山河智能螺旋地樁鉆機

趙宏強，高淑蓉，林宏武

（1.中南大學機電工程學院，湖南長沙410083；2.山河智能裝備股份有限公司技術中心，湖南長沙410100）

1 概述

隨著太陽能利用的普及與推廣，太陽能硅光板架設量愈來愈大，目前硅光板的支撐大量采用螺旋地樁。螺旋地樁結構簡單、成本低，施工速度快，不需水泥澆注，避免污染環境，并且可回收利用，對地表破壞少，易于恢復原地形地貌。另外螺旋地樁還廣泛應用于簡易房屋基礎、帳篷、籬笆、鐵絲網、高速公路與鐵路隔離網、路標、路牌、廣告牌、燈箱、旗桿、電桿等固定支撐上。目前小型螺旋地樁的鉆進大量采用人工手動旋入鉆進，中型螺旋地樁采用電動工具旋入鉆進，大型螺旋地樁采用專門機器旋入鉆進。為了提高工作效率、降低勞動強度和提高作業的安全性，所有螺旋地樁都可以采用螺旋地樁鉆機鉆進。

2 山河智能螺旋地樁鉆機結構

本文介紹一種結構緊湊、機動性好、旋轉扭矩大、轉速高、能滿足多種螺旋地樁鉆進要求、作業范圍廣、能耗低、鉆進速度快、效率高、操縱輕便靈活、維護簡便、使用成本低、環境友好的螺旋地樁鉆機。它包括行走底盤、推土鏟、平臺旋轉機構、平臺、司機室、動力系統、液壓系統、動臂、動臂舉升油缸、鉆架、鉆架仰俯油缸、旋轉動力頭、油缸鋼絲繩推進系統、導向器、傾角傳感器、顯示屏和操作控制系統等。

螺旋地樁鉆機利用通用的液壓挖掘機為基礎，在挖掘機的動臂前端用鉆架、推進系統和旋轉動力頭取代挖掘機的斗桿和鏟斗來進行螺旋地樁的鉆進。采用挖掘機行走底盤，驅動力大，機動靈活，性能穩定可靠。底盤上安裝有推土鏟，可以平整地面，支起時可以穩定機器，便于定位。底盤與平臺之間采用液壓馬達驅動的平臺旋轉機構，使平臺相對底盤可360度全旋轉，工作靈活方便。動臂與平臺間裝有動臂舉升油缸，通過油缸伸縮，可使動臂上升或下降，從而提升或下放鉆架。動臂與鉆架之間裝有鉆架仰俯油缸，鉆架上安裝有傾角傳感器，通過油缸的伸縮可使鉆架進行仰俯運動，使鉆架到達指定的工作點和指定的鉆進角度，安裝在司機室內的顯示屏可顯示鉆架的傾斜度，便于操作人員操作機器，能快速定位和抵住工作面，有利于鉆進定位和提高鉆進精度。它作業范圍廣，一次行走定位能鉆多個螺旋地樁，節省輔助作業時間，提高工作效率。鉆架角度可調，能滿足多方位鉆進螺旋地樁的要求。旋轉動力頭通過液壓馬達和齒輪減速機使螺旋地樁驅動聯結裝置旋轉，帶動螺旋地樁轉動，進行旋轉鉆進。旋轉扭矩大、轉速高，鉆進速度快。螺旋地樁驅動聯結裝置能快速安裝和脫開螺旋地樁，不需要擰多個螺栓，節省作業時間，提高工作效率。不同尺寸和安裝形式的螺旋地樁，可采用相應尺寸和安裝形式的螺旋地樁驅動聯結裝置。旋轉動力頭的推進與提升采用油缸、動滑輪、鋼絲繩型式，通過油缸的伸縮，使旋轉動力頭上升或下降，進行鉆進和提升。旋轉動力頭正轉，油缸鋼絲繩推進時，可把螺旋地樁旋入地中。旋轉動力頭反轉，油缸鋼絲繩提升時，可把螺旋地樁旋出地面，進行螺旋地樁的回收。油缸鋼絲繩推進系統性能穩定可靠，故障率低。導向器能防止螺旋地樁偏移，便于準確定位鉆進，導向器可開合，便于螺旋地樁的進出，導向器的開合可采用手動式或液壓油缸驅動。鉆機液壓控制系統能調節推進壓力、推進速度和旋轉轉速，以適應螺旋地樁鉆進或旋出的要求，滿足旋轉一周鉆進一個螺旋地樁螺距的需要。鉆機所有動作控制由先導手柄控制，操作輕松，靈活方便。鉆機配有帶空調的司機室，作業環境大為改善，提高操作人員的舒適性和安全性，提高了工作效率。

這種鉆機取下動臂前端的鉆架，重新裝上斗桿和鏟斗，又可作挖掘機使用，或裝上液壓破碎錘，作為破碎機來使用，一機多能，擴大了機器的使用范圍。

圖1 SWDL300螺旋地樁鉆機結構

3 SWDL300螺旋地樁鉆機主要技術參數

功率16kW/2200rpm

行走速度高速4.7km/h

行走速度低速2.6km/h

爬坡能力30度

推進行程2000mm

大螺旋樁規格φ114X1600mm

小螺旋樁規格φ76X2000mm

回轉扭矩3000N.m

回轉速度30rpm

提升能力10kN

提升速度3m/min

4 山河智能螺旋地樁鉆機技術特點

SWDL螺旋地樁鉆機設計中采用全新的設計理念，運用人性化模塊化設計和機電液一體化設計、人機與自然相融合的原則，將產品的性能與可靠性、靈便性、舒適性、安全性、保障維護性等人機工程有機結合起來，設計與生產一流的產品。本項目技術處于國內領先、國際先進水平，主要關鍵技術與創新點有：

（1）整機基于挖掘機系統，更換工作裝置可實現挖掘和鉆進作業，機器機動靈活，上車360°全回轉；

（2）所有動作包括行走、推土鏟、上車回轉、工作裝置、地樁回轉與推進等采用液壓先導閥，集中在駕駛室內操作，操作輕便靈活，減少操作力，使控制更加平穩，同時減少了操作人員的疲勞；

（3）駕駛室內裝有鉆架角度顯示儀，操作直觀，能快速定位，定位精度高，節省作業時間；

（4）安裝和拆卸螺旋地樁時不需要擰多個螺栓，節省輔助時間，提高工作效率，降低勞動強度。針對不同直徑或安裝型式的螺旋地樁，配備不同的接樁裝置，更換驅動聯結裝置簡單、方便、快捷；

（5）鉆機配備螺旋地樁導向裝置，保證鉆進的垂直度；

（6）鉆具回轉采用低速大扭矩馬達，旋轉扭矩大、轉速高，鉆進速度快，效率高；

（7）推進采用油缸-鋼絲繩傳動，故障低，安全，可靠性高；

（8）鉆機液壓控制系統能調節推進壓力、推進速度和旋轉轉速，能適應螺旋地樁鉆進或旋出的要求；

（9）在遇到堅硬的地面時，在旋轉動力頭的前端可以安裝供氣的旋轉接頭和潛孔沖擊器，接上移動式空氣壓縮機，就可在硬地上鉆孔，然后再旋入螺旋地樁，解決螺旋地樁在堅硬地面鉆不進的問題；

（10）鉆機采用原裝進口的發動機，性能穩定，可靠性高，液壓系統主泵、主閥、回轉馬達、行走馬達均采用原裝進口產品，性能穩定，可靠性高，作業效率高。

圖2 SWDL300螺旋地樁鉆機

5 山河智能螺旋地樁鉆機應用情況

山河智能裝備股份有限公司和中南大學開發的螺旋地樁鉆機是一種理想的螺旋地樁鉆進安裝設備。目前該鉆機已批量出口到泰國、日本、西班牙等國家，具有機動靈活、作業效率高、操作舒適、運行成本低的優點，為用戶帶來了良好的經濟效益和社會效益。如保威新能源公司采用山河智能螺旋地樁鉆機在青海工地短短40天內就完成了10MW西北光伏電站的螺旋地樁基礎和支架的全部安裝工作，為整個項目的提前并網發電創造了條件。