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1、国内外旋挖钻机结构特点的探讨本文以国内外旋挖钻机现有的底盘机构、钻桅、自行起落架、主副卷扬、动力头、钻杆、发动机系统等机构为背景，分析了国内外旋挖钻机常见的结构特点，为国内企业开发起到一定的借鉴作用。作者介绍，徐工研究院在调查研究的基础上已开发出RD15，RD18，RD22旋挖钻机，RD系列产品的旋挖钻机的整机主要由底盘、动力头、钻架、发动机系统、钻杆自动存取装置、钻杆自动润滑装置、虎钳、锚固装置、钻具、液压系统、电气系统及泥浆系统等部件组成。主要结构特点：1、底盘结构。旋挖钻机的底盘一般为液压驱动，轨距可调，刚性焊接式车架，履带自行式的结构。底盘主要包括车架及行走装置，行走装置主要包括履带张
2、紧装置、履带总成、驱动轮、承重轮托链轮及行走减速机等组成。目前国内旋挖钻机的底盘结构大小不一样，履带板宽度为8001200mm。如意大利SOILMEC R622HD旋挖钻机的底盘采用的是摆动伸缩式底盘，尺寸相对较小，驱动轮节距为216，单边10个支重轮2个托链轮，底盘高度相对较低。底盘伸缩采用的是摆动式，在行走过程中实现底盘的伸缩；行走减速机采用意大利BONFIGLIOLI公司产品。意大利的CMV公司的旋挖钻机采用228.6节距的驱动轮，支重轮、托链轮及链轨、履带板拟全部采用柏壳优士吉公司的进口件。单边11个支重轮2个托链轮，底盘伸缩仍采用通过油缸伸缩来实现，底架采用框架结构。CMV TH22
3、的车架为箱形主体结构，上部布置有回转支承支座，中心回转体支座，车架的前、后部设置有履带伸缩箱形框架机构，车架主体两边上部固定托链轮，下部补丁支重轮，前部设置了导向轮及其张紧装置，后部设置了驱动轮及其传动装置。MAIT公司采用自行设计的多功能底盘，稳定性好，重量轻，可配预留装置实现多功能，并具有上下车水平调整系统可进行倾斜调节。意马公司采用卡特彼勒履带底盘。意大利、德国制造的各类旋挖钻机的履带底盘均可以伸缩。国内的三一SYR220型旋挖钻机选用卡特彼勒330C底盘、C-9电喷发动机、内藏式液压可伸缩履带结构，宽履带提供较低的接地比压，提高施工时整机的稳定性和舒适性，且便于施工和运输。总之，国内外
4、生产的旋挖钻机大多数应用的是专用底盘，轨距可调，能根据施工情况对底盘进行宽度调整，以增加钻机的整体稳定性，驾驶室前窗配有防坠物保护；也有少数厂家应用的是起重机底盘或挖掘机底盘。发动机系统：旋挖钻机的发动机系统一般包括发动机、散热器、空滤器、消音器、燃油箱等。一般旋挖钻机设计时发动机选用国外的增压中冷式样水冷发动机，选用进口CUMMMINS发动机，为了适应不同用户代序求，也可选装国内二汽东风康明斯发动机。其水散热器、空滤器等附件选用国产配套件，燃油箱自制。变幅机构及钻桅的结构：目前国内旋挖钻机的变幅机构一般采用两级变幅油缸，平行四边形连杆机构，上端一级变幅油缸两端具有万向节头便于调整，钻桅截面形
5、式为梯形截面，钻桅下端有液压垂直支腿，上端有两套滑轮机构，上下两端均可折叠，钻桅左右可调整角度为50前倾可调整角度为50，后倾可调整角度为150。三一SYR220型旋挖钻机的桅杆采用大箱形截面，为动力头和钻杆提供导向作用，具有良好的刚性和稳定性，抗冲击、耐振动、无需拆卸的可折叠式结构能减少整机长度和高度，便于运输。采用流行的平行四边形结构，通过其上油缸的作用，可使桅杆远离机体或靠近机体。通过桅杆角度的调整，可实现桅杆工作幅度或运输状态为团高度、桅杆相对地面角度的调节，使其动作机动灵活，时光能够效率高。意大利、德国制造的各类旋挖钻机可自行移动，自立桅杆，整个工作机构可在履带底盘上做3600回转。
6、因而现场转移、对孔位灵活方便，辅助时间少；钻架采用平行四边形连杆机构+三角形的支撑结构，非常适合城市狭窄场地的施工；钻架上转有垂直度检测仪，可以检测和显示钻架的偏斜度，并可通过钻机的微动系统调整钻架的垂直度；国外的SOILMEC公司的旋挖钻机产品品种有5-210，R-312，R-416，R-516HD，R-620，R-622，R-625，R-725，R-825，R-930，R-940，R-1240等，其中SOILMEC R622HD钻孔机的钻桅部分与国内的钻机产品相比，主要有以下几点不同：（1）动力头滑轨的形式，SOILMEC R622HD钻孔机的滑轨采用板式滑轨，但目前许多新型的钻机采用的是
7、方形钢管式滑轨，这种新型的滑轨在强度上容易保证。（2）变幅机构与钻桅之间的十字轴结构，SOILMEC R22HD钻孔机的十字轴采用的是转盘式结构；国内钻机的十字轴结构采用的是柱式结构。（3）加压油缸的固定形式，SOILMEC R622HD钻孔机的加压油缸采用的是2个绞点固定的方式，绞点所需的立板通过23个绞点固定在钻桅上；国内的钻机是将绞点所需的立板通过螺栓间接地焊在钻桅上。（4）加压油缸的防掉，SOILMEC R622 HD钻孔机的加压油缸在加压油缸的末端另有保护装置；国内的钻机则是利用上铰点来防掉的。（5）动力头的下限块，SOILMEC R622 HD钻孔机的下限位块是在限位块与动力头只加
8、一橡胶块，并在橡胶块的动力头端加一金属挡板；国内钻机的下限位块是金属的，没有缓冲。（6）背轮的结构，SOILMEC R622 HD钻孔机背轮上的2个滑轮是共面布置，主、副卷扬机的钢丝绳，在前后方向上错开；国内的钻机背轮上的2个滑轮市同心布置，主、副卷扬机的钢丝绳在左右方向上错开。（7）背轮的位置及收放，SOELMEC R622 HD钻孔机背轮在云素状态下，位于发动机与副卷扬机之间，并在用手动棘轮的机构使之水平；国内的钻机背轮在运输状态下位于配重后面，呈竖立状态。（8）由于SOELMEC R22 HD钻孔机采用的是摆动伸缩式底盘，其钻桅没有在钻桅底部的支腿机构。宝峨公司的产品系列为BD12H，B
9、G15H，BG18H，BG24H，BG40H，BG24，BG25，BG36，BG40，BG48等，该公司最新组装生产的BG20旋挖钻孔机，其二级变幅的结构形式较为特别，在转台上升起一横向支柱，变幅油缸安装在上面。这一设计可以加大变幅油缸安装距，增大钻桅的稳定性；但他也使转台的设计变得复杂，且升高了运输时的整车高度。国外车型中也仅有Bauer公司一家使用此结构。另一个特点是主、副卷扬机都安装在钻桅上，节省了回转平台上的安装空间，便于转台的布置。动力头的结构：动力头是螺旋钻孔机的关键工作部件，其性能好坏直接影响钻孔机整机性能的发挥。动力头的功能：动力头是钻孔机工作的动力源，他驱动钻杆、钻头回转，并
10、能提供钻孔所需的加压力、提升力，能满足高速甩土和低速钻进2中工况。动力头驱动钻杆、钻头回转时应能根据不同的土壤地质条件自动调整转速与扭矩，以满足不断变化的工况。国内的动力头为液压驱动，齿轮减速，可实现双向钻进和抛土作业，主要包括回转机构、动力驱动机构及支撑机构。回转机构主要有齿轮与钻杆互锁的套管，两端支撑采用回转支承、密封等组成。动力驱动机构采用双变量马达带动减速机及小马达小减速机同时驱动钻进。抛土作业时，大减速机脱离，小马达小减速机工作，实现高速抛土。另外，支撑机构与滑槽、支座上盖与油缸连接件等组成，均为焊接结构件，应充分考虑其内部润滑，应有润滑油高度显示，加油口、放油口等，易于保养、维修。
11、国内三一集团的动力头采用双变量液压马达驱动小齿轮，由小齿轮啮合大齿轮带动键套与钻杆配套，可根据不同地质条件自动无级改变旋转速度和输出扭矩。高品双速减速机还可实现高速甩土功能。动力头有独立的润滑、冷却和换速液压系统，确保动力头可靠高效地工作。OILMEC R622 HD钻孔机的动力头部分与国内钻机的产品相比，主要有以下几点不大相同：SOILMEC R622 HD钻孔机的动力头有三液压马达驱动，其中有一对马达同轴驱动一齿轮，在反向抛土时，只依靠小马达提供动力。国内的钻机只是由两液压马达提供动力，在反向抛土作业是，两发达均提供动力输出。SOILMEC R622 HD钻孔机的动力头反向旋转由一单独机构
12、实现，依靠此机构实现驱动齿轮与回转支承外齿轮的离合。国内的钻机是通过对减速器的更改来实现这一切的；国内的钻机与SOELMEC R622HD钻孔机与CMV钻孔机的动力头部分就结构上来讲，大体上是相似的，但SOELMEC R622 HD钻孔机与CMV钻孔机的动力头更为相似。他们均为三液压马达驱动，减速器与液压马达之间有一抛土换向机构。由于采用的三马达正常驱动以一马达反向抛土驱动。CMV公司的钻机采用平行连杆机构家三角形支撑型式，动力头可按土层自动调整扭矩和转速。意马公司采用动力头装有油浴式润滑。迈特公司系列旋挖钻机的动力头配有套管钻进增扭装置，钻机的摩擦钻杆驱动键的宽度和厚度大，可锁式钻杆为短键嵌
13、入式可保证快速加锁和解锁。从国际知名大公司的钻孔机产品我们可以看出带有离合机构的钻孔机是比较普遍的机型。采用恒动率泵与变量液压马达配合，使动力头可根据地质条件自动改变其排量和压力，从而改变了输出扭矩及转速，即使动力头具有土壤自适应特性；采用带三挡或离合器的减速机，用远程液压操纵换挡来实现钻孔机的低速钻进和高速抛土；液压换挡，操作简单方便，提高了机器的作业效率。采用2个小齿轮同时驱动1个大齿轮且3个齿轮处于同一水平面，有利于倍增大齿轮所能传递的扭矩；齿轮中心连线为锐角三角形，使动力头结构紧凑。大齿轮与空心轴被联接为一体；空心轴内壁上均布有3条牙嵌板，其牙嵌钻进时与钻杆上的外牙嵌嵌合，可有效地传递
14、扭矩和加压力；空心轴反转时，压嵌即可分离。次结构不仅实现了轴的功能，也加强了轴的强度和刚度。动力头上、下箱体均为焊接结构，外姓轮廓为一条包括几条圆弧及几条切线的封闭曲线；此结构不仅具有足够的强度和刚度，而且具有良好的工艺性。转台的结构：目前国内旋挖钻机的转台为整体焊接式结构，主纵梁为工字量形截面，主要包括回转支承、转台主体、钻桅后支撑、配重组成，钻桅后支撑位于配重前与转台主体用螺栓固定，便于拆卸，配重采用分体铸造大圆弧结构，运输时可拆卸。国外旋挖钻机转台的结构不太一样，如R622-HD旋挖钻机回转平台整体上采用了高铰点、大截面结构，这也是由转台受力大、应力高的特点决定的。转台主梁为变截面工字梁
15、结构，采用的是等强度设计，这种设计较矩形梁设计具有重量轻、省材等优点。边梁设计与徐工集团RD18大致相同，采用大圆弧造型设计。转台上不止与国内的具有较大区别，在布置上显得更为紧凑些，主要区别是回转减速机前置，充分利用了前面的空间，主泵和液压油箱均放在转台左边，燃油箱放在发动机前端，吸油阻力较小，发动机水散和液压由散热放在转台右边，主阀等液压元件放在转台右边油散热之前，这样管路布置不会太乱。后面配重也采用大圆弧设计，与边梁和机棚造型相适应。钻杆的结构：决定设备地层适应能力的主要因素在于旋挖钻机所使用的钻杆形式、钻头类型以及与之相适应的设备本身的结构，其中采用什么样的凯式伸缩钻杆是最重要的因素。这
16、是因为钻杆要将动力头的全部扭矩一直传递到孔底的钻头上，并且还要将加液压压缸的压力、动力头自重和钻杆自重等钻压稳定地传递到几十米以下的钻头上，因此当钻进较坚硬的地层时，钻杆可能要同时承受大扭矩和大钻压，还要克服很大的弯矩，这样使得钻杆的受力条件变得非常复杂，如果钻杆本身的能力达不到要求，则很容易损坏。凯式钻杆可以分为摩擦钻杆和锁紧钻杆2大类。摩擦钻杆是指钻杆上的键只能传递扭矩而不能传递钻压的钻杆，而锁紧钻杆是指钻杆之间通过加压平台可以锁成一个刚性体对地层加压钻进的钻杆。摩擦钻杆在提钻时不需要解锁，操作简单，但由于加压能力有限无法钻进较硬地层。锁紧钻杆的地层适应能力强，但需要解决提钻时可能对钻杆造成强烈冲击的问题。锁紧钻杆又可分为简单的加压式钻杆和六键式嵌岩钻杆。简单加压式钻杆可以实现加压，因此不能真正适应坚硬地层的施工。而六键式嵌岩钻杆的加压平台宽大，可以稳定地传递大钻压，又因为是六键结构，钻杆本身内抗失稳的能力很强，可以有效地克服钻杆的细长杆效应。国内外的六键式嵌岩钻杆和简单锁紧式钻杆都可以实现加压，但是这类钻杆也有不足，就是在提
