JZU90樁機的改進

薛淑華

沈陽鉆探機械研制中心，遼寧沈陽 110122

螺桿樁及其成樁工法是在長螺旋鉆孔灌注樁和日本鋼釬維全螺紋預制樁的基礎上發展起來的新樁型。其主要技術特征表現為樁的“上部為直柱型，下部為螺絲型”，樁體幾何斷面更符合附加應力場由上而下減少的分布規律。螺桿樁機是一種為了適應我國經濟建設的飛速發展，高承載力，大孔徑、高效率，低降耗的樁工機械。螺桿樁施工具有擠壓周邊土壤但不往上返土、所制成樁型科學，節省原材料約25%～30%、單樁承載力高于其它樁型、沉降率低、施工成樁效率高，并具有施工后無需清底、無需護壁、施工現場無泥漿污染、無噪音、無振動等環保優勢，適用于淤泥質粘土，粉土，粘土，粉質粘土，中細沙，粒徑小于20cm 沙礫石層，強風化層等地層。現已廣泛應用于城市建筑基礎和深基坑支護工程、防洪工程的防滲壩工程等各類工業民用建設施工中。

1 研制背景

南方一廠家生產的JZU90 樁機在沈陽做深基坑護坡樁施工，樁徑φ800，樁深30m，樁數量1260 根，在施工的過程中動力箱內部軸承更換兩次，內部三環板出現變形，最后主塔出現扭曲變形，導致無法施工，設備被迫離開現場進行改進維修。

2 設備原有有關技術數據及功能

1）主塔采用φ629×10 螺旋管做主管，材質為Q235；

2）斜支桿采用φ325×7 的螺旋管，材質為Q235，板式法蘭間聯接螺栓為M20×80，8 條；斜支撐調整機構由電機、立式擺線減速器，輸入軸，齒輪，絲杠及箱體等組成；

3）動力箱裝置采用組合式，上箱為速比為5.1 的行星減速器，下箱為速比為69 的三環減速器，型號為ZZSH580—69，重慶奇佳生產的。2 臺直流電機作為動力源。電機型號為Z4—200—21，功率為75KW，額定轉速為1500r/min，最高轉速2800r/min。

4）動力箱的電動機采用直流調速裝置實現無級調速，最高轉速為8r/min；

5）主塔的垂直度調整。前后方向利用斜支桿底端絲桿進行調整，左右方向利用主機平臺上的四只支腿油缸進行調整。

2 分析原有有關技術數據及功能

樁機的施工是動力頭裝置（包含動力箱和電動機）輸出足夠的轉矩帶動螺旋鉆桿沿著主塔上的導軌作豎直向下移動，進行旋鉆巖土。同時還要求所成樁要求足夠的垂直性，保證樁的承載力要求。這次機械事故造成的原因是：

1）動力頭裝置電動機輸出轉矩經行星減速器后作用在三環減速器ZZSH580—69 上，三環減速器的額定輸出轉矩為88KN·m，滿足不了電動機的輸出要求，導致三環減速器內的軸承毀壞和齒板變形。

2）主塔的抗扭轉強度滿足不了動力頭最大輸出轉矩，導致主塔扭曲變形。

3）斜支桿間板式法蘭聯接螺栓強度不足，導致主塔受到最大轉矩時，螺栓有拉長縮徑現象。

4）利用主平臺的四只支腿油缸調整主塔的左右垂直度。由于施工現場軟硬不均，油缸底腳與地面接觸面較小，施工過程中支腿油缸底腳有沉陷不等現象，導致主塔垂直度左右傾斜，增大動力頭的旋轉負載。

3 對原有主塔和動力頭參數的校核計算

3.1 動力頭參數的校核計算

匹配的動力頭電動機Z4-200-21 功率為75KW，額定轉速1500r/min，最高轉速2800r/min，2 臺。行星減速器速比i=5.1，三環減速器速比i=69，額定輸出轉矩Mn=88KN·m，根據力學公式可知：

3.2 主塔扭轉切應力的校核計算

主塔采用φ630×10 螺旋管作主管，材料為Q235

式中：[σ]-許用拉應力 MPa

[τ]-許用切應力 MPa

根據力學公式：主塔主管抗扭轉切應力

式中M1-主管上的額定轉矩M1=336 KN·m

R-主管壁厚中線圓半徑 R=0.31m

δ-主管壁厚 δ=0.01m

由此可見，主塔的抗扭切應力不足，從而造成主塔扭曲變形。

4 改進方案

根據JZU90 樁機原來各部裝件的性能，本著節約實效的原則，進行改進。方案如下：

4.1 塔架主管的改進

采用φ630×10 螺旋管作主管，材料為Q345，

[σ]=345×106MPa

根據主管抗扭切應力：

式中M2-主管上的額定轉矩M2=416KN·m

R0-主管壁厚中線圓半徑 R0=0.31m

δ0-主管壁厚 δ0=0.01m

4.2 動力頭裝置的改進

為了保證電動機控制系統不變，仍采用直流調速控制，選擇電動機為直流調速電機Z4-225-11，功率為 75KW，額定轉速1000r/min，最高轉速2000r/min，2 臺。減速器為ZZSH630—180，速比i=180，許用輸出轉矩為M0=260KN·m

由此可知：M3 ＜M0 滿足減速器設計強度要求；

M3 ＜M2 滿足主塔設計要求

4.3 主塔底節采用十字軸結構如圖1 所示

改變主塔垂直度調整方式，利用雙斜支桿調整主塔的前后左右方向5°的角度。確保施工過程中主塔的傾斜，斜支桿聯接法蘭處螺栓改為M24×80，16 件為一組，加強聯接強度。

主塔底節的工作原理：

塔立直安裝完成后，卸去序號5 止動銷，兩邊斜支撐調整機構同時做反向動作，絲杠長短伸縮，此時，立柱底節繞序號4 十字短軸轉動，可以調整立柱的左右角度，兩邊斜支撐調整機構根據需要同時同向動作，通過調整斜支撐絲杠的長短，主塔底節繞序號4 十字短軸轉動時，可以調整立柱的前后角度。

圖1 1、筒體；2、底節大滑道；3、十字長軸；4、十字短軸；5、止動銷；6、十字軸座；7、止動桿

總之是通過斜撐調整機構調節絲杠長短，最終帶動立柱實現立柱前后、左右垂直度的調整。但絲杠伸縮的調整作業，必須是在塔底節止動銷軸拔出狀況下進行。絲杠的調整不得過度，以立柱允許調整角度為限。否則將使十字短軸和長軸受損嚴重，破壞樁架的結構，造成事故。

5 結論

通過多個施工現場使用，改進后的JZU90 樁架，性能穩定，施工效率得到明顯的提高，得到了用戶的高度認可。

[1]成大先.機械設計手冊.北京：化學工業出版社.

[2]沈保漢.施工技術.2000，10.

[3]彭桂皎.中國螺桿樁技術[M].海南卓典高科技開發有限公司中國螺桿樁技術推廣中心，2009.

[4]趙娣.螺桿樁在高層建筑物中的應用[J].鐵道建筑技術，2009(6)：121-123.