YXW-2000型液壓銑輪機的研制

胡海峰，祝華軍，熊文祥，鄭明輝

（浙江杭鉆機械制造股份有限公司，浙江杭州 310020）

0 引言

近年來我國的通信工程飛速發(fā)展，信號塔隨處可見。截至2018年底，我國擁有大約200萬個通訊鐵塔，遍布全國31個省、直轄市及自治區(qū)［1］。通訊塔數(shù)量的增長同時也帶動了樁基孔成孔設(shè)備的發(fā)展?；娱_挖施工是通信線路基礎(chǔ)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，影響整個通信線路的施工質(zhì)量水平。然而我國土地遼闊地貌豐富，尤其是山嶺地區(qū)地勢險峻、陡峭、高聳，這給信號塔的基樁孔開挖帶來了很大的困難［2］。

而目前的基樁孔設(shè)備主要在重量和效率兩方面不夠完善，如今的樁基孔成孔設(shè)備如豎井鉆機、反井鉆機和豎井掘進機等都較為笨重，用于施工大直徑鉆孔的設(shè)備動輒幾十噸甚至幾百噸，且爬坡能力較弱，很難實現(xiàn)利用人工攜帶上山，必須要借助其他的大型設(shè)備和額外的人工勞動［3-5］。并且由于樁基孔直徑較大，現(xiàn)有的設(shè)備不能快速打孔成型，需要二次加工，擴孔、清理碎石，效率較低［6］。

據(jù)調(diào)查，迄今為止的大直徑山地樁基孔主要是靠人工作業(yè)，由于鉆孔直徑在2 m左右，深度在6～20 m。單純依靠人工通過水磨鉆或風鎬破碎耗時久，且危險系數(shù)大。所以現(xiàn)急需研發(fā)一種能夠減少工人勞動強度，開孔破碎速度快，可以一次使鉆孔成型，無需二次耗費人工，并且適合人工搬運的可拆卸的設(shè)備［7-9］。

針對硬地層大口徑山地樁基孔成孔的現(xiàn)狀，研制了一款YXW-2000型液壓銑輪機，該設(shè)備可以拆解為質(zhì)量＜100 kg的單個部件，方便提攜，易于運輸，極適合山嶺地帶的大口徑鉆孔。且此設(shè)備可開口直徑大，破碎速度快，效率較高，無需人工二次挖掘，降低施工強度。本文主要介紹YXW-2000型液壓銑輪機的技術(shù)參數(shù)、機械結(jié)構(gòu)、工作原理及液壓操作系統(tǒng)。

1 總體技術(shù)

鑒于目前施工條件，綜合國內(nèi)外樁基孔成孔設(shè)備的特點，同時考慮了設(shè)備的解體、搬運及組裝性能。銑輪機動力采用液壓傳動，保證大扭矩、低轉(zhuǎn)速輸出，配備液壓蓄能器，設(shè)備抗沖擊性能強、系統(tǒng)過載自動保護。整機分為主機、動作站、操作臺3大部分，各部分之間用高壓軟管連接，便于施工現(xiàn)場布置和搬遷運輸，操作方便直觀。主機采用可拆解式模塊化設(shè)計，合理選用工業(yè)材料，保證拆解單件質(zhì)量≯100 kg。設(shè)備配備輔助斗提清掃機構(gòu)，方便物料收集。整機結(jié)構(gòu)布置合理，可操作性強，施工鉆孔效率高，機動靈活，大大降低了人工勞動強度，同時提高了整體施工過程的安全性。

YXW-2000型液壓銑輪機重點解決了樁基孔成孔設(shè)備的結(jié)構(gòu)布置、液壓系統(tǒng)、施工工藝等關(guān)鍵技術(shù)問題。根據(jù)樁基孔成孔實際工藝需求，經(jīng)過多方面對比分析，確定銑輪機的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示［10-12］。

表1 技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters

2 主要結(jié)構(gòu)特點

YXW-2000型液壓銑輪機采用分組布置模式，整機共分主機、動力站、操作臺3大部件，各部件之間采用高壓膠管連接［13-14］。解體性好，便于運輸及擺布。

YXW-2000型液壓銑輪機主機由上平臺、下平臺、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、截割頭、給進油缸、導向機構(gòu)、提料機構(gòu)和輔助吊裝等組成（如圖1所示）。

圖1 YXW-2000型液壓銑輪機主機結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Structural diagram of YXW-2000 hydromill

主機通過上、下平臺側(cè)方支撐油缸固定支撐于基坑內(nèi)，上、下平臺之間設(shè)置有導向機構(gòu)，通過導向機構(gòu)實現(xiàn)上、下平臺平行上、下移動，最大行程可以達到300 mm。

截割頭是由液壓馬達經(jīng)2級行星齒輪減速及3級直齒輪減速輸出，帶動左右截割頭實現(xiàn)低速、大扭矩旋轉(zhuǎn)切割。減速器齒輪油采用工業(yè)閉式齒輪油L-CKC 220（GB 5903-2011），配置油標、排氣閥及放油堵頭。

液壓銑輪機的旋挖切割是由左、右截割頭來執(zhí)行，左截割頭螺旋線右旋布置，右截割頭螺旋線左旋布置。截割頭安裝于減速器輸出軸兩端，采用花鍵連接，拆解、更換方便。截割頭截齒采用高耐磨自旋截齒，具有高耐磨性及抗沖擊等特點。

液壓銑輪機的給進靠兩個給進油缸推動來執(zhí)行，通過控制液壓給進壓力，實現(xiàn)銑輪機加壓、減壓截割。

液壓銑輪機的回轉(zhuǎn)由液壓回轉(zhuǎn)裝置帶動液壓回轉(zhuǎn)支承實現(xiàn)±360°回轉(zhuǎn)，通過控制液壓回轉(zhuǎn)壓力，實現(xiàn)銑輪機加壓回轉(zhuǎn)截割。回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置有限位機構(gòu)，實現(xiàn)可靠機械定位。

液壓銑輪機配置滑移油缸，實現(xiàn)左右滑移?；朴透讕咏馗铑^在不同位置截割，滑移一次定位完成，一個工作面滑移一次實現(xiàn)全工作面截割。

液壓銑輪機的物料清理由提料機構(gòu)配合料筒實現(xiàn)。通過卷揚裝置連接料筒，配合輔助吊裝支架，在工作周期內(nèi)分批次提升物料，實現(xiàn)物料有效清理。

綜上所述，YXW-2000型液壓銑輪機通過截割頭自轉(zhuǎn)與回轉(zhuǎn)機構(gòu)公轉(zhuǎn)，實現(xiàn)局部、分層截割，截割效率高。同時銑輪機主機每個模塊都可以單獨拆卸，單件質(zhì)量輕，搬遷運輸方便。

3 液壓系統(tǒng)的研制

考慮YXW-2000型液壓銑輪機的使用安全性、經(jīng)濟性及可操作性，液壓系統(tǒng)采用雙泵供油的開式循環(huán)系統(tǒng)［15-18］。

銑輪機液壓操作系統(tǒng)主油泵為設(shè)備截割頭回轉(zhuǎn)馬達動力源，副油泵為給進及支撐油缸、滑移油缸、液壓回轉(zhuǎn)裝置提供供油動力，液壓系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

圖2 液壓系統(tǒng)原理Fig.2 Schematic diagram of the hydraulic system

電動機啟動后，主油泵2經(jīng)過濾器6吸入低壓油，輸出高壓油，經(jīng)過蓄能器31，進入多路換向閥15，多路換向閥15控制馬達的正、反轉(zhuǎn)及停止。

副油泵3經(jīng)過濾器8吸入低壓油，輸出高壓油進入多路換向閥18，操作多路換向閥18第一個手柄控制設(shè)備給進油缸23給進、起拔功能；操作多路換向閥18第二個手柄控制液壓回轉(zhuǎn)馬達24回轉(zhuǎn)；操作多路換向閥18第三個手柄控制滑移油缸27，實現(xiàn)截割頭不同位置截割；操作多路換向閥18第四個手柄控制抓斗油缸28，實現(xiàn)物料抓取。

回轉(zhuǎn)油路串聯(lián)刮板油缸，實現(xiàn)銑輪機截割頭回轉(zhuǎn)時，左、右刮板自動切換刮取物料。

多路換向閥18的過橋油路進入操作多路換向閥19，操作多路換向閥19第一個手柄，控制上平臺油缸29支撐與松開；操作多路換向閥19第二個手柄，控制下平臺油缸30支撐與松開。

在給進油缸油路中串聯(lián)有減壓閥22和平衡閥21。調(diào)節(jié)減壓閥手輪，按標牌指示方向，能實現(xiàn)給進壓力的調(diào)大與調(diào)小。調(diào)節(jié)平衡閥螺釘，能防止設(shè)備在自重力作用下滑落。

在液壓回轉(zhuǎn)裝置油路中串聯(lián)有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)減壓閥。調(diào)節(jié)減壓閥手輪，按標牌指示方向，能實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)壓力的調(diào)大與調(diào)小。

在滑移油缸油路中串聯(lián)有單向節(jié)流閥26。調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥，按箭頭指示方向，能實現(xiàn)滑移油缸的滑移速度控制。

4 施工工藝流程

為了實現(xiàn)YXW-2000型液壓銑輪機的可操作性，結(jié)合液壓控制原理，其施工工藝流程如下［19-21］：

（1）開機。

（2）下平臺支撐油缸支撐，中心找正。

（3）上平臺支撐油缸松開。

（4）給進油缸起拔至極限位置。

（5）上平臺支撐油缸支撐。

（6）下平臺支撐油缸松開。

（7）滑移油缸將截割頭運行至基坑外圓。

（8）截割頭正轉(zhuǎn)。

（9）給進油缸給進，按現(xiàn)場實際巖石硬度條件，隨時調(diào)節(jié)給進壓力，給進30～50 mm，下平臺支撐油缸支撐。

（10）液壓回轉(zhuǎn)裝置正轉(zhuǎn)，按現(xiàn)場實際巖石硬度條件，隨時調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)壓力，完成360°截割。

（11）至360°限位位置，停止回轉(zhuǎn)。滑移油缸將截割頭拉至基坑中間位置。注意：此步驟也可以采用先將下平臺支撐油缸松開，退回35～50 mm，再移動滑移油缸將截割頭拉至基坑中間位置，然后步驟（8）接續(xù)。

（12）液壓回轉(zhuǎn)裝置反轉(zhuǎn)，按現(xiàn)場實際巖石硬度條件，隨時調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)壓力，完成360°截割。

（13）至360°限位位置，停止回轉(zhuǎn)。

（14）完成基坑一層截割。

（15）重復（6）～（13）實現(xiàn)一層一層往下截割。

（16）在完成幾個層次截割后，設(shè)備停至運轉(zhuǎn)，使用卷揚將物料通過提料桶提升至地面。

（17）完成一個給進油缸行程，回至步驟（2）接續(xù)。

（18）最終完成實際要求基坑深度。

綜上所述，YXW-2000型液壓銑輪機施工工藝流程簡單，工藝適應性、可操作性強，操作省力、安全可靠。

5 試驗測試

5.1 工廠試驗

YXW-2000型液壓銑輪機試制完成后，在我公司的蕭山工業(yè)園區(qū)進行試驗，分別對不同型號水泥基坑進行了試驗（如圖3所示），測試數(shù)據(jù)如表2所示。

圖3 YXW-2000型液壓銑輪機現(xiàn)場測試Fig.3 Field test of YXW-2000 hydromill

表2 試驗數(shù)據(jù)Table 2 Test data

測試結(jié)果表明，該銑輪機截割效率高，定位、移機方便，物料收取可靠、提升方便，扭矩、轉(zhuǎn)速、回轉(zhuǎn)、給進、滑移等主要技術(shù)指標滿足設(shè)計要求。

5.2 工業(yè)測試

2021年3月，YXW-2000型 液 壓 銑 輪 機 在 浙 江麗水進行了測試（如圖4所示）。測試結(jié)果表明，液壓銑輪機截割效率高，可操作性強，移機搬運方便，同時能大大降低人工勞動強度。

圖4 YXW-2000型液壓銑輪機現(xiàn)場測試Fig.4 Field test of YXW-2000 hydromill

6 結(jié)語

針對國內(nèi)山地信號塔基樁孔單純依靠人工開挖存在的問題，研制了YXW-2000型液壓銑輪機，該設(shè)備旋挖扭矩大，轉(zhuǎn)速、給進、回轉(zhuǎn)、滑移等參數(shù)設(shè)計合理，開挖效率高，施工工藝方便，主機模塊化設(shè)計合理，移機、搬運方便，液壓系統(tǒng)操作性強，系統(tǒng)傳動簡單，維修方便。該設(shè)備的研制成功，提高了山地基樁孔開挖的整體技術(shù)水平，同時提升了基坑開挖的經(jīng)濟效益和社會效益。