三、在工程施工中，采......



三、 在工程施工中，采用機械鉆孔法就地灌注樁，在國內(nèi)外已成為主要施工形式，本實例設(shè)計的工程鉆機就是為滿足施工鉆孔灌注樁而設(shè)計制造的全液壓轉(zhuǎn)盤式工程鉆機。
一、設(shè)計原理
目前市場上使用的鉆機從鉆進方式可分為回轉(zhuǎn)和沖擊兩種，從傳動方式有機械的液壓兩類，通過綜合分析后我們認為，對大口徑鉆進來說，回轉(zhuǎn)鉆進要優(yōu)于沖擊鉆進；在傳動方式上，我們認為液壓傳動要比機械傳動更平穩(wěn)，并可實現(xiàn)無級調(diào)速，更適合于鉆進工藝要求。因此我們設(shè)計制造的工程鉆機為全液壓轉(zhuǎn)盤式鉆機。
鉆機總體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)盤、卷揚機、機架和液壓系統(tǒng)四大部分組成，根據(jù)目前市場上大口徑鉆機普遍存在實際能力低于公稱能力的狀態(tài)，我們經(jīng)過計算，將驅(qū)動功率加大，使鉆機的公稱能力名實相符。根據(jù)用戶的意見，我們在鉆機上又增加了鉆進加壓裝置，這又進一步提高了鉆機的使用性能。
下面將設(shè)計中的一些關(guān)鍵問題進行簡要說明：
轉(zhuǎn)盤 這一部分是鉆機的回轉(zhuǎn)核心，通過它來驅(qū)動鉆桿使鉆頭回轉(zhuǎn)，其性能優(yōu)劣直接影響到鉆機的鉆進能力。選用Φ1250回轉(zhuǎn)支承實現(xiàn)回轉(zhuǎn)并傳遞扭矩，該裝置由模數(shù)為12mm的內(nèi)齒圈、Φ45mm鋼球和外圈構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大的特點，配置雙變量液壓馬達和一級減速的傳動方式，通過與液壓泵匹配，使轉(zhuǎn)速可在設(shè)計的范圍內(nèi)任意調(diào)整，最大扭矩可達50KN· m。轉(zhuǎn)盤底座采用ZG35鑄造，轉(zhuǎn)盤蓋采用結(jié)構(gòu)鋼板組焊，這就使轉(zhuǎn)盤具有足夠的傳遞扭矩能力。 卷揚 這一部分是在鉆進過程中完成鉆具上下、重物提升、減壓鉆進等功能的機構(gòu)。選用配一臺液壓馬達的二級減速傳動方式，一主軸雙卷筒結(jié)構(gòu)，各配離合、制動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊、實用。由液壓馬達和液壓泵匹配，卷繩速度可實現(xiàn)無級調(diào)速，而且傳動平穩(wěn)，單繩提升能力為30KN，平均提升速度為0.2-1.0m/s 。
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液壓系統(tǒng)
鉆機液壓系統(tǒng)由一臺45KW和一臺5.5KW電動機分別驅(qū)動一臺大排量A8V斜軸式變量柱塞泵和一臺SCY14-1B小排量手動變量泵構(gòu)成液壓動力源，通過手動換向閥組分別控制兩臺變量馬達和一臺定量馬達及油缸，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤、卷揚回轉(zhuǎn)和鉆塔升降、滑臺移動及鉆進加壓。
液壓系統(tǒng)原理如下圖示：
轉(zhuǎn)盤采用兩個二級變量馬達，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速范圍換檔。 在卷揚控制回路設(shè)置平衡閥，以確保起吊重物的可靠懸停，并在油路通斷和換向動作時起緩沖作用。 在滑臺移動控制回路設(shè)置雙向液壓鎖，確保滑臺/井口/板底座三者間不因外界影響發(fā)生位置變化。 油箱吸油、回油口分別設(shè)置濾油器，防止油污染損傷液壓件。 選用的A8V液壓泵為恒功率變量泵，并設(shè)手動變量裝置，使轉(zhuǎn)盤在鉆進過程中具有根據(jù)負載大小自動變速的功能，避免憋車，保護電動機不過載，同時，通過手動變量裝置可任意設(shè)定泵最大排量，從而設(shè)定轉(zhuǎn)盤最大轉(zhuǎn)速，其在恒功率下的壓力/流量曲線圖及轉(zhuǎn)盤的輸出扭矩-轉(zhuǎn)數(shù)-系統(tǒng)壓力關(guān)系圖如下所示。
壓力/流量曲線圖
轉(zhuǎn)盤的輸出扭矩-轉(zhuǎn)數(shù)-系統(tǒng)壓力關(guān)系圖
SCY14 -1B泵為手動變量泵，可以調(diào)整鉆機起塔和加壓的速度。
通過這種變量泵 - 變量馬達的選配方式，可以使用戶在使用中把轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、加壓、提升、移動速度按鉆進工藝要求調(diào)整到最理想狀態(tài)。
二、鉆機主要技術(shù)參數(shù)的選擇及選擇依據(jù)
國內(nèi)工程施工鉆孔灌注樁樁徑設(shè)計一般為 1.0-2.0米,孔深50米以內(nèi),個別橋梁設(shè)計樁徑已采用2.2米。對于嵌巖樁，由于我國地域廣大，各地嵌巖樁遇到的巖石硬度較大，但一般巖石硬度單軸抗壓強度在98N/mm2以下。因此，確定鉆機以下參數(shù)：鉆孔徑1.0-2.0m米,孔深80米,滿足巖石單軸抗壓強度98N/mm2的嵌巖樁施工要求。
轉(zhuǎn)盤扭矩的計算
按下列石油鉆探中采用的公式：T=0.946×10-2×K×D2..5×Wd1..5 N· m 式中： T 扭矩 N·m K 地質(zhì)補正系數(shù) D 鉆孔直徑 cm Wd 鉆頭單位直徑上的壓力 N/m 由計算知, 滿足φ2.0m嵌巖樁鉆孔轉(zhuǎn)盤扭矩需48.67KN·m 鉆頭轉(zhuǎn)速的計算 2.1國外推薦按下列經(jīng)驗公式確定鉆頭的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速：n=36575/D r / m i n 式中： D 鉆頭直徑 ：mm 取D=2000 mm時， n=18.3 r / m i n ； D=1000mm時， n=36.6 r / m i n 對牙輪 / 滾刀鉆頭, 有下列最高轉(zhuǎn)速公式 ： n max = (100 - 120) d / D r / m i n 式中： d 鉆頭外側(cè)牙輪 / 滾刀直徑； D 鉆頭直徑 取：D=1000， d=7″時 n max = 17.8 ~21.3 r / m i n 綜合2.1、2.2 所述，孔徑 1.0-2.0m的鉆進需鉆頭轉(zhuǎn)速范圍為10-36.6 r / m i n。 為確保鉆機設(shè)計參數(shù)滿足施工要求，我們還結(jié)合國內(nèi)其他類似鉆機的技術(shù)參數(shù)進行類比法確認，如下表示： 類別 黃 海 機 械 廠GM - 2 0 型 上 探 機 械 廠GPS - 2 0 型 山東探礦機械廠TS - 2 0 型 孔徑：mm 2000 2000 2000 孔深：mm 80 80 80 最大扭矩：KN·m 36 30 32 轉(zhuǎn)速：r/min 12、22、36、56、88 8、14、18、26、32、56 8、14、22、26、39、70 提升力：KN 45 30 30 加壓力：KN 100 無 無 綜合上述論證，最終確定鉆機主要技術(shù)參數(shù)如下： 鉆孔直徑 m ： 1.0-2.0 孔深 m : 80 最大扭矩 : KN ·m : 50 轉(zhuǎn)速 r / m i n : 2.5 - 44r/min 主卷揚提升力 KN ： 30 × 6=180 最大加壓力 KN ： 89 三、 結(jié)論 通過優(yōu)化設(shè)計思路，并經(jīng)合理選擇技術(shù)參數(shù)，該工程鉆機主要技術(shù)參數(shù)可以滿足施工鉆孔灌注樁的要求，曾順利完成了直徑2.2m、孔深35m的一次成孔任務(wù)。
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結(jié)論通過優(yōu)化設(shè)計思路，并經(jīng)合理選擇技術(shù)參數(shù)，該工程鉆機主要技術(shù)參數(shù)可以滿足施工鉆孔灌注樁的要求，曾順利完成了直徑2.2m、孔深35m的一次成孔任務(wù)。