旋挖鉆機自動加壓技術(shù)研究

孫黎明

摘 要：旋挖鉆機是一種灌注樁成孔施工用設(shè)備。而旋挖鉆機自動加壓技術(shù)可在灌注樁孔內(nèi)將鉆頭下降至預(yù)定深度后自動加壓，促使旋起土體擠壓入鉆頭內(nèi)，施工效率較高，且移動方便。本文以旋挖鉆機自動加壓技術(shù)為研究對象，闡述了旋挖鉆機自動加壓技術(shù)應(yīng)用機理。并結(jié)合具體旋挖鉆機自動加壓系統(tǒng)，對旋挖鉆機自動加壓技術(shù)實現(xiàn)及應(yīng)用效果進行了簡單的分析。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機；自動加壓；動力頭

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.022

1 旋挖鉆機自動加壓技術(shù)應(yīng)用機理

旋挖鉆機自動加壓系統(tǒng)主要包括液壓履帶式伸縮底盤、伸縮式鉆桿、垂直度自動檢測、垂直度自動調(diào)整、自動起落可折疊鉆桅、控制裝置、比例調(diào)壓裝置、加壓油缸環(huán)向閥（加壓負(fù)載反饋油口）、孔深數(shù)碼顯示器等幾個模塊。在實際運行中，垂直度自動檢測及調(diào)整裝置直接與加壓負(fù)載反饋油口相連，將獲取的旋挖鉆機動力頭負(fù)載信息傳遞給控制裝置?？刂票壤{(diào)壓裝置調(diào)定壓力。并根據(jù)旋轉(zhuǎn)鉆機動力頭負(fù)載狀態(tài)，自動調(diào)整加壓油缸加壓壓力。最后驅(qū)動伸縮式鉆桿、液壓履帶式伸縮底盤、自動起落可折疊鉆桅運動，實現(xiàn)自動加壓控制。

2 旋挖鉆機自動加壓技術(shù)應(yīng)用措施

2.1 系統(tǒng)概述

某工程基礎(chǔ)施工用旋挖鉆機自動控制系統(tǒng)為150kNm旋挖鉆機液壓系統(tǒng)，該旋挖鉆機液壓系統(tǒng)軸向柱塞變量泵容積效率、機械效率分別為0.96、0.98；主泵最大流量為250.354L/min；先導(dǎo)泵流量及功率分別為21.26L/min、1.29kW；冷卻泵流量及功率為33.56L/min、9.06kW；牽引力為246.58kN，驅(qū)動輪扭矩為50.987kN·m。

2.2 旋挖鉆機自動加壓技術(shù)實現(xiàn)過程

旋挖鉆機自動加壓技術(shù)主要是通過檢測動力頭工作壓力，判斷動力頭輸出扭矩狀態(tài)。在輸出扭矩低于設(shè)定值時判定加壓力偏小，經(jīng)PLC控制器，調(diào)整電比例溢流閥電流，促使加壓力增加。反之則判定加壓力偏大，經(jīng)PLC控制器，調(diào)整電比例溢流閥電流，促使加壓力減小。在具體實施過程中，首先，技術(shù)人員可將電比例溢流閥P口，與多路閥下端面加壓聯(lián)下方相連。隨后將LS反饋油口設(shè)置在加壓聯(lián)二次溢流閥門一側(cè)。同時調(diào)節(jié)旋挖鉆機至加壓動作，促使加壓缸憋壓，觀察記錄電比例溢流閥電壓隨電流變化曲線，如圖1所示。

通過對圖1數(shù)據(jù)進行分析，可得出電流有效范圍在90.0mA-310.0mA之間，對應(yīng)壓力區(qū)間為2.1MPa-10.4MPa。在壓力區(qū)間確定后，將換向閥閥口開至最大，驅(qū)動油缸全速運行。即提升加壓缸空壓壓力至20.0MPa，將加壓壓力控制下限定位6.00MPa。并下放壓力至6.00MPa。

其次，技術(shù)人員可動力頭閥塊測壓口與壓力傳感器相連接。同時依據(jù)預(yù)先編寫的控制程序，載入PLC控制器。隨后在顯示器中選擇自動加壓模式（高速模式、普通模式、入巖模式）。其中顯示器高速加壓模式旋挖鉆機動力頭壓力設(shè)定為12.0MPa，為自動加壓模式；顯示器普通加壓模式中，旋挖鉆機動力頭壓力設(shè)定為20.0MPa，為自動加壓模式；顯示器入巖模式中，旋挖鉆機動力頭壓力設(shè)定為260MPa，為自動加壓模式。具體旋挖鉆機動力頭壓力設(shè)定值主要通過設(shè)定扭矩，計算得出。

最后，技術(shù)人員可利用壓力傳感器，檢測加壓缸自動壓力調(diào)節(jié)模式下的旋挖鉆機動力頭壓力。并將壓力信號反饋給控制器，將其與顯示器高速加壓、普通加壓、入巖模式下旋挖鉆機動力頭壓力設(shè)定值進行對比分析。在旋挖鉆機動力頭實際測量壓力在程序設(shè)定值以下時，進行壓力增大；而在旋挖鉆機動力頭實際測量壓力在程序設(shè)定值以上時，減小壓力。以達(dá)到旋挖鉆機動力頭恒定扭矩輸出，旋挖鉆機平穩(wěn)鉆進的目的。

2.3 旋挖鉆機自動加壓技術(shù)加壓效果測試

在旋挖鉆機自動測試過程中，主要選擇XR300型150kNm旋挖鉆機，配置鉆具為1.1m截齒鉆頭及機鎖桿，實驗地層為強風(fēng)化巖層。非自動加壓模式下，在5.0m/h的施工效率，記錄旋挖鉆機手動操作動力頭壓力與加壓壓力比例關(guān)系。隨后在自動加壓模式下，操縱旋挖鉆機加壓手柄控制在最大開度，記錄旋挖鉆機動力頭壓力、加壓壓力間比例關(guān)系，具體測試結(jié)果見圖2。

如圖2所示，圖2上部為自動加壓壓力曲線，而下部為旋挖鉆機動力頭運行壓力曲線。通過對圖2中數(shù)據(jù)間分析可得出，在旋挖鉆機自動加壓模式下，隨著旋挖鉆機動力頭工作壓力的變化，加壓壓力可實現(xiàn)自動適應(yīng)性調(diào)整。如在12s時間拐點，旋挖鉆機動力頭壓力增加，加壓力自適應(yīng)進行減小；而在58s時間拐點，旋挖鉆機動力頭壓力減小，加壓力自適應(yīng)進行壓力。且整體旋挖鉆機施工效率由5.0m/h提升至6.0m/h。整體旋挖鉆機加壓模式效率提升20.0%以上。且由于試驗區(qū)域地質(zhì)情況影響，旋挖鉆機施工壓力變化空間較小。

3 總結(jié)

綜上所述，旋挖鉆機是市政建設(shè)、公路橋梁、地下連續(xù)墻、鐵路等基礎(chǔ)施工主要用設(shè)備，而旋挖鉆機施工自動加壓技術(shù)的應(yīng)用，可以有效提高旋挖鉆機施工效率。因此，根據(jù)不同地層及同一地層的不同深度變化，施工技術(shù)人員可綜合分析鉆頭大小、斗齒角度、切削力需求等因素，依據(jù)理論力學(xué)、彈塑性力學(xué)、材料力學(xué)理論，引入PLC控制程序，設(shè)定高速加壓、普通加壓、入巖模式等不同加壓模式。并根據(jù)具體巖層特點，調(diào)整加壓參數(shù)設(shè)定值，保證基礎(chǔ)施工效率。

參考文獻：

[1]朱紹鑫.淺談旋挖鉆機在福建區(qū)域的施工工法[J].福建建材，2018（03）：212.