新型30米履帶式長螺旋鉆機的開發與應用

郭海艷 張桂芳

摘要：針對目前城市工業與民用建筑、市政設施建設的樁基礎施工中，老式的長螺旋鉆機在使用過程中一些不足之處。研制開發了新型30米履帶式長螺旋鉆機，本文主要介紹鉆機的主要結構特點和技術參數及其在工業和民用建筑施工中的應用。

關鍵詞：履帶 十字軸 斜撐機構 動力頭 制樁垂直度

前言：我國建筑市場現有的長螺旋鉆機多為液壓步履式行走方式，移位速度慢，影響鉆機的效率。通過對市場的調查分析，我中心研制開發了30米履帶式長螺旋鉆機，該鉆機的創新點：采用履帶底盤，行走移位方便、快捷；主塔底節采用十字軸結構與主平臺連接，方便了主塔垂直度的調節；斜支桿采用油缸調節，改變了傳統的絲杠調節方式，使其動作靈活，故障率低。該鉆機除了能完成普通正常的長螺旋鉆進外，還可完成大孔徑深孔長螺旋鉆進。同時該鉆機以成樁速度快、成樁質量可靠、效率高、工期短、噪聲低、不受地下水位影響、無循環液、無污染、造價低廉等一些突出優點而在全國大部分城市廣泛應用。

1.普通的長螺旋鉆機存在的問題：

1.1.底盤采用液壓步履式行走方式，移位速度慢，影響鉆機的施工進度。

1.2.主塔垂直度前后傾角調節靠斜支桿調節，左右傾角靠支腿伸縮調節，如遇地表軟，支腿塌陷，就不便調節。

1.3.斜撐機構用絲杠調節，采用電機驅動擺線針輪減速器通過齒輪傳動機構帶動絲杠旋轉來調節斜支桿長度。缺點：齒輪傳動機構故障率高，同時絲杠上的銅螺母非常容易損壞，影響施工。

1.4.動力頭采用多級齒輪減速、體積大、噪聲大、內部潤滑不好，故障率高，制造成本高。

1.5.鉆孔直徑不夠大，一般直徑φ400～φ600；鉆孔深度較淺，一般孔深在18米以下。

2.新型的履帶長螺旋鉆機主要結構特點：

2.1.底盤部分：

2.1.1.履帶行走裝置結構及工作原理：（結構如圖1）

主要結構由1.電機 2.減速機 3.驅動輪 4.托鏈輪 5.履帶支架 6.引導輪7.支重輪8.履帶 9.漲緊裝置等組成。

工作原理：電機通過一級行星齒輪箱與減速器減速后，帶動驅動輪輸出轉矩，驅動輪帶動鏈條和履帶沿著支重輪、托鏈輪轉動。通過操縱手柄，行走系統兩條履帶可同時向前、同時向后，或一前一后移動，從而實現鉆機的前后移動或左、右轉彎。通過調整履帶的張緊裝置，來調整履帶的松緊程度。

2.1.2.履帶行走裝置特點：

2.1.2.1.采用加大履帶跨度及履帶支架長度的方式來增加整機穩定性，大寬度履帶的使用大大減小了整機的接地比壓，提高了樁機對各種工地地質狀況的適應性。實際工作中鉆機行走平穩，作業安全。當施工作業趕在雨季，工作地面較軟，液壓支腿支不起來鉆機，若是步履式鉆機是沒有辦法行走的，但該履帶鉆機的履帶寬800mm，長6500mm，與地面接觸面積大，就能正常行走工作。

2.1.2.2.履帶行走采用電機驅動，相對的比其它驅動不僅降低了制造成本和使用成本，維修成本低很多，故障率也低，操作方便，動作靈活。而且克服了冬季用馬達驅動履帶時液壓油凝固，造成油管堵塞，引起剎車失靈的問題。

2.1.2.3.以往履帶的漲緊采用絲杠調節，由于履帶鉆機工作條件一般較惡劣（如沼澤地、泥濘地等），若不加防護，其履帶漲緊絲杠很容易銹死而無法調節，而且維修不方便，影響進度。該鉆機履帶漲緊機構采用漲緊油缸調節，漲緊裝置借助黃油槍將黃油壓入缸體內，使缸體一端的活塞頂壓移動引導輪，套裝在缸體外的壓縮彈簧，使履帶獲得一定的預張緊力，當履帶在運行中遇到沖擊時，沖擊力的變化使彈簧不斷地伸或縮，從而起到緩沖的作用。具有結構簡單、工作可靠，行駛中可改善平穩性的特點。

2.2.主塔底節和主平臺連接采用十字軸結構（如圖2）：

圖中十字軸座通過十字長軸兩端與主平臺連接，通過十字短軸與主塔底節連接。十字軸座采用焊接形式，結構進行了優化，既降低了成本，又減輕了重量。其兩側面做成斜面，主塔底節筒體下平面開有方口與十字軸座間留有一定的間隙。

2.2.1.在定位銷固定的情況下，通過調整斜支桿油缸，使主塔可繞十字長軸前后擺動，擺角范圍為前傾9°至后傾10°。

2.2.2.在拔掉定位銷的情況下，通過調整斜支桿油缸，使主塔底節可繞十字短軸左右擺動，擺角范圍為±5°。

基于以上兩點主塔可進行兩方位調整，使制樁垂直度大大提高，而且操作方便。

2.3.斜撐機構采用內藏式油缸調節操作方便，動作靈活，穩定性好，故障率低，維修方便，而且便于起塔和運輸。

2.4.三環齒減速器動力頭：動力頭采用三環齒減速器。2臺Y180M—6電機驅動，三環齒減速器是三片內齒輪環板間按120布置。兩根三偏心曲柄軸（主動輸入軸）置于被動軸（輸出中心軸）兩側，支承并驅動與輸出外齒嚙合的三片內齒輪環板作平面運動，被動軸簡支，箱體水平剖分，便于維修，軸向尺寸小，傳動路線短，效率高，承載能力大，過載能力強，減速比大，運動平穩，噪音小。原有的動力頭是三級齒輪減速，體積大，結構復雜，維修不方便，造價高，事故率高。

2.5.回轉部分：旋轉動力采用擺線針輪減速器，具有通用性強，旋轉轉盤采用外齒，增大旋轉扭矩，360度轉角，使用起來更方便、靈活。

2.6.卷揚機設備：本機備雙卷筒主卷揚機一臺，工具卷揚一臺。其中主卷揚的一個卷筒轉動拉動鋼絲繩，提升動力頭及鉆具。另一個卷筒轉動拉動鋼絲繩，通過加壓裝置進行鉆進加壓。主卷揚單繩拉力為75KN，另外本機采用主卷揚后置結構形式，使整機重心相對后移，工作中整機穩定性大大提高。

2.7.主塔采用筒式結構，采用φ530×9的螺紋錳鋼管，前后設有導軌，前后導軌中心距和導管尺寸分別為600×φ102和330×φ70。主塔標準高度30米，整個塔架由5節組成，拆卸方便。同時主塔采用三點支撐，兩方位調整，制樁垂直度高，工作穩定性好。

2.8.頂部滑輪組采用等彎矩結構，上有4個大滑輪，提升動力頭時頂部滑輪組兩端受力基本相等，使主塔受力狀態為純壓桿受力，改善了主塔受力情況，減輕了主塔的重量，從而減輕了整機重量，降低了整機重心，增加整機穩定性。頂部滑輪組上還裝有小滑輪，用于工具卷揚提升。

2.9.起塔方式與以往不同，起塔裝置由起架支座、起架拉桿、起架拉繩等3部分組成。利用主卷揚及滑輪組將主塔從水平位置拉至78°，再通過斜撐油缸將主塔調整至90°。

2.10.液壓系統由電機、油泵、多路閥、油箱、管路、工作油缸組成。采用中壓系統齒輪泵作為動力源，齒輪泵具有對液壓油適應能力強，成本低，通用性好等優點。特別是北方冬夏溫差大，更顯現出它的優點。

2.11.電器液壓采用集中控制，操作方便，減少了工人的勞動強度。

2.12.可進行大孔徑深孔鉆進，最大孔徑可達φ1000mm，最大孔深25m。

2.13.滿足CFG樁復合地基施工的要求：采用長螺旋成孔，成孔后提鉆同時通過鉆桿中心管將混凝土壓住入孔底，即鉆孔成樁一次完成，成樁效率高；成樁后樁身無縮徑，單樁承載力高，成樁質量好。

2.14.長螺旋鉆孔灌注樁施工由于不需要泥漿護壁，不需要設置泥漿池和沉淀池，減少了臨時用地，沒有泥漿污染，低噪音，無振動，符合環境保護和綠色施工技術標準要求。

2.15.鉆機適用范圍較廣，可用于粘性土、粉土、淤泥質土、人工填土及松散沙土、沙層卵礫層等不同土質。

3.主要技術參數：

塔高30m，最大鉆孔深度25m，最大鉆孔直徑 φ1000 mm，動力頭輸出扭矩88kN.m， 履帶最大工作寬度 6500mm，最大提拔力600KN，整機質量 60t，爬坡能力2°。

結束語：

現場使用證明：新型30米履帶式長螺旋鉆機在原有老型鉆機的基礎上經過重大的改進，克服了老型螺旋鉆機使用過程中的不足之處，主要性能及主要零部件使用壽命均有明顯提高，鉆進效率可提高25%～30%以上具有較大的使用推廣價值，同時也得到了用戶的贊譽。據初步統計，兩年多來僅我中心生產的新型長螺旋鉆機銷售額達800余萬元，經濟效益十分可觀。

參考文獻：

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[4]《液壓系統設計簡明手冊》機械工業出版社2005.01揚培元 朱福元 主編

作者簡介：

郭海艷 （1965.09--）滿族 女 畢業于黑龍江科技學院機械設計專業 一直從事工程機械及相關科研項目研究工作 機械設計高級工程師.