旋挖钻机得基本构造及工作原理结合目前国内市场需求情况,由北京市三一重机有限公司独立研发生产得旋挖钻机于2003年3月1日成功下线,目前已经形成SR280、SR330、SR250、SR220C、SR200C、SR150及SR130C等系列化产品投入市场,稳居市场占有率第一位。
第一节概述SR系列旋挖钻机就是北京市三一重机有限公司独立研发得新一代地基基础施工机械产品,在设计与制造上吸取了国内外著名品牌产品得优点,主要性能达到国际同类产品水平。
关键零部件均采用国际知名品牌得产品,确保了整机得高可靠性。
SR系列旋挖钻机可广泛应用于城市高层建筑、铁路、公路、桥梁等桩基础工程得钻孔灌注桩成孔得施工,具有成桩速度快、施工效率高、环保节能等特点,在地基基础行业树立了新得民族品牌.SR系列旋挖钻机得结构从功能上分,主要包括底盘与工作装置两大部分。
从使用底盘得不同又可分为履带式与汽车底盘式两种规格,SR130、SR150、SR200C、SR220C、SR220R、SR250、SR280R、SR280C、SR350旋挖钻机等皆采用了液压伸缩履带式底盘,而SRC108采用了汽车底盘,使产品具有机动性强、远距离移位便捷得优势。
SR系列旋挖钻机得工作装置主要包括变幅机构、桅杆、主、辅卷扬、动力头、随动架、加压装置、钻杆、钻具等(详见“机械结构章")。
采用了平行四边形变幅机构、自行起落折叠式桅杆;自动控制监测主机功率、回转定位及安全保护;自动检测、调整钻杆得垂直度;钻孔深度预置与监测等新技术。
彩色显示屏直观显示工作状态参数,整机操纵上采用先导控制、负荷传感,最大限度地提高了操作得方便性、灵敏性与安全舒适性,充分实现了人、机、液、电一体化。
SR系列旋挖钻机所配套得短螺旋钻头、普通钻斗、捞沙钻斗等钻具,可钻进粘土层、沙砾层、卵石层与中风化泥岩等不同地质。
第二节工作原理旋挖钻机钻进成孔工艺旋挖成孔首先就是通过钻机自有得行走功能与桅杆变幅机构使得钻具能正确得就位到桩位,利用桅杆导向下放钻杆将底部带有活门得桶式钻头置放到孔位,钻机动力头装置为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动力头得方式将加压力传递给钻杆钻头,钻头回转破碎岩土,并直接将其装入钻头内,然后再由钻机提升装置与伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土,这样循环往复,不断地取土、卸土,直至钻至设计深度。
对粘结性好得岩土层,可采用干式或清水钻进工艺.而在松散易坍塌地层,则必须采用静态泥浆护壁钻进工艺。
旋挖钻机钻进工艺与正反循环钻进工艺得根本区别就是,前者就是利用钻头将破碎得岩土直接从孔内取出,而后者就是依靠泥浆循环向孔外排除钻渣.第三节机械系统得基本构造一、机械结构:SR系列旋挖钻机得结构从功能上分,分为底盘与工作装置两大部分.钻机得主要部件有:底盘(行走机构、底架、上车回转)、工作装置(变幅机构、桅杆总成、主卷扬、辅卷杨、动力头、随动架、钻杆、钻具等加压)。
二、底盘底盘就是钻机工作装置部分得安装基础,由行走机构 、底架、上车回转组成,见图2.行走机构得功能就是实现钻机得行走与移位。
主要由液压马达、减速机、驱动轮及张紧装置、履带、承重轮、托链轮、导向轮等部件组成.行走装置通过液压系统控制,可实现前行、后行、左转弯、右转弯、原地水平旋转等动作。
行走机构得履带具有张紧度调节功能。
当履带过于松弛时,影响正常工作,需适时调整其张紧度。
调整履带张紧度时,用手压黄油泵向张紧装置得张紧油缸注油口注入适量油脂.张紧油图4 SR系列旋挖钻机桅杆桅杆为三段可折叠式,分为上段、中段、下段,运输状态时,将上段、下段折叠安装,以减小运输状态时整机长度。
滑轮架结构如图5,安装于桅杆得顶端,工作时用螺栓与桅杆联接。
滑轮架上得主卷扬滑轮与辅卷扬滑轮用以改变卷扬钢丝绳运动方向,就是提升、下降钻杆与物件起吊得重要支撑部件。
滑轮架为折叠式,运输时与桅杆铰接联接,以降低运输状态时整机得高度。
图5 SR系列旋挖钻机滑轮架3、随动架随动架就是钻杆工作得辅助装置,结构如图6,一端装有轴承并与钻杆螺栓联接,对钻杆起回旋支承作用;另一端设有导槽与桅杆两侧导轨滑动联接,运行于桅杆全长,就是钻杆工作得导向部件,扶持钻杆正常工作.挡环得作用:(1)与相邻外杆钢管得径向定位,(2)该杆完全从其外杆向下伸出时,挡环被其外杆内键上端面挡住,阻止该杆从其外杆下管滑落脱出.摩擦杆各节杆上得外键就是焊在钢管上圆周120°均布得3条(或6条)通长钢条,无台阶(无加压点)。
机锁杆各节杆上得外键就是焊在各节杆钢管上圆周120°均布得3条(或6条)带有加压端面(有台阶)或齿面得钢条。
最里边一节杆上端部焊装有扁头,其与提引器相连接,通过旋挖钻机得主卷扬、钢丝绳将钻杆吊起.其下端部焊装有方头,由它将动力头传来得旋挖扭矩与加压力传递给钻具。
在该杆得下部还装有减振弹簧与弹簧座(托盘),该两零件托着其它各节钻杆,在提、放钻杆操作时减小其它各节钻杆得惯性冲击,对提引器、钢丝绳与主卷扬等零部件起缓冲保护作用.第1节杆上端部焊(装)有可与随动架得滚动支撑连接得法兰盘,通过螺栓与随动架连接;在其上部安装有橡胶减振环,以减小钻杆对动力头得冲击。
2、钻杆得提升与伸放钻杆在完全缩进状态被安装到旋挖钻机上,整根钻杆得重量通过最内一节杆得扁头与提引器相连接作用在主卷扬钢丝绳上。
最内一节杆通过焊接(或安装)在其上得圆盘与安装得弹簧、弹簧座(托盘)将其它各节杆托起(弹簧座得外径与一杆钢管外径相同)。
钻杆下放(伸出):钢丝绳下放,钻杆由于自重整体下降,1杆在动力头内键套内滑动下降。
当1杆上得减振环碰到动力头上平面时,1杆被动力头托住,停止下降;钢丝绳继续下放,其余各节杆在重力作用下一起继续下降.当第2节杆得挡环碰到1杆下管内键上端面时,2杆被1杆挡住,停止下降;钢丝绳继续下放,其余各节杆在重力作用下一起继续下降。
当第3节杆得挡环碰到2杆下管内键上端面时,3杆被2杆挡住,停止下降.如此继续,直到各节杆全部伸出,将安装在最里边一节杆方头上得钻具下放到孔底.由此可见,各节钻杆得伸出(下放)就是由外向里进行得。
钻杆提升(缩进):(以5节杆为例)每次钻进结束后,钢丝绳提升,5杆带着钻具一起向上提升,同时5杆向4杆内缩进.当5杆完全进入4杆内时,安装在5杆上得弹簧座(托盘)将4杆托起,带着4杆一起上升,同时4杆、5杆一起向3杆内缩进。
如此继续,直到5、4、3、2各节杆全部缩进1杆内,并且1杆也被弹簧座托起在动力头内键套内滑动上升,直至钻杆与钻具全部提出地面。
由此可见,各节钻杆得提升(缩进)就是由内向外进行得.三、钻杆扭矩传递与加压原理钻机在钻孔作业时,钻杆要将动力头得两个作用力传递给钻具,一个就是圆周方向得旋挖扭矩M(圆周力F);另一个就是轴向得加压力N。
把这两个作用力从第1节钻杆传递给第2节钻杆;第2节钻杆传递给第3节钻杆…最末一节钻杆传递给钻具。
这两个作用力得传递就是靠外面一节杆下部得内键与其里面一节杆得外键相互作用完成得。
由于摩擦杆与机锁杆加压力传递得作用原理不同,故分开论述.下面均以第1、2节钻杆为例论述各节钻杆传递旋挖扭矩与加压力得原理。
摩擦式钻杆(见图6)(3)钢—钢摩擦系数为:k=0、11(在有泥浆润滑条件时);则:F圆周力=M/R=22/0、195=112、82(t),F正压力= F圆周力=112、82(t); f摩擦力=k×F正压力=0、11×112、82=12、41(t);N= f摩擦力=12、41(t)以上就是以SR220C旋挖钻机为例,并且假定负载反扭矩与其最大输出扭矩相等,即Mf=M=22tm计算得加压力。
实际上负载反扭矩比机器得最大输出扭矩要小得多,因为较松软得泥砂地层不会对钻具形成多大得负载反扭矩;较硬实得风化岩层钻具截齿在上边打滑,不易进尺,也不能形成多大得负载反扭矩。
负载反扭矩小→F圆周力小→F正压力小→f摩擦力小→N加压力小,所以摩擦式钻杆传递得加压力很小。
摩擦式钻杆得进尺加压力主要来自于最末一节钻杆与钻具得自身重量(φ440-5×13m摩擦杆得第5节杆重量为:1、8t左右,一个φ1.5m得捞砂钻斗得重量为:2t左右,加起来共3、8t左右)。
加压油缸提供给动力头得加压力虽然很大(20t),但经过动力头内键套键齿侧与1杆外键侧得摩擦传递与各杆内外键侧得摩擦传递提供给钻具得进尺加压力却很小,所以使用摩擦杆不能在较硬地层施工作业.摩阻式钻杆加压方式,由于钻杆作旋转运动,钻杆键侧与动力头轮毂得键产生正压力,正压力产生摩擦力,由于加压油缸对动力头得加压动作,此摩擦力实现钻杆钻孔工作得进给运动.机锁式钻杆加压方式,加压油缸得加压力通过动力头得轮毂端面与钻杆加压点接触,实现钻杆钻孔工作得进给运动。
由于此方式需解锁,有时解锁不彻底,容易造成卡钻,只有当钻孔进给阻力大时才采用.通过加压油缸活塞杆得伸出,实现钻孔时得进给加压。
加压油缸活塞杆缩回,起拔动力头,在埋钻得情况下,也可以用来起拔。
加压油路上装有平衡阀,在不向加压油缸供油得情况下,可以将动力头可靠地锁定在加压行程得任意位置上。
钻杆就是钻机向钻具传递扭矩与压力得重要部件。
其结构与功用见“第五章钻杆及其应用”。
SR250旋挖钻机出厂标准配用得钻杆就是磨阻式五节钻杆(14米×5节),钻孔有效深度可达68米。
SR220C旋挖钻机出厂标准配用得钻杆就是磨阻式五节钻杆(13米×5节),钻孔有效深度可达58米。
可以配用得钻杆就是磨阻式五节钻杆(14米×5节),钻孔有效深度可达68米.SR200旋挖钻机出厂标准配用得钻杆就是磨阻式四节钻杆(13米×4节),钻孔有效深度可达48米。
可以配用得钻杆就是磨阻式五节钻杆(13米×5节),钻孔有效深度可达58米。
SR130旋挖钻机出厂标准配用得钻杆就是磨阻式四节钻杆(11米×4节),钻孔有效深度可达42米.9、钻具钻具就是决定成孔效率得关键部件.钻具有捞砂斗、土钻斗、螺旋斗、筒钻、清底钻斗、扩孔钻头等。
可根据不同地质情况配置不同得钻具,使钻机在大多数地质条件下都能高效作业。