旋挖鉆機桅桿的結構設計

鄭會芬

摘要：旋挖鉆機廣泛應用于我國的公路、鐵路、橋梁等大型建筑的基礎樁施工中，具有廣闊的發展前景。在基礎樁施工過程中，桅桿是旋挖鉆機關鍵的承力部件、是鉆桿和動力頭安裝的支撐部件、是隨行架滑動的導向部件，它對旋挖鉆機的安全性和施工性能具有十分重要的意義，本文主要介紹了旋挖鉆機桅桿的結構、工作原理和特性分析。

關鍵詞：旋挖鉆機；桅桿；結構設計

1.引言

近年來隨著經濟的不斷發展，我國旋挖鉆機行業發展的速度突飛猛進，但是，與國外先進的制造技術相比，我國仍處于起步階段，特別是在旋挖鉆機桅桿的結構設計方面，我們一直處在學習、借鑒的階段，對旋挖鉆機桅桿的結構設計研究還有待進一步提高和深入。

2.旋挖鉆機桅桿的結構和工作原理

2.1桅桿的結構

旋挖鉆機桅桿的結構如圖1所示，整條桅桿可以折疊，共分為五段：鵝頭、上桅桿、中桅桿、主卷揚機架、下桅桿。整機運輸時，將鵝頭、上桅桿、主卷揚機架、下桅桿按一定的形狀折疊起來，以減小運輸狀態時整機的尺寸。桅桿和鵝頭這兩個部件是旋挖鉆機重要的部件，桅桿主要是作為鉆具的運動導向，是安裝隨行架、動力頭和鉆桿的依托部件，為了提高施工鉆進作業的工作效率，將動力頭與加壓油缸相連接，動力頭采用雙減速機、雙馬達驅動、扭矩更強，可靠性更高，當旋轉鉆桿鉆進時可以提供較大的扭矩，以提高工作效率。

桅桿是旋挖鉆機中重要的部件之一，在工作時，各種載荷最后都會施加到桅桿上，它對整機的安全性和鉆孔施工質量具有十分重要的作用，同時桅桿整體的剛度也直接影響旋挖鉆機的正常施工，旋挖鉆機在施工過程中會有真空負壓和孔壁阻力對其產生影響，在對硬土層或者巖石層鉆進時要進行加壓，桅桿的彎曲度過大會導致隨行架、鉆桿、動力頭等工作裝置不能沿著導軌移動，很可能導致安全事故的發生，一旦桅桿出現故障，維修時間長、成本高，對工程施工來說是一個巨大的損失。因此，我們應該從整體上提高桅桿的剛度，防止桅桿出現變形，因而對旋挖鉆機桅桿的結構進行設計、力學特性分析也就顯得十分必要。

2.2桅桿的工作原理

桅桿在起架工作時，動臂的變幅油缸、動臂和三腳架都保持在不動的狀態，伸長桅桿的變幅油缸，從而使桅桿和水平方向上的角度不斷變大，最后當桅桿與地面垂直時，閉鎖桅桿的變幅油缸，旋挖鉆機進入工作狀態，為了擴大旋挖鉆機的工作范圍，在確定好下鉆的位置之后，我們可以通過桅桿油缸來實現桅桿的前后和左右傾斜，一般情況下，桅桿可以左右傾斜±5°、前傾5°、后傾15°。桅桿在下放鉆桿工作時，提引器吊著最內層的鉆桿沿著桅桿的方形導軌向下移動，在運動過程中按照鉆孔的目標深度標準打開鉆桿，完成下鉆的工作任務，在進行鉆進的過程中，為了方便切削巖土層，利用動力頭的旋轉來提供鉆進時的扭矩，當切削未風化的硬度較大的巖層時，切削力會很大，這時可以利用加壓油缸通過動力頭給鉆桿和鉆頭施加壓力，完成鉆頭的加壓鉆進工作；當切削過程中不需要加壓鉆進，可以通過加壓油缸上安裝的平衡閥把加壓油缸鎖定在加壓行程中的某個位置。鉆斗在裝滿渣土進行提升時，首先利用主卷揚鋼絲繩使系統提升，然后讓鉆桿一邊收縮一邊通過鋼絲繩向上提升，最后，提引器沿著導軌上升讓鉆桿提升到鉆孔的外面，旋轉至空地以完成卸土的工作。

3.桅桿的結構特性分析

桅桿的重量大約占整機總重量的15%左右，在保證滿足桅桿結構的力學性能的情況下，對旋挖鉆機進行結構優化，應盡可能的減輕桅桿的重量，節約材料、改善桅桿結構應力分布不均勻等現象，這對工程建設來說具有十分重要的意義。桅桿橫截面以矩形為例，強度校核如下：

4.總結

本文主要介紹了旋挖鉆機的關鍵部件，桅桿的結構、工作原理和特性分析，對桅桿橫截面進行了強度校核，保證桅桿滿足力學特性，防止桅桿變形，有效的降低了故障的發生率。在今后的設計工作中，我們應該借鑒國外先進的設計經驗，提高我們旋挖鉆機產品的質量，為工程建設提供良好的服務和增值。

參考文獻：

[1]黃國雄.淺析國內外旋挖鉆機的結構特點.中國水運（理論版），2006.（5）：168-169

[2]黃志文.大型旋挖鉆機設計中幾個問題的研究.基礎工程（樁工機械行業品牌展示與論文精選），2010.（11）：95-98

[3]董明鶴.NR220旋挖鉆機桅桿結構分析及焊接工藝性研究.長春吉林大學，2005