旋挖鉆機司機室設計

摘要：旋挖鉆機具有鉆進、回轉、卷揚提升、加壓、履帶行走、伸縮履帶、桅桿定位等多種動作，集合了多種工程機械的功能。由于旋挖鉆機作業時重心高，且需鉆桿前伸作業，加之復合及連續動作較多，操作難度較大，通常需要經過培訓的專業機手操作。而對于設計者，司機室的設計就顯得非常重要。本文旨在探討根據人機工程學如何使機手操作更加便捷，同時有效避免誤操作。

關鍵詞：旋挖鉆機； 駕駛室；人機工程；設計

1.引言

旋挖鉆機主要用于基礎樁施工中的鉆孔作業。在市政建設、橋梁、高鐵和高速公路建設中應用廣泛。相比于其他鉆機，旋挖鉆機成孔質量高，鉆進工藝無環境污染，整機機動性好，效率高，功能集中，所需輔助設備少，屬于先進的樁工機械。

參見圖1所示的旋挖鉆機，整機包括履帶行走下車體，帶可回轉動力平臺的上底盤，用于調整桅桿位置及垂直度的變幅油缸、扶正油缸和四連桿機構，桅桿，驅動鉆桿回轉的動力頭，為加壓鉆進的加壓油缸，主卷揚、輔卷揚機構等，加壓油缸給鉆桿加壓進行加壓鉆進。旋挖鉆機基本操作和作業過程為：整機以運輸狀態（參見圖2）運輸至工作場地，自行開下平板車，并在鉆場內自行行走，至各孔位作業地點；作業前起升桅桿至一定傾角，將兩側履帶伸出至最大寬度；起升桅桿，安裝鉆桿；調整桅桿角度至垂直于地面；動力頭驅動鉆桿回轉鉆進，鉆桿的提升下降由主卷揚完成；一次鉆進完成鉆具鉆滿后由主卷揚提出鉆筒或鉆頭，提至一定高度；上底盤回轉，整個上車包括桅桿、鉆桿、鉆具跨越履帶回轉到車的一側，將鉆具內的巖土倒卸在一旁，再回轉到孔位繼續鉆進。完成一個孔位鉆進后，鉆機行走至其他孔位，完成鉆場各孔的鉆進成孔。輔卷揚可進行輔助起重作業，如起吊鉆具、鋼筋籠及輔助設備等。

2.司機室布置

2.1總體布置

根據人機工程學原理，參照成熟挖掘機的司機室設計，對旋挖鉆司機室進行總體布置，參見圖3，設計如下：

履帶行走操縱裝置設置在司機座椅前方，并設有手操縱桿和腳踏板兩種操縱方式，非工作狀態時，各控制手柄都處在中間位置，安全鎖處于鎖定位置。

綜合顯示屏位于司機右前方視角范圍內，便于隨時觀察各種運行參數和調整操作。

三個操縱箱分別位于司機座椅的右前、左側和右側，布置各種電器原件及開關和按鈕、旋鈕。左右操作手柄為鉆進作業時的主要操作手柄，需布置在司機左右手操作舒適的位置，可分別與左右控制箱布置為一體，既節省空間又布置美觀。

由于旋挖鉆施工處于整個工程項目的前期，環境比較惡劣，工地設施也比較簡陋、空曠，往往冬季十分寒冷，而夏季又酷熱難耐，駕駛室內溫度更是如此，故駕駛室應考慮設置空調及音響裝置，改善操作環境。空調及音響裝置擬布置于司機座椅后面空間，但空調出風口需由風管引至司機前方不同部位，并設可調導風口，滿足冷暖風的不同吹風部位要求。空調制冷壓縮機由發動機皮帶輪組之一驅動，而制熱熱源可直接取自發動機帶有壓力的循環水，溫度可達80攝氏度。由于冷熱媒不同，一為烷烴類制冷劑，一為發動機循環水，設計司機室內散熱器時，應分開冷熱媒散熱管路。

2.2操作手柄的功能

除開關、按鈕及履帶行走外，鉆進操作時司機主要使用左右手柄完成作業。根據設備功能及操作習慣，設計左右手柄功能。

普通直動式液壓換向閥在工程機械工作的壓力下，操縱力均在25N以上，長期操作或持握，易使操作手產生疲勞，且影響操縱精準度，從而影響施工進度甚至工程質量。本次設計擬采用先導操縱手柄，可理想地減小操縱力，使操縱力在5N以下，可以大大增加操縱靈活度，減緩操作手的疲勞，從而使操作手精力更加集中[25]。具體設計如圖5所示，原則為盡量使右手柄完成需頻繁、長時間或精準的操作功能，左手柄完成短時、間歇的操作功能。如圖4所示，左手柄實現（1）鉆進前的桅桿傾角的調整，即扶正油缸的調整；（2）一次鉆進完成后底盤需回轉到車體一側，將鉆筒或螺旋鉆頭內的土渣倒掉，左手柄完成底盤的回轉操作；（3）右手柄操縱動力頭回轉鉆進時，左手柄可操縱加壓油缸進行加壓，增加鉆壓力。右手柄完成主要鉆進作業，即（1）一次鉆進前后主卷揚的提繩和放繩，實現鉆桿及鉆具的快速穩定的提升和下放，這直接決定著鉆進作業進展的速度和鋼絲繩的使用壽命；（2）鉆進時動力頭的回轉操縱，控制著鉆進速度和鉆進力；（3）右手柄以上兩項操作為鉆機的主要操作項目，此外，通過切換先導油路，主卷揚和動力頭回轉操作在鉆孔完成后，可分別切換為輔卷揚和變幅油缸的操作。鉆孔完成后，右手柄可操作變幅油缸，使鉆桿、鉆具收回，離開孔位，再操作輔卷揚進行鋼筋籠和輔具或混凝土管等的吊裝，完成灌樁作業。

右前箱儀表盤有觸摸開關分別控制電油門電源、雨刮器電機、噴水電機、消警。為能適應夜晚工作，系統在司機室、底盤上設置照明燈，可根據需要由司機操作左操縱箱面板上的翹板開關來控制。分別為前大燈開關和工作燈開關，司機室頂燈開關在頂燈上。司機室內設置有冷暖空調，接通右前箱的空調電源開關 ，由左操作箱的空調制冷開關和風量開關控制室內溫度（冬季打開柴油機后側熱水閥，制冷開關旋至最小，調節風量開關室內制熱）。司機室內還設置收放機，收放機開關在收放機上。點動左手柄左按鈕控制喇叭，提醒周圍人員注意安全。

系統工作前，按下左操縱箱側面的安全開關，先導油電磁閥接通，左右操作手柄方可進行操作，否則操作無效。

當翹板開關扳至位置時，開關指示燈亮，同時電磁閥得電，輔卷揚工作；扳至 位置時，電磁閥失電，主卷揚工作。

當翹板開關扳至位置時，開關指示燈亮，同時電磁閥得電，桅桿變幅油缸工作；扳至 位置時，電磁閥失電，動力頭工作。

當翹板開關扳至 位置時，開關指示燈亮，同時電磁閥得電，履帶伸縮變幅；搬至 位置時，電磁閥失電，履帶行走。

柴油機儀表實時顯示柴油機冷卻水溫度、燃油油位、柴油機轉速、工作計時、蓄電池充電指示，當有冷卻水溫超限、機油壓力低、燃油油位低、回油過濾堵、液壓油溫高、電池電壓低于22V等故障出現時，與之相應的指示會顯示，同時報警蜂鳴器響，用靜音鍵可關閉報警音。

設綜合顯示屏，能實時顯示桅桿傾斜角度、鉆桿深度、動力頭轉速、泵壓力。當桅桿前、后、左、右傾斜及桅桿前移限位閉合、動力頭油溫高、過濾器堵塞時，聲音報警提示司機。

3.結語

通過綜合人機工程學及操作習慣，設計科學合理的駕駛室布置，有助于操作者操作設備時減緩疲勞，集中精力，科學的設計還可避免誤操作，對于保護設備和人員安全都起到重要作用。

4.參考文獻

[1] 力士樂產品樣本.行走機械用液壓及電子控制元件，2010

[2] 賈林輝.XZ-15旋挖鉆機的設計，河北科技大學碩士畢業論文，2012