旋挖鉆機的基本構(gòu)造及工作原理

1、旋挖鉆機的基本構(gòu)造及工作原理結(jié)合目前國內(nèi)市場需求情況，曲北京市三一重機有限公司獨立研發(fā)牛.產(chǎn)的旋挖鉆機于 2003 年 3 刀 1 u成功下線，fi前已經(jīng)形成 sr280、sr330、sr250、sr220c、sr200c、sr150 及sr130c等系列化產(chǎn)品投入市場，穩(wěn)居市場占柯率第一位。第一節(jié)概述sr系列旋挖鉆機是北京市三一重機有限公司獨立研發(fā)的新一代地®菽礎(chǔ)施工機械產(chǎn) 品，在設(shè)計和制造上吸取了國內(nèi)外著名品牌產(chǎn)品的優(yōu)點，主要性能達到國際同類產(chǎn)品水平。 關(guān)鍵零部件均采用國際知名品牌的產(chǎn)品，確保了整機的高可靠性。sr系列旋挖鉆機可廣泛 應(yīng)用于城市高®建筑、鐵路、公路、橋梁

2、等樁基礎(chǔ)工程的鉆孔灌注樁成孔的施工，其有成樁 速度快、施工效率高、環(huán)保節(jié)能等特點，在地基基礎(chǔ)行業(yè)樹立了新的民族品牌。sr系列旋挖鉆機的結(jié)構(gòu)從功能上分，主要包拈底盤和工作裝s兩人部分。從使川底盤 的不同又可分為履帶式和汽車底盤式兩種規(guī)格,sr130、sr150、sr200c、sr220c、sr220r、 sk250、sr280r. sr280c> sk350旋挖鉆機等皆采用了液壓仲縮履帶式底盤，而skc108采用 了汽車底盤，使產(chǎn)品具杏機動性強、遠距離移位便捷的優(yōu)勢。sr系列旋挖鉆機的丁.作裝置主要包括變幅機構(gòu)、桅桿、主、輔卷揚、動力頭、隨動架、 加壓裝置、鉆桿、鉆具等（詳見“機械結(jié)構(gòu)章”

3、）。采用了平行四邊形變幅機構(gòu)、自行起落 折疊式桅桿；自動控制監(jiān)測主機功率、w轉(zhuǎn)定位及安企保護；自動檢測、調(diào)整鉆桿的垂直度; 鉆孔深度預(yù)置和監(jiān)測等新技水。彩色顯示屏直觀顯示工作狀態(tài)參數(shù)，整機操縱上采用先導控 制、負荷傳感，敁大限度地提高了操作的方便性、乂敏性和安全舒適性，充分實現(xiàn)丫人、機、 液、電一體化。sr系列旋挖鉆機所配食的短螺旋鉆頭、普通鉆斗、撈沙鉆斗等鉆具，可鉆進粘土層、 沙礫層、卵石層和中風化泥巖等不m地質(zhì)。第二節(jié)工作原理旋挖鉆機鉆進成孔工藝旋挖成孔首先是通過鉆機自冇的行走功能和桅桿變幅機構(gòu)使得鉆 具能正確的就位到樁位，利用桅桿導h'd下放鉆桿將底部帶科活門的桶式鉆頭置放到孔位

4、，鉆 機動力頭裝置為鉆桿提供扭矩、加壓裝置通過加壓動力頭的方式將加壓力傳遞給鉆桿鉆頭, 鉆失回轉(zhuǎn)破碎巖上，并直接將其裝入鉆久內(nèi)，然后再由鉆機提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提 出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù),不斷地取土、卸土,直至鉆至設(shè)計深度。對粘結(jié)性好的巖十層， 可采川干式或涪水鉆進工藝。而在松散易坍塌地層,則必須采川靜態(tài)泥漿護噪鉆進工藝。旋挖鉆機鉆進工藝與正反循環(huán)鉆進工藝的根木區(qū)別是，前者是利用鉆頭將破碎的巖土 h 接從孔n取出，而后者是依靠泥漿循環(huán)向孔外排除鉆渣。第三節(jié)機械系統(tǒng)的基本構(gòu)造一、機械結(jié)構(gòu)：sr系列旋挖鉆機的結(jié)構(gòu)從功能上分，分為底盤和工作裝置兩大部分。鉆機的主要部件有： 底盤（行走機構(gòu)、底

5、嫩、上車回轉(zhuǎn)）、工作裝置（變幅機構(gòu)、桅桿總成、主卷揚、輔卷楊、 動力頭、隨動架、鉆桿、鉆具等加壓）。圖1 sr系列旋挖鉆機結(jié)構(gòu)圖1、底盤2、變幅機構(gòu)3、桅桿總成4、隨動架5、動力尖6、鉆桿7、鉆具8、主卷揚9、 輔卷揚lbf錢】bn1wl底盤是鉆機工作裝置部分的安裝菽礎(chǔ)，巾行赴）購、底架、上車回轉(zhuǎn)組成，見圖2。行走的功能是實現(xiàn)鉆機的行走和移位。主要巾液壓馬達、減速機、驅(qū)動輪及張緊裝置、 般帶、承重輪、托鏈輪、導叫輪等部件組成。行走裝置通過液壓系統(tǒng)控制，w實現(xiàn)前行、后 行、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、原地水平旋轉(zhuǎn)等動作。行走機構(gòu)的腹帶其有張緊度調(diào)貨功能。當旭帶過于松弛吋，影響正常工作，需適時調(diào)整其張 緊度。

6、調(diào)整履帶張緊度時，川手壓黃油泵向張緊裝置的張緊油缸注油ui注入適量油脂。張緊 汕缸的注汕ui位s如圖“a”處。;毅用于安裝和支承履帶行走機構(gòu)，內(nèi)部裝有液壓油缸、液壓系統(tǒng)的“中心回轉(zhuǎn)接頭”。上 車的液壓系統(tǒng)的工作壓力汕液通過“屮心冋轉(zhuǎn)接頭”傳輸?shù)铰膸凶邫C構(gòu)和履帶伸縮機構(gòu)。 通過液壓汕缸的仲縮運動實現(xiàn)了履帶行走機構(gòu)的展寬和縮回。這一功能使鉆機在工作時展寬 兩履帶的外邊距，提高了整機工作的穩(wěn)定性；在車載運輸時縮回履帶，減小整機寬度，適應(yīng) 了公路交通法規(guī)的耍求。1叫轉(zhuǎn)臺是工作裝置部分的安裝基礎(chǔ)，發(fā)動機、液樂系統(tǒng)、駕駛室、變幅機構(gòu)、m轉(zhuǎn)機構(gòu)、配 重等部件直接安裝在其上。圖2 sr系列旋挖鉆機底盤1、s

7、r130/150型旋挖鉆機底盤型號為sy230r,采用的是三一集團sy230成熟的挖掘機底盤 改制而成。動力系統(tǒng)（發(fā)動機）采川的是g前國際上先進的動力裝a之一的康明斯 6bta5.9-c型渦輪增壓柴汕發(fā)動機，它能夠a感應(yīng)負載變化，并相應(yīng)調(diào)整功率的大小。2、sr200型旋挖鉆機底盤型號為sy310r,采用三一集團sy310成熟的挖掘機底盤改制而成。 動力系統(tǒng)（發(fā)動機）采用的是康明斯的超強力、人扭矩、電控、直噴、渦輪增壓、屮冷型 qsb5. 9-240型柴油機，可在高海拔地區(qū)工作。3、sr220c型和sr250型旋挖鉆機底盤型號為cat330c采用cat c9電噴渦輪增壓中冷柴 油發(fā)動機，也足鬥前

8、國際上敁先進的動力裝置之一。能夠感應(yīng)負載變化，并相應(yīng)調(diào)整輸出功 率的人小。該發(fā)動機噪音低，振動小，環(huán)保高效，性能穩(wěn)定可靠。sr420三、工作裝置工作裝置包括變幅機構(gòu)、桅桿總成、隨動架、動力頭、主卷揚、輔卷揚、加壓裝置、鉆桿、 鉆具等。1、變幅機構(gòu)變幅機構(gòu)是桅桿的安裝部件。由動臂、三角架、支撐桿、變幅油缸、桅桿油缸等組成,見圖3。通過變幅油缸、桅桿油缸的作用，可以使桅桿遠離或靠近機體和改變桅桿前后傾角，調(diào) 節(jié)桅桿的工作幅度或運輸狀態(tài)的整機髙度。圖3 sr系列旋挖鉆機變幅機構(gòu)i叫轉(zhuǎn)臺一動臂一支撐桿一三角架通過銷軸鉸接，組成一個平行四邊形機構(gòu)。當變幅汕缸伸縮 而改變工作幅度時，桅桿和三角架只作上下平

9、行移動。滿足了桅桿平移，升降的工況要求。2、桅桿總成桅桿總成由桅桿和滑輪架組成，見圖4。桅桿是鉆機的重要機構(gòu)，是鉆桿、動力尖的安裝支承部件及其工作進尺的導向部件。其上裝 有加灰汕缸，動力頭通過加灰汕缸義承在桅桿上，桅桿左右兩側(cè)有矩形導軌，對這兩個工作 機構(gòu)（動力頭、隨動架）的工作進尺起導向作用。圖4 sr系列旋挖鉆機桅桿桅桿為三段吋折疊式，分為上段、中段、下段，運輸狀態(tài)時，將上段、下段折疊安裝，以減 小運輸狀態(tài)吋整機長度。滑輪架結(jié)構(gòu)如閹5,安裝于桅桿的頂端，工作時用螺槍與桅桿聯(lián)接?；喖苌系闹骶頁P滑 輪和輔卷揚滑輪用以改變卷揚鋼絲繩運動方向，足提升、下降鉆桿和物件起吊的重要支撐部 件?；喖転?/p>

10、折咎式，運輸時與桅桿鉸接聯(lián)接，以降低運輸狀態(tài)吋整機的高度。圖5 sk系列旋挖鉆機滑輪架3、隨動架隨動架是鉆桿工作的輔助裝置，結(jié)構(gòu)如閣6, 一端裝冇軸承并與鉆桿螺栓聯(lián)接，對鉆桿起回 旋支承作川；另一端沒奮導槽與桅桿兩側(cè)導軌滑動聯(lián)接，運行于桅桿全長，是鉆桿工作的導 向部件，扶持鉆桿正常工作。圖6 sr系列旋挖鉆機隨動架4、動力頭動力失是鉆機敁重要的工作部件，結(jié)構(gòu)如圖7,它由液壓馬達、減速機、動力箱、緩沖 裝s、滑移架、聯(lián)接板、壓盤組成。動力箱內(nèi)奮一纟ii與回轉(zhuǎn)支承固定在一起的齒圈，齒圈與 輪轂固定，輪轂內(nèi)壁有三組驅(qū)動鍵。圖7 sr系列旋挖鉆機動力頭液壓馬達的商速旋轉(zhuǎn)通過減速機減速以后，減速機的動力

11、輸入給動力箱屮的齒輪軸，齒 輪軸小齒輪與齒閥嚙合，形成最p級減速。與輪轂岡定在一起的齒陶，在i叫轉(zhuǎn)支承的文撐 t被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，輪轂上的鍵驅(qū)動鉆桿旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)鉆機鉆孔工作的旋轉(zhuǎn)運動?；喖芫彌_裝置的作 用：當鉆孔深度超過 第一層鉆桿的長度 時，下鉆桿時會沖擊動力尖，特別是卞鉆時的意外情況，沖擊力更大，此吋緩解對動力失的沖擊，保護動力尖不 受到損壞?；萍苁莿恿︻^的導a部件，通過聯(lián)接板和銷軸與動力箱固定，在對鉆孔加壓和對動力頭起 拔12況時，沿桅桿導軌導向。ik盤的作用是鉆斗.卜.提時與鉆斗上的碰塊相撞，打開鉆斗卸渣。sr220c旋挖鉆機動力尖匹配兩種輸出轉(zhuǎn)速：一種是低速大扭矩，用干正常成孔作業(yè)； w

12、種是高速小扭矩，用于空載卸土。兩種轉(zhuǎn)速通過液壓系統(tǒng)進行切換，切換時冇3秒滯后 延吋。其它鉆機沒奮高速瓜土功能。5、主卷揚卷揚由液壓減速機構(gòu)、卷簡、卷揚支座、鋼絲繩、繩奩等組成，結(jié)構(gòu)如圖8。主卷揚的 功能是提升或下放鉆桿，是鉆機完成鉆孔丁作的重要組成部分，提升和下放鉆桿的工作由 液壓系統(tǒng)驅(qū)動和控制。在鉆機進行成孔工作時，須打開主卷揚制動器；使系統(tǒng)中主卷揚馬達 進、回汕通道互相導通，卷揚機系統(tǒng)處丁浮動狀態(tài)，這樣才能操作加壓油缸對鉆桿進行加壓, 以便鉆桿順利進行鉆進。閣8 sk系列旋挖鉆機主卷揚6、輔卷揚輔卷揚由液壓減速機構(gòu)、卷簡、卷揚支座、鋼絲繩、繩套等組成。輔卷揚置于三角架內(nèi)， 其功能是裝鉆具以

13、及其他不大于額定起重量的重物，是鉆機進行正常工作的輔助起重設(shè) 備。7、加壓裝置加壓裝置由加壓油缸和動力頭總成組成。加壓汕缸冋定于桅桿上，加壓汕缸活塞桿迕接于動力頭滑移架上。8、鉆桿部分:一、鉆桿的類型根據(jù)鉆孔吋采用的鉆進加壓方式不m，鉆桿分為三種類型：摩擦加壓式鉆桿（簡稱：摩擦 桿）、機鎖加壓式鉆桿（簡稱：機鎖桿，又稱：凱式鉆桿）和組合加壓式鉆桿（簡稱：組合 桿）。摩擦式鉆桿（見圖1） 一般川于較軟地層的鉆孔施工，可鉆進淤泥層、泥土、（泥）砂層、 卵（漂）石層。摩擦式鉆桿一般制成5節(jié)，14節(jié)桿每節(jié)鋼管長13米。鉆孔深度可達60米左右。1、扁失2、一桿擋環(huán)3、第一節(jié)鉆桿4、第二節(jié)鉆桿5、第三節(jié)鉆

14、桿6、第四節(jié)鉆桿 7、第五節(jié)鉆桿8、減振器總成9、一桿外鍵10、一桿內(nèi)鍵11、彈簧座（托盤）12、鉆桿彈簧13、方義 14、銷軸2 j 456 t s 91011121 h圖1摩擦式鉆桿機鎖式鉆桿（見圖2和圖3）不但可用于軟地層，也可用于較硬地層施丁。機鎖式鉆桿可鉆 進淤泥層、泥土、（泥）砂層、卵（漂）石層和強風化巖層。機鎖式鉆桿一般制成4節(jié)，1 3節(jié)桿每節(jié)鋼管長13米。鉆孔深度討達50米左右。i 2 i 456?89101112131、扁頭2、一桿擋環(huán)3、第一節(jié)鉆桿4、第二節(jié)鉆桿5、第三節(jié)鉆桿6、第四節(jié)鉆桿 7、減振器總成8、一桿外鍵9、一桿a鍵10、彈簧座（托盤）11、鉆桿彈簧 12、方頭

15、13、銷軸圖2固定點分段加壓式機鎖式鉆桿二、鉆桿結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)名詞解釋“鉆桿節(jié)桿號”：旋挖鉆機鉆桿是由數(shù)甘直徑大小不等的鋼管和內(nèi)外鍵制成的桿袞裝而成, 其各節(jié)桿的名稱從外向里分別定義為：第1節(jié)桿；第2節(jié)桿；第3節(jié)桿。鉆桿結(jié)構(gòu)如圖5 （摩擦桿）旋挖鉆機鉆桿通常為立徑大小不等的多縫圓鋼鈐套裝構(gòu)成，每w桿鋼矜的外圓按120° 均布w冇通長外鍵；除敁甩邊一節(jié)桿外，每節(jié)桿下管（長度5001000 mm）鋼管內(nèi)糾弧卜. 都焊接（或安裝）了內(nèi)鍵（內(nèi)鍵長度500900 mm）,形成120°均布的三個內(nèi)鍵槽，與其相1桿桿7#'41戀扁頭s桿擋環(huán)2捕環(huán)3桿擋環(huán) 4浦壞減振環(huán)總成1衧7減w

16、總成1抒賴 1桿內(nèi)鍵2桿斜2桿、2桿犧 2桿內(nèi)鍵3桿4桿擋環(huán)4桿外鍵迦鍵 5桿s捍外鍵（b）鄰閃桿的外鍵配裝，留有足夠的間隙，使外鍵能在內(nèi)鍵槽a全長a山伸縮滑動；除1桿外每節(jié)桿的上端部都焊接（或安裝）冇擋環(huán)；（a）鉆桿收縮狀態(tài)（b）鉆桿斷面結(jié)構(gòu) （c）鉆桿伸出狀態(tài)圖5摩擦桿結(jié)構(gòu)圖外鍵的作川：傳遞旋挖扭矩和加壓力；內(nèi)鍵的作用：（1）傳遞旋挖扭矩和加壓力，（2）與扣鄰內(nèi)桿鋼管的徑叫定位；擋環(huán)的作用：（1）與相鄰?fù)鈼U鋼管的徑向定位，（2）該桿完全從其外桿向卜伸出吋，擋環(huán)被其外桿內(nèi)鍵上端面擋住，阻止該桿從其外桿下管滑落脫岀。摩擦桿各節(jié)桿上的外鍵是焊在鋼管上閼周120°均布的3條（或6條）通長

17、鋼條，無臺階（無 加壓點）。機鎖桿各節(jié)桿上的外鍵是焊4:各節(jié)桿鋼管上圓周120°均布的3條（或6條）帶有加壓端而 （冇臺階）或齒面的鋼條。最里邊一節(jié)桿上端部焊裝有扁尖，其與提引器相連接，通過旋挖鉆機的主卷揚、鋼絲繩將鉆 桿吊起。其k端部焊裝有方頭，山它將動力頭傳來的旋挖扭矩和加壓力傳遞給鉆k。在該桿 的卜*部還裝奮減振彈簧和彈簧座（托盤），該兩零件托著其它各節(jié)鉆桿，在提、放鉆桿操作 時減小k它各節(jié)鉆桿的慣性沖擊，對提引器、鋼絲繩和主卷揚等零部件起緩沖保護作用。第1節(jié)桿上端部焊（裝）有可與隨動架的滾動支撐連接的法蘭盤，通過螺栓與隨動架連接; 在其上部安裝杏橡膠減振環(huán)，以減小鉆桿對動力頭

18、的沖擊。2、鉆桿的提升和伸放鉆桿4:完傘縮進狀態(tài)被安裝到旋挖鉆機上，整根鉆桿的重量通過最內(nèi)一節(jié)桿的扁失和提引器 相連接作用在主卷揚鋼絲繩上。最內(nèi)一節(jié)桿通過焊接（或安裝）在k上的圓盤和安裝的彈簧、 彈簧座（托盤）將其它各節(jié)桿托起（彈簧座的外徑與一桿鋼管外徑相同）。鉆桿下放（仲出）：鋼絲繩下放，鉆桿由于lb重整體下降，1桿在動力頭內(nèi)鍵套內(nèi)滑動下降。 當1桿上的減振環(huán)碰到動力尖上平而時，1桿被動力失托住，停止下降；鋼絲繩繼續(xù)下放， 其余各節(jié)桿在重力作用f起繼續(xù)下降。當?shù)?節(jié)桿的擋環(huán)碰到1桿下管內(nèi)鍵上端而時，2 桿被1桿擋住，停止不降；鋼絲繩繼續(xù)下放，其余各節(jié)桿在秉力作用k一起繼續(xù)卜降。當?shù)?3節(jié)桿的

19、擋環(huán)碰到2桿下管內(nèi)鍵上端面吋，3桿被2桿擋住，停止下降。如此繼續(xù)，直到各 節(jié)桿全部仲出，將安裝在最里邊一節(jié)桿7頭上的鉆具下放到孔底。由此可見，各節(jié)鉆桿的伸 出（下放）是由外向里進行的。鉆桿捉升（縮進）：（以5節(jié)桿為例）每次鉆進結(jié)束后，鋼絲繩提升，5桿帶著鉆具一起向上 提升，同時5桿h'd 4桿內(nèi)縮進。當5桿完全進入4桿內(nèi)時，安裝在5桿上的彈簧腳（托盤） 將4桿托起，帶著4桿一起上升，同時4桿、5桿一起向3桿內(nèi)縮進。如此繼續(xù)，直到5、4、3、2各甘桿全部縮進1桿內(nèi)，并且1桿也被彈笈座托起在動力頭內(nèi)鍵袞內(nèi)滑動上升，直至 鉆桿和鉆具全部提出地面。由此可見，各節(jié)鉆桿的提升（縮進）是由內(nèi)向外進行

20、的。三、鉆桿扭矩傳遞和加壓原理鉆機在鉆孔作業(yè)時，鉆桿要將動力頭的兩個作用力傳遞給鉆具，一個是圓周方14的旋挖扭 矩m （闕周力f）;另一個足軸叫的加壓力n。把這兩個作川力從第1節(jié)鉆桿傳遞給第2節(jié)鉆 桿；第2節(jié)鉆桿傳遞給第3節(jié)鉆桿最末一節(jié)鉆桿傳遞給鉆具。這兩個作用力的傳遞是靠外 w節(jié)桿下部的閃鍵和其里面一節(jié)桿的外鍵相互作用完成的。由于摩擦桿和機鎖桿加ik力傳 遞的作川原理不同，故分開論述。k面均以第1、2節(jié)鉆桿為例論述各節(jié)鉆桿傳遞旋挖扭矩 和加壓力的原理。摩擦式鉆桿（見圖6） 圖6 (a)是鉆桿在非工作狀態(tài)的示意圖。120°均布的三條通長外鍵和120°(b)正轉(zhuǎn)一旋授、加壓狀

21、態(tài)示意圖閣6摩擦桿扭矩傳遞和加壓原理示意閣均布的三組|aj鍵分別焊接在2桿鋼管外岡和1桿鋼管內(nèi)圓上，§ 2是內(nèi)外鍵甲.邊間隙。圖6 (b)足鉆桿在旋挖、加壓狀態(tài)的示意圖。動力爻通過k內(nèi)鍵套的鍵汍將旋挖扭矩m傳 遞給1桿，1桿轉(zhuǎn)動，當右側(cè)內(nèi)鍵頂上2桿外鍵后(見圖6 (b)繼續(xù)轉(zhuǎn)動，把扭矩傳遞給 了 2桿。2桿轉(zhuǎn)動，把扭矩傳遞給3桿，加壓力是靠內(nèi)外鍵側(cè)的摩擦傳遞的。傳遞的加壓力(n)的大小計算如下：假設(shè)：(1)鉆桿、鉆具承受孔底土石料的負載反扭矩為：mf=22tm；(2) 1、2桿扭矩傳遞作用半徑為:r=195皿=0. 195m;(3) 鋼-鋼摩擦系數(shù)為：k=0. 11 (在有泥漿潤滑條

22、件吋)；則：f 圓周力二m/r=22/0. 195=112.82 (t), f 正壓力=f 圓周力=112. 82 (t); f 摩擦力=kxf 正壓力=0.11x112. 82=12. 41 (t)；n= f 摩擦力=12.41 (t)以上足以sr220c旋挖鉆機為例，并且假定負載反扭矩與其敁大輸出扭矩相等，即mf=m=22tm 計算的加壓力。實阿上負載反扭矩比機器的s大輸!i!扭矩要小得多，因為較松軟的泥砂地s 不會對鉆具形成多大的負載反扭矩；較硬實的風化巖層鉆具截說在上邊打滑，不易進尺，也 不能形成多大的負載反扭矩。負載反扭矩小閼周力小-正壓力小->f摩擦力小一n加壓 力小，所以摩擦式鉆桿傳遞的加壓力很小。序擦式鉆桿的進尺加灰力主要來自于最末一節(jié)鉆 桿和鉆具的自身重量(4>440-5x13m摩擦桿的第5節(jié)桿重量為:1.8t左右，一個5m的 撈砂鉆斗的重量為：2t左右，加起來共3. 8t左右)。加壓油缸提供給動力久的加壓力雖然很大（2