DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)介紹

1、全球最大DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)介紹劉可可、陳建海、金立源、張迅（徐州盾安重工機(jī)械制造有限公司 江蘇徐州）摘要：本文主要介紹徐州盾安重工機(jī)械制造有限公司自主研發(fā)的DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，主要包括其技術(shù)參數(shù)、機(jī)械部件、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和輔助機(jī)具的介紹。該機(jī)型主要適應(yīng)于特殊地層和復(fù)雜環(huán)境下施工，其性能穩(wěn)定可靠，施工效率高。關(guān)鍵詞：全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)；技術(shù)參數(shù)；機(jī)械部件；輔助機(jī)具1 引言隨著城市化進(jìn)程的加速，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境施工項(xiàng)目日益增多，全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)以環(huán)保、可靠、高效的鉆進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，我國(guó)急需經(jīng)濟(jì)實(shí)用的大型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。在國(guó)內(nèi)全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)屬于全新產(chǎn)品，

2、國(guó)內(nèi)尚無(wú)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的廠家，技術(shù)及應(yīng)用上具有一定的挑戰(zhàn)性。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的成功研發(fā)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)技術(shù)空白，極大沖擊全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)市場(chǎng)，減少進(jìn)口，滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)生產(chǎn)和銷(xiāo)售。DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)安全保護(hù)措施齊全、操作方便、施工效率高，該機(jī)具有以下主要特點(diǎn)：（1）原裝美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力強(qiáng)勁，性能穩(wěn)定。（2）日本原裝川崎液壓系統(tǒng)，可靠性高。（3）與浙江大學(xué)國(guó)家電液控制工程技術(shù)研究中心合作開(kāi)發(fā)的全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)電液壓控制系統(tǒng)，性能穩(wěn)定、可靠、操作簡(jiǎn)便。（4）瞬間增強(qiáng)系統(tǒng)，碰到障礙物時(shí)，可瞬間加大起拔力和扭矩，清除障礙物。（5）多套馬達(dá)減速機(jī)可以提供足夠的扭矩，傳遞給

3、套管強(qiáng)大的回轉(zhuǎn)力，可適應(yīng)復(fù)雜地層及切削障礙物。（6）該機(jī)型具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，突破發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)封鎖，創(chuàng)造出多個(gè)國(guó)內(nèi)和國(guó)際第一。2 整機(jī)構(gòu)成DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是集全液壓動(dòng)力和傳動(dòng)，機(jī)電液聯(lián)合控制于一體的新型轉(zhuǎn)機(jī)。該鉆機(jī)由主要結(jié)構(gòu)和主要輔助機(jī)具設(shè)備組成，包括液壓動(dòng)力站、工作裝置和輔助機(jī)具三大部分（專利號(hào)：ZL 2011 2 0273729.8）。圖2.1展示DTR3205H鉆機(jī)全貌。圖2.1 DTR3205H鉆機(jī)下圖2.2為DTR3205H鉆機(jī)元件示意圖。頂層支架底座傳動(dòng)箱體楔形副夾緊走臺(tái)護(hù)欄減速機(jī)和馬達(dá)立柱支腿油缸快換接頭電器柜應(yīng)急系統(tǒng)加油口散熱口圖2.2 DTR3205H鉆機(jī)

4、元件示意圖3 型號(hào)構(gòu)成與介紹DTR3205H盾安重工首字母全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)最大直徑為3200L:輕型H:重型4 技術(shù)參數(shù)DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。表1 盾安DTR320H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)型號(hào)單位參數(shù)備注鉆孔直徑mmØ2000Ø3200回轉(zhuǎn)扭距kN·m9080/5368/3034瞬間10593回轉(zhuǎn)速度rpm0.6/1.0/1.8最大下壓力kN1100+自重600起拔力kN7237瞬間8370壓拔行程mm750工作裝置質(zhì)量kg96000含楔形副夾緊發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)Cummins QSM11-335兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)功率kW/rpm2×272

5、/1800發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率g/kwh2×216最大功率時(shí)液壓動(dòng)力站質(zhì)量kg13000控制方式有線遙控選裝無(wú)線遙控工作裝置尺寸（長(zhǎng)×寬×高）mm5960×4551×4380初始狀態(tài)液壓動(dòng)力站尺寸（長(zhǎng)×寬×高）mm4800×2860×23405 DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)5.1安全可靠的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)（專利號(hào)ZL 2012 2 0627579.0）DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)采用了自主研發(fā)設(shè)計(jì)的負(fù)載保護(hù)裝置（圖5.1），其包括置于液壓油路中的液壓驅(qū)動(dòng)入口和電磁比例溢流閥，負(fù)載保護(hù)裝置還包括感

6、測(cè)來(lái)自液壓油路壓力并反饋至所述電磁比例溢流閥以實(shí)現(xiàn)溢流調(diào)壓的壓力傳感器。通過(guò)液壓系統(tǒng)壓入管路上壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋的負(fù)載大小，精確控制套管刀頭的載荷，防止過(guò)載情況的發(fā)生。B-CON刀頭載荷系統(tǒng)（圖5.2），可以使套管的壓入力保持一定的數(shù)值，不隨套管質(zhì)量的增加而變化，通過(guò)維持適宜的壓入力，防止刀頭因超負(fù)荷而損壞；馬達(dá)泄油的油路中帶有超壓自卸裝置，使油路中的壓力維持在設(shè)定壓力之下，保護(hù)馬達(dá)等硬件不受損傷。由于采用安全穩(wěn)定的新型液壓系統(tǒng)，為鉆機(jī)提供更穩(wěn)定的輸出，運(yùn)行更平穩(wěn)，安全性更高。圖4.1 負(fù)載保護(hù)裝置 4.2 刀頭載荷系統(tǒng)1-液壓驅(qū)動(dòng)入口;2-刀頭負(fù)載入口;3-電磁比例溢流閥溢流口;4-御值調(diào)整

7、裝置。5.2套管防回彈技術(shù)全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在進(jìn)行大扭矩高深度施工時(shí)，由于地質(zhì)情況的不可預(yù)見(jiàn)性，隨著深度的增加，套管所受的阻力隨之加大，套管會(huì)由于阻力過(guò)大導(dǎo)致鋼管彈性變形，此時(shí)如果停止回轉(zhuǎn)，鋼管會(huì)在短時(shí)間發(fā)生回彈，液壓馬達(dá)會(huì)被扭曲的鋼管帶動(dòng)瞬間高速回轉(zhuǎn)，極易導(dǎo)致馬達(dá)報(bào)廢。為了解決這一難題，采用專用液壓閥（圖5.3）使鋼管彈性力緩慢釋放，有效保護(hù)液壓馬達(dá)。專用液壓閥圖5.3 鉆機(jī)防回彈裝置5.3自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)（專利號(hào)ZL 2012 2 0628282.6）全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在工作時(shí)，由于地基不平，造成套管的垂直度有偏差，而影響成孔垂直度，這將對(duì)施工帶來(lái)非常大的危害，也對(duì)以后的工程質(zhì)量帶來(lái)隱患。為了保證全套管

8、全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)套管的垂直度，增加套管垂直度檢測(cè)和調(diào)平系統(tǒng)（圖5.4）。自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)由安裝于鉆機(jī)工作裝置上的角度傳感器通過(guò)連接線與微處理器相連，同時(shí)微處理器又與水平顯示儀表、調(diào)平控制開(kāi)關(guān)和比例電磁閥相連。角度傳感器通過(guò)電纜線將信息實(shí)時(shí)的傳遞到微控制處理器的信號(hào)采集口，同時(shí)受調(diào)平開(kāi)關(guān)的控制，而將得出的數(shù)據(jù)顯示在水平顯示儀表上，并根據(jù)數(shù)據(jù)大小輸出對(duì)應(yīng)大小的電流去驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵，由比例電磁鐵推動(dòng)比例液壓閥而改變使伸縮油缸的狀態(tài)，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)平的目的。自動(dòng)調(diào)平儀圖5.4 調(diào)平系統(tǒng)DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，采用自主研發(fā)設(shè)計(jì)的一種全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)調(diào)平裝置（圖5.5），其包括驅(qū)動(dòng)所述全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)工作

9、的液壓油路, 所述液壓油路包括動(dòng)力油路和調(diào)平油路以及將所述液壓油路在動(dòng)力油路和調(diào)平油路之間切換的電磁換向閥。新型調(diào)平裝置在得電狀態(tài)下，保證鉆機(jī)調(diào)平功能的實(shí)現(xiàn)，在不得電的情況下來(lái)自恒壓泵的油路同回轉(zhuǎn)油路聯(lián)通，提高了恒壓變量泵輸出能量使用效率。 圖5.5 調(diào)平裝置圖5.5說(shuō)明如下：1 表示連接去往液壓油箱的回油油路的油口；2 表示連接來(lái)自恒壓變量泵出油口油路的油口；3 表示連接去往接頭安裝板快速接頭端口油路的油口；4 表示連接去往回轉(zhuǎn)電液閥塊油路的油口；5 表示連接去往接頭安裝板快速接頭端口油路的油口。5.4套管楔形夾緊裝置（專利號(hào)ZL201120273730.0）本鉆機(jī)采用自主研發(fā)設(shè)計(jì)的套管夾緊

10、裝置（圖5.6），工作時(shí)，向夾緊油缸4 的無(wú)桿腔同步送入高壓油，夾緊油缸4 的活塞桿伸長(zhǎng)，缸體推動(dòng)升降平臺(tái)1 上移，連桿3 和楔塊7 跟隨升降平臺(tái)1 上的上回轉(zhuǎn)支承2 同步上移，此時(shí)楔塊7 的斜面脫離大齒圈10 斜面的限制，變徑隔套8 在自重作用下自動(dòng)向外移動(dòng)與套管12脫離。將套管12 放入六只變徑隔套8 之間，向夾緊油缸4 的有桿腔同步送入高壓油，夾緊油缸4 的活塞桿回縮，缸體拉動(dòng)升降平臺(tái)1、連桿3、楔塊7 和變徑隔套8 下移，在下行的過(guò)程中，楔塊7 的斜面在大齒圈10 斜面的限制下和變徑隔套8 同時(shí)內(nèi)移，變徑隔套8 內(nèi)弧面逐漸接近套管12 外壁，直至達(dá)到設(shè)定的夾緊狀態(tài)。由于六個(gè)楔塊7 同時(shí)

11、受力，保證套管12變形小，對(duì)中性好。，隨著夾緊油缸4 供油壓力的增大，壓緊套管12 的夾緊力增大。圖5.6 DTR3205H鉆機(jī)楔形夾緊結(jié)構(gòu)示意圖本鉆機(jī)工作裝置底座創(chuàng)新性采用楔形副夾緊裝置（圖5.7），采用支腿油缸進(jìn)行調(diào)平，具有更好的定位效果，進(jìn)而提高了鉆機(jī)的抗震性及穩(wěn)定性，使得鉆機(jī)作業(yè)更為穩(wěn)定，故能夠確保作業(yè)時(shí)的打樁精度及工作效率。圖5.7 DTR3205H鉆機(jī)楔形副夾緊裝置其中：1、副夾緊裝置；2、底座；3、主夾緊裝置；1-1、夾緊油缸及導(dǎo)向柱；1-2、升降基板；1-3、楔塊固定架；1-4、連桿；1-5、銷(xiāo)軸；1-6、楔塊；1-7、導(dǎo)向板；1-8、變徑塊；1-9、楔塊壓板。采用與主夾緊相同

12、的楔形結(jié)構(gòu)，具有對(duì)中性好，夾緊力大等優(yōu)點(diǎn)，自身含有導(dǎo)向柱，可保證夾緊的同步進(jìn)行，套管的拉拔力越大，夾緊力也就越大。通過(guò)同時(shí)使用主夾緊裝置及副夾緊裝置可以更好地完成抱起套管的工作，提高工作效率。通過(guò)變徑塊的使用，可以提高鉆機(jī)本體的適應(yīng)性。見(jiàn)圖5.8 楔形副夾緊結(jié)構(gòu)圖5.8 楔形副夾緊結(jié)構(gòu)5.5雙動(dòng)力系統(tǒng)、四五泵切換技術(shù)液壓動(dòng)力站采用原裝美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力強(qiáng)勁，性能穩(wěn)定，并采用雙發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的模式（圖5.9），保證回轉(zhuǎn)及圧拔動(dòng)力需求；在一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)檢修時(shí)，另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供動(dòng)力，保證施工的連續(xù)性。兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作情況下，可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)泵四泵模式壓拔泵雙泵模式及回轉(zhuǎn)泵五泵模式壓拔泵單泵模式切換

13、，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)模式及經(jīng)濟(jì)模式的切換?；剞D(zhuǎn)由四泵切換為五泵模式后，回轉(zhuǎn)速度加快，切削效率提高。圖5.9 雙動(dòng)力系統(tǒng)5.6專用運(yùn)輸工裝DTR3205H鉆機(jī)受重量與尺寸限制，整體運(yùn)輸不方便。盾安重工采用分拆單獨(dú)運(yùn)輸，寬度和高度控制在3.5m，連接管路采用快換接頭形式，方便裝拆。極大地解決運(yùn)輸難題。如圖5.10轉(zhuǎn)運(yùn)支架，圖5.11三大件轉(zhuǎn)運(yùn)示意圖。圖5.10轉(zhuǎn)運(yùn)支架圖5.11三大件轉(zhuǎn)運(yùn)示意圖5.7 專用液壓系統(tǒng)液壓動(dòng)力站內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)若干液壓泵，經(jīng)過(guò)液壓軟管連接到工作裝置上，將動(dòng)力傳遞到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。液壓動(dòng)力站采用原裝美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力強(qiáng)勁，性能穩(wěn)定，雙動(dòng)力源保證回轉(zhuǎn)及圧拔動(dòng)力需求；在一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)檢修

14、時(shí)，另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供動(dòng)力，保證施工的連續(xù)性。液壓系統(tǒng)原理框圖如圖5.12所示。 圖5.12 DTR3205H鉆機(jī)液壓原理框圖該鉆機(jī)采用的液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)模式及經(jīng)濟(jì)模式的切換。雙發(fā)動(dòng)機(jī)雙泵組同時(shí)工作時(shí)，為工作裝置提供了大的功率的大的流量需求，可根據(jù)實(shí)際工況實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)泵四泵壓拔泵雙泵模式及回轉(zhuǎn)泵五泵壓拔泵單泵模式切換，回轉(zhuǎn)由四泵切換為五泵模式后，回轉(zhuǎn)速度加快，切削效率提高?；剞D(zhuǎn)泵屬于長(zhǎng)時(shí)間工作的工作裝置，壓拔泵屬于間歇式工作的工作裝置，采取減少一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間工作的工作裝置實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，相反工作效率提升。成小孔工況時(shí)，采用單發(fā)動(dòng)機(jī)工作，降低能耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。在施工中可根據(jù)實(shí)際工況采用不同的發(fā)動(dòng)

15、機(jī)工作狀態(tài)，極大地降低該設(shè)備的功耗，在使用回轉(zhuǎn)泵五泵模式壓拔泵單泵模式下又能對(duì)設(shè)備的性能增強(qiáng)，提升設(shè)備的工作效率。5.8 高可靠性電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)核心是高速控制器TTC60，符合IEC61508的超高安全級(jí)別，可以確保分布式系統(tǒng)和獨(dú)立系統(tǒng)的模塊安全，內(nèi)置診斷系統(tǒng)，高防護(hù)等級(jí)封裝，適用于工程機(jī)械的震動(dòng)和沖擊環(huán)境。通過(guò)液壓系統(tǒng)壓入管路上壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋的負(fù)載大小，精確控制套管刀頭的載荷，防止過(guò)載情況的發(fā)生。該鉆機(jī)采用遙控盒進(jìn)行有線遙控的方式進(jìn)行控制，配置調(diào)平控制器進(jìn)行調(diào)平，保證機(jī)體的垂直度和作業(yè)的穩(wěn)定性，同時(shí)設(shè)置應(yīng)急系統(tǒng)控制面板，限制作業(yè)時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況，起到安全保護(hù)的作用（圖5.13）。圖5.1

16、3 DTR3205H鉆機(jī)外置電器6 DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)與日本車(chē)輛同類型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)對(duì)比與同類型日本車(chē)輛全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)相比，盾安DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)具有回轉(zhuǎn)扭矩、起拔力大的優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)表2 盾安DTR3205H與日本車(chē)輛RT-320H鉆機(jī)參數(shù)的對(duì)比。表2 盾安DTR3205H與日本車(chē)輛RT-320H鉆機(jī)參數(shù)的對(duì)比公司名稱型 號(hào)鉆孔直徑（mm）回轉(zhuǎn)扭矩（kN·m）回轉(zhuǎn)速度（rpm）套管下壓力（ kN）套管起拔力（kN）壓拔行程（mm）盾安重工DTR3205HØ2000Ø32009080/5368/3034 瞬時(shí)105930.6/1.06/1

17、.81100+600（自重）7237瞬時(shí)8370750日本車(chē)輛RT-320HØ2300Ø32008030/5220/3030 瞬時(shí)85100.6/0.9/1.51100+510（自重）5520瞬時(shí)6550750由表2可知，盾安重工DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)與同型號(hào)日車(chē)RT-320H相比，回轉(zhuǎn)扭矩和起拔力更大，鉆孔直徑范圍更廣，適應(yīng)于硬巖與惡劣地層的樁施工和深樁及摩擦力較大樁壁的套管起拔。7 結(jié)論徐州盾安重工機(jī)械制造有限公司自主研發(fā)的DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是一種力學(xué)性能功能好、成孔深度大、成孔直徑大的新型樁功機(jī)械，集取土、進(jìn)巖、成孔、護(hù)壁、吊裝鋼筋籠、灌注混凝土等作業(yè)工序于一體，效率高、工序輔助費(fèi)用低。結(jié)