鉆機(jī)是目前基礎(chǔ)施工中常見的鉆孔灌注施工機(jī)械，圖1為北京市三一重機(jī)有限公司生產(chǎn)的SR280R旋挖鉆機(jī)，各主要部件如圖1所示。

鉆桿是旋挖鉆機(jī)的工作裝置，上端與隨動(dòng)架相連，下端與鉆斗相連，將鉆機(jī)輸出的動(dòng)力傳遞給鉆斗，是鉆機(jī)最重要的部件之一，提高鉆桿的可靠性對(duì)提升鉆機(jī)施工效率及施工質(zhì)量具有重要意義[1-4]。本文對(duì)鉆桿中相對(duì)典型的管體開裂故障進(jìn)行分析，并提出解決方案。

1 鉆桿管體開裂情況

管體開裂主要發(fā)生在機(jī)鎖式鉆桿的第一節(jié)第一組加壓臺(tái)與斜鍵間，既影響施工進(jìn)度，也給客戶造成經(jīng)濟(jì)損失，是鉆桿作業(yè)過程中常見的及影響最大的故障之一。

圖2是一起φ508-4×15m機(jī)鎖桿管體開裂故障，該鉆桿配備于SR280R入巖鉆機(jī)，孔徑1.5m，孔深27m，在使用500小時(shí)左右時(shí)第一節(jié)鉆桿斷裂，其余三節(jié)桿沉在孔中提不上來，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。

圖1　SR280R旋挖鉆機(jī)

圖2　φ 508-4×15m機(jī)鎖桿管體開裂

2 鉆桿管體開裂原因分析

通過深入工地實(shí)地調(diào)研，并結(jié)合以往機(jī)鎖式鉆桿管體開裂的情況，分析總結(jié)原因如下：作用過程中強(qiáng)力加壓，致主機(jī)前履帶上翹，桅桿后仰，鉆桿長(zhǎng)時(shí)間在彎曲條件下作業(yè)，受彎矩折斷。模擬鉆桿作業(yè)時(shí)各節(jié)桿的伸出順序及狀態(tài)，分析各狀態(tài)時(shí)鉆桿的受力情況，如圖3至圖5所示。

（1）如圖3所示，使用第一節(jié)鉆桿鉆進(jìn)時(shí)，各節(jié)鉆桿重合在一起，抗彎性能比較強(qiáng)，桅桿后仰不會(huì)導(dǎo)致鉆桿斷裂。

（2）如圖4所示，使用第二節(jié)鉆桿最下面一組加壓臺(tái)鉆進(jìn)時(shí)，二、三、四節(jié)桿重合在一起，二桿頂端位于第一節(jié)桿中間一組傳扭段。當(dāng)主機(jī)前履帶翹起桅桿后仰時(shí)，第一節(jié)桿受動(dòng)力頭向后的力F1，其余各節(jié)桿保持豎直，對(duì)第一節(jié)桿產(chǎn)生力F2，兩者形成力矩M，使第一節(jié)桿后仰距離x，將一桿最上端加壓臺(tái)與斜鍵間的管體扳斷。

F1 —桅桿后仰時(shí)動(dòng)力頭作用于一桿的力

F2 —二、三、四節(jié)桿重合在一起，作用于一桿的力

L —兩個(gè)力之間的距離

（3）如圖5所示，使用第二節(jié)桿上面兩組加壓臺(tái)及三、四節(jié)桿時(shí)，當(dāng)主機(jī)前履帶翹起桅桿后仰時(shí)，第一節(jié)桿后仰的距離不變，仍為x，但兩個(gè)力之間的距離L較大，角度θ較小，第一節(jié)桿及各節(jié)桿均不會(huì)被扳斷。

綜上所述，當(dāng)主機(jī)前履帶翹起桅桿后仰時(shí)，第一節(jié)鉆桿最上端加壓臺(tái)與斜鍵間的管體比較容易出現(xiàn)管體開裂，是鉆桿的薄弱環(huán)節(jié)。

圖3　使用第一節(jié)鉆桿

圖4　使用第2節(jié)桿最下面一組加壓臺(tái)

圖5　使用第二節(jié)桿上面兩組加壓臺(tái)及三、四節(jié)桿

3 解決方案

根據(jù)以上分析，可采取以下方案解決鉆桿管體開裂情況。

（1）配備與主機(jī)相適應(yīng)的鉆桿

SR280R入巖鉆機(jī)額定輸出扭矩285kNm，壓力350kN，標(biāo)準(zhǔn)配置是φ508系列鉆桿，目前市場(chǎng)上有些SR280R鉆機(jī)配置φ445系列鉆桿，鉆機(jī)輸出超過鉆桿的額定承載，故障率相對(duì)較高。

（2）作業(yè)前將桅桿調(diào)成豎直狀態(tài)

為避免鉆桿長(zhǎng)時(shí)間受彎矩作用折斷，作業(yè)前將桅桿調(diào)成豎起狀態(tài)。

（3）作業(yè)時(shí)避免前履帶翹起

作業(yè)過程中，避免強(qiáng)力加壓致主機(jī)前履帶翹起，當(dāng)發(fā)現(xiàn)桅桿有后仰現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)降低加壓力，防止鉆桿受彎矩作用而折斷。

（4）增強(qiáng)第一節(jié)鉆桿的抗彎強(qiáng)度

φ508系列機(jī)鎖桿第一節(jié)桿采用φ508×10鋼管制作，可滿足正常施工時(shí)的強(qiáng)度要求，但當(dāng)桅桿后仰，鉆桿承受彎矩時(shí)，可能出現(xiàn)管體開裂。將φ508×10鋼管改為φ508×14鋼管，可有效提高第一節(jié)桿的抗彎強(qiáng)度，當(dāng)桅桿輕微后仰時(shí)，管體也不會(huì)出現(xiàn)開裂情況。

4 結(jié)論

本文對(duì)鉆桿作業(yè)過程中較為典型的管體開裂情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，查明故障原因，并提出解決方案，該方案切實(shí)可行，可大幅減少鉆桿管體開裂故障，對(duì)提高鉆桿使用壽命及施工效率具有重要意義。

［項(xiàng)目：校級(jí)重點(diǎn)課程群 項(xiàng)目編號(hào)：BYZDKCQ201305］

[1] 黎中銀，焦生杰，吳方曉．旋挖鉆機(jī)與施工技術(shù)[M]．人民交通出版社，2009，12

[2] 林恩波，鹿炳光，尤敦成，等．論提高國(guó)產(chǎn)鉆桿的性能質(zhì)量水平[J]．建筑機(jī)械，2007，(11)：103-105

[3] 張啟君．國(guó)內(nèi)外旋挖鉆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析[J]．建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2006，(06)：77-80

[4] 吳兆成，旋挖鉆機(jī)鉆桿托架失效分析[J]．建筑機(jī)械化，2007，(11)：37-40

[5] 朱昌志，于卓偉，余海波．一種旋挖鉆機(jī)鉆桿防掉孔裝置[J]．三一研究與創(chuàng)新，2011，(1)：66-68

楊宏偉，男，1982年生，濱州學(xué)院機(jī)電工程系，碩士研究生，主要研究方向是測(cè)試計(jì)量方向。