旋挖鉆機自動加壓技術研究

孫黎明

摘 要：旋挖鉆機是一種灌注樁成孔施工用設備。而旋挖鉆機自動加壓技術可在灌注樁孔內將鉆頭下降至預定深度后自動加壓，促使旋起土體擠壓入鉆頭內，施工效率較高，且移動方便。本文以旋挖鉆機自動加壓技術為研究對象，闡述了旋挖鉆機自動加壓技術應用機理。并結合具體旋挖鉆機自動加壓系統，對旋挖鉆機自動加壓技術實現及應用效果進行了簡單的分析。

關鍵詞：旋挖鉆機；自動加壓；動力頭

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.022

1 旋挖鉆機自動加壓技術應用機理

旋挖鉆機自動加壓系統主要包括液壓履帶式伸縮底盤、伸縮式鉆桿、垂直度自動檢測、垂直度自動調整、自動起落可折疊鉆桅、控制裝置、比例調壓裝置、加壓油缸環向閥（加壓負載反饋油口）、孔深數碼顯示器等幾個模塊。在實際運行中，垂直度自動檢測及調整裝置直接與加壓負載反饋油口相連，將獲取的旋挖鉆機動力頭負載信息傳遞給控制裝置?？刂票壤{壓裝置調定壓力。并根據旋轉鉆機動力頭負載狀態，自動調整加壓油缸加壓壓力。最后驅動伸縮式鉆桿、液壓履帶式伸縮底盤、自動起落可折疊鉆桅運動，實現自動加壓控制。

2 旋挖鉆機自動加壓技術應用措施

2.1 系統概述

某工程基礎施工用旋挖鉆機自動控制系統為150kNm旋挖鉆機液壓系統，該旋挖鉆機液壓系統軸向柱塞變量泵容積效率、機械效率分別為0.96、0.98；主泵最大流量為250.354L/min；先導泵流量及功率分別為21.26L/min、1.29kW；冷卻泵流量及功率為33.56L/min、9.06kW；牽引力為246.58kN，驅動輪扭矩為50.987kN·m。

2.2 旋挖鉆機自動加壓技術實現過程

旋挖鉆機自動加壓技術主要是通過檢測動力頭工作壓力，判斷動力頭輸出扭矩狀態。在輸出扭矩低于設定值時判定加壓力偏小，經PLC控制器，調整電比例溢流閥電流，促使加壓力增加。反之則判定加壓力偏大，經PLC控制器，調整電比例溢流閥電流，促使加壓力減小。在具體實施過程中，首先，技術人員可將電比例溢流閥P口，與多路閥下端面加壓聯下方相連。隨后將LS反饋油口設置在加壓聯二次溢流閥門一側。同時調節旋挖鉆機至加壓動作，促使加壓缸憋壓，觀察記錄電比例溢流閥電壓隨電流變化曲線，如圖1所示。

通過對圖1數據進行分析，可得出電流有效范圍在90.0mA-310.0mA之間，對應壓力區間為2.1MPa-10.4MPa。在壓力區間確定后，將換向閥閥口開至最大，驅動油缸全速運行。即提升加壓缸空壓壓力至20.0MPa，將加壓壓力控制下限定位6.00MPa。并下放壓力至6.00MPa。

其次，技術人員可動力頭閥塊測壓口與壓力傳感器相連接。同時依據預先編寫的控制程序，載入PLC控制器。隨后在顯示器中選擇自動加壓模式（高速模式、普通模式、入巖模式）。其中顯示器高速加壓模式旋挖鉆機動力頭壓力設定為12.0MPa，為自動加壓模式；顯示器普通加壓模式中，旋挖鉆機動力頭壓力設定為20.0MPa，為自動加壓模式；顯示器入巖模式中，旋挖鉆機動力頭壓力設定為260MPa，為自動加壓模式。具體旋挖鉆機動力頭壓力設定值主要通過設定扭矩，計算得出。

最后，技術人員可利用壓力傳感器，檢測加壓缸自動壓力調節模式下的旋挖鉆機動力頭壓力。并將壓力信號反饋給控制器，將其與顯示器高速加壓、普通加壓、入巖模式下旋挖鉆機動力頭壓力設定值進行對比分析。在旋挖鉆機動力頭實際測量壓力在程序設定值以下時，進行壓力增大；而在旋挖鉆機動力頭實際測量壓力在程序設定值以上時，減小壓力。以達到旋挖鉆機動力頭恒定扭矩輸出，旋挖鉆機平穩鉆進的目的。

2.3 旋挖鉆機自動加壓技術加壓效果測試

在旋挖鉆機自動測試過程中，主要選擇XR300型150kNm旋挖鉆機，配置鉆具為1.1m截齒鉆頭及機鎖桿，實驗地層為強風化巖層。非自動加壓模式下，在5.0m/h的施工效率，記錄旋挖鉆機手動操作動力頭壓力與加壓壓力比例關系。隨后在自動加壓模式下，操縱旋挖鉆機加壓手柄控制在最大開度，記錄旋挖鉆機動力頭壓力、加壓壓力間比例關系，具體測試結果見圖2。

如圖2所示，圖2上部為自動加壓壓力曲線，而下部為旋挖鉆機動力頭運行壓力曲線。通過對圖2中數據間分析可得出，在旋挖鉆機自動加壓模式下，隨著旋挖鉆機動力頭工作壓力的變化，加壓壓力可實現自動適應性調整。如在12s時間拐點，旋挖鉆機動力頭壓力增加，加壓力自適應進行減??；而在58s時間拐點，旋挖鉆機動力頭壓力減小，加壓力自適應進行壓力。且整體旋挖鉆機施工效率由5.0m/h提升至6.0m/h。整體旋挖鉆機加壓模式效率提升20.0%以上。且由于試驗區域地質情況影響，旋挖鉆機施工壓力變化空間較小。

3 總結

綜上所述，旋挖鉆機是市政建設、公路橋梁、地下連續墻、鐵路等基礎施工主要用設備，而旋挖鉆機施工自動加壓技術的應用，可以有效提高旋挖鉆機施工效率。因此，根據不同地層及同一地層的不同深度變化，施工技術人員可綜合分析鉆頭大小、斗齒角度、切削力需求等因素，依據理論力學、彈塑性力學、材料力學理論，引入PLC控制程序，設定高速加壓、普通加壓、入巖模式等不同加壓模式。并根據具體巖層特點，調整加壓參數設定值，保證基礎施工效率。

參考文獻：

[1]朱紹鑫.淺談旋挖鉆機在福建區域的施工工法[J].福建建材，2018（03）：212.