從旋挖鉆機上車回轉機構變更看制造技術發展

李德明/LI De-ming

(山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272000)

旋挖鉆機是一種適合建筑基礎工程的高效成孔設備，污染少、功能多等優點，目前廣泛應用于大規模重點工程、市政及工民建基礎工程建設。國產旋挖鉆機起步于20世紀80年代。1988年，北京城建工程機械廠開發了履帶起重機附著式旋挖鉆機，20世紀90年代中期，鄭州勘察機械有限公司從英國BSP公司引進附著式旋挖鉆機的生產技術，但由于此技術比較落后，配套起重機協調困難，沒有形成批量生產。1998年，徐工集團開發成功了國內第一臺真正意義上的旋挖鉆機RD18，但由于受到當時國內發動機、液壓件、鉆桿、動力頭等配套件及工藝制造水平的限制，沒有批量生產。2003年以前我國的旋挖鉆機主要以進口為主，價格昂貴，但其施工工法未曾推廣。直至國家青藏鐵路的建設，由于對周邊的環境、土質等評估要求過高，提出旋挖鉆機施工工法，一方面展示了旋挖鉆機的優越性，另一方面也使國內的生產廠家意識到基礎施工機械也有很大的發展空間。

1 進口改制階段（2003～2006年）

2003年之后一些企業紛紛開發旋挖鉆機，由于當時制造技術和設備水平的限制，底盤只能依靠進口。隨著機電液一體化在工程機械中的應用，其回轉的實現是通過全液壓回轉裝置來實現的，具體由上平臺、回轉支承和回轉機構等組成，回轉支承的外座圈用螺栓與轉臺連接，帶齒的內座圈與底架用螺栓連接，內外座圈之間設有滾動體。設備工作時作用在轉臺上的垂直載荷、水平載荷和力矩通過回轉支承的外座圈、滾動體和內座圈傳遞給底架，回轉機構的殼體固定在轉臺上，用小齒輪與回轉支承內座圈上的齒圈相嚙合。小齒輪既可繞自身的軸線自轉，又可繞轉臺中心線公轉，當回轉機構工作時，轉臺就相對底架進行回轉。旋挖鉆機作為機電液一體化高度集成的施工設備，用于完成深基礎樁的鉆孔作業，孔深可達數十米，桅桿等工作裝置較高，上車回轉是在作業中使用很頻繁的動作，初期由于回轉嚙合齒隙（1～2mm）與挖機一致導致其回轉定位精度和整機晃動較大，嚴重影響了鉆孔作業成樁質量和工作效率，同時回轉機構（減速機、小齒輪和安裝螺栓）故障居高不下。

2 自制探索階段（2006～2009年）

隨著“十一五”期間我國投巨資進行鐵路、公路、電力、城市公共設施等建設，尤其高鐵建設為我國旋挖鉆機的發展帶來前所未有的機遇。高鐵客運專線有80%以上為橋梁，橋樁的直徑大多在1.5m以下，深度60m以內，恰好適合旋挖鉆機施工。但由于底盤、發動機等關鍵零部件的數量限制，眾多鉆機廠家使用國產成熟挖機底盤改造成小型鉆機，投入制造設備進行自主設計研制中大型鉆機，結合旋挖鉆機自身工況和挖機底盤的劣勢，自主進行上車布局設計，但由于加工設備的限制，仍無法保證回轉機構的安裝精度要求中心距±0.15mm，為了保證回轉齒隙要求需要，采取如下結構進行彌補。

旋挖鉆機回轉減速機安裝座見圖1，由上安裝座、套筒、下安裝座焊接而成。

圖1 減速機安裝座結構

具體實施方式如下：?D1、?D2、?D3、?D4各孔中心線為O2，?D的外圓周中心線為O1，內孔中心線與外圓周中心線O2之間的偏移量為2.5mm，成為偏心輪結構，當其圍繞內孔中心線O2時，外圓周中心線O1圍繞內孔中心線O2以偏移量為半徑轉動，外圓周輪廓在轉動的同時并擺動，便于調節與小齒輪的嚙合間隙。調整到設計要求0.3～0.5mm時現場點固焊接回轉減速機安裝座，回轉平臺測量回轉圓周均布3～4點達到要求即可。提出馬達減速機，對安裝座進行全方位焊接處理。解決回轉支撐與減速機小齒輪配合間隙不方便調節的技術問題。首先將該安裝座用螺栓固定在轉臺上，當要調整與減速機小齒輪的嚙合間隙的時候，只要轉動安裝座即可快速地將配合間隙調整到設計要求，并提高安裝回轉減速機的工作效率，此結構已獲得國家知識產權保護。

經過市場的驗證，自制底盤基本能夠適合旋挖鉆機的施工工況，但也存在回轉馬達減速機緊固螺栓被剪斷和配焊偏心套開焊的嚴重問題，經過分析研究，將此問題歸咎于硬地質層施工工況時地層對鉆機的沖擊較大，導致螺栓松動，長時間未被發現引起被剪切；另外現場配焊偏心套時對焊接人員、參數和環境要求較高，針對這種情況調整對減速機的安裝方式，選擇其中均布6個安裝孔現場配鉸為錐形定位銷軸（圖2），從而避免此類事件的發生。

圖2 現場配焊示意圖

3 先進制造階段（2009年至今）

由于國內基礎建設的持續拉動，樁工機械由傳統意義的小批量多品種發展到目前的批量規模生產模式，尤其是行業前三名年產銷量已達300臺以上，且實現了上線裝配作業模式，由此也引發了一些問題。例如，回轉偏心套裝配現場配焊形式已成為裝配進度的瓶頸和環境的污染源；鉆機上車重量大，工作狀態時需要頻繁地回轉，減速及輸出扭矩通過回轉支撐與小齒輪的嚙合傳遞到回轉平臺上，經常出現由于回轉精度的不穩定性導致小齒輪斷齒或旋轉軸斷裂的嚴重事故。

隨著制造業的發展、工藝水平的提高和大型數控加工中心的應用，這些問題迎刃而解。實現方案為：回轉馬達減速機自偏心結構來實現，如圖3所示，馬達旋轉軸、減速機軸和減速機下安裝直口圓為一個中心線O1，小齒輪軸中心線為O2，O2相對于O1偏心2.5mm，回轉平臺安裝孔采取大型加工設備確保回轉減速機與回轉支撐中心距加工精度，如圖4所示；具體通過旋轉減速機的方向利用其自身旋轉軸的2.5mm偏心量來補償加工和裝配累計誤差，達到調整小齒輪與回轉支撐嚙合間隙，符合設計參數要求，整個操作過程簡單易行，并經過2年多的市場驗證，施工過程中從未出現上車回轉故障問題。

圖3 回轉機構新結構

圖4 上車平臺示意圖

4 結 語

旋挖鉆機是現階段基礎工程中樁基的主流施工設備，隨著工民建和國家基礎設施的持續投入，其使用范圍將更廣，但產品自身的升級換代受各個方面因素的制約，尤其是工藝制造水平。眾所周知，現代企業要始終把工藝創新上升到戰略的高度，才能制造出有市場競爭力的產品，永葆公司的持續發展。