台车式支盘成形机接长杆的结构设计

梁宝英，武维承，武 熙

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同 037003）

台车式支盘成形机接长杆的结构设计

梁宝英，武维承，武 熙

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同 037003）

分析了目前支盘成形机的接长杆存在的问题，提出一种台车式支盘机接长杆，主要包括无缝钢管、槽钢、连接头、圆柱销，连接锁。与原有的接长杆相比，该接长杆重量轻，安装和拆卸便捷，实现了主机的准确自动转位和定位，从而提高了施工效率和支盘成形质量，进一步促进了支盘成形机的推广使用。

台车式支盘成形机；接长杆；结构设计

随着桩基础在高层建筑、桥梁以及工程中的广泛使用，对于桩基承载能力提出了更高的要求，一些新的桩型和桩的成形机也应运而生。

支盘桩及其成形机是用来形成挤扩变径灌注桩的一种机械，是一种全新的挤扩设备。由于以挤扩支盘成形机实施的支盘桩具有承载能力高、沉降量小、成本低等特点，因此取得了显著的经济效益和社会效益。但是支盘成形机也存在着如接长杆笨重，装拆不方便，现场施工过程中需要多人配合工作，设备搬运困难等问题。台车式支盘成形机就是针对这些问题而研发的［1-2］。

1 台车式支盘成形设备的组成和作用

台车式支盘成形机取消配用起重机，实现其整体移动。其主要由主机、接长杆、转位器、提升油缸、驱动力装置（包括液压胶管）等部分组成，各部分的作用如下［3］：

1）支盘成形机主机 主要由机架，工臂工作机构及液压缸等部件构成，上端与接长杆连接，用于实现支盘成形，是实现支盘成形的关键部件。

2）接长杆 接长杆与主机上端联接，其主要作用是将主机吊挂于在钻孔中指定的位置，并通过与转位器的配合来固定和旋转主机，同时用于标记主机入孔深度等。接长杆由无缝钢管加工而成，在主机入孔过程中将其逐根连接。

3）孔口定位装置 即固定装置，也叫转位器，主要是和接长杆配合使主机绕其中心旋转并定位，以确定主机的工作位置和挤扩方向，从而实现准确施工。

4）提升油缸和驱动装置 用于提供设备实施挤扩的动力和对挤扩过程的控制。

2 台车式支盘成形机施工工艺

台车式支盘成形机施工工艺过程是在成孔并完成清孔作业后的施工操作，台车式支盘成形机挤扩施工工艺分5个步骤，见图1。

图1 施工工艺框图

在整个施工工程中，接长杆在支盘成形设备中占有举足轻重的地位，接长杆的好坏直接影响支盘成形的质量与效率。

3 目前接长杆存在的问题

接长杆是支盘成形机实施挤扩施工的关键部件，目前，常用的接长杆主要有抽拉式和法兰式两种结构形式［4］。

1）抽拉式接长杆 它由几根直径不同的无缝钢管组成，由外到内依次减小，并套装在一起。在不作业时，小直径的钢管缩回至大直径的钢管内；在施工作业时，根据设计所确定的支、盘的位置将缩在大直径中的钢管抽拉出来，达到一定长度。

这种抽拉式接长杆的操作简单，也可比较方便的固定和拆除油管。但是，由于各钢管之间的连接属于不可拆卸式的，在浅孔中作业时，起重机承受的载荷相对较大，而且接长杆运输也比较不方便。

2）法兰式接长杆 法兰式接长杆是由几根直径相同的无缝钢管组成，每根无缝钢管的两端各焊接一个法兰盘，然后再通过螺栓将每根钢管逐次连接起来。在施工过程中，接长杆的长度根据主机的入孔深度来确定，并通过接长杆上的标尺读数确定主机位置。与抽拉式接长杆相比，法兰式接长杆属于可拆卸的，因此起重机操作方便，在挤扩作业时承受的载荷小。但是，接长杆中每根钢管之间的装拆比较费时，从而影响工程施工效率，尤其在深孔作业时更为明显。同时，无缝钢管与法兰之间的焊缝也会出现开裂现象。

此外，由于接长杆和孔口定位装置的结构问题，主机的旋转也是靠人工操作，转位精度低，自动化程度低，这严重地影响支盘桩的质量和施工效率，因此需要进一步对支盘成形机接长杆的结构进行改进设计。

4 接长杆的结构设计［5-6］

4.1 接长杆的设计要求

1）保证足够的长度，即总长度为60m；

2）连接装置要可靠、快速和便捷，以提高设备工作效率；

3）接长杆应保证主机旋转，且旋转角度误差≯1°；

4）接长杆具有检测主机深度位置的功能，设计长度刻度标记；

5）结构设计能保证固定和拆卸液压胶管作业简单易行、安全可靠；

6）接长杆为轻型钢结构，以减小机体尺寸和重量；

7）保证足够的强度，其中，拉伸最大负荷按照25t（参考）考虑；

8）保证足够的强度和刚度，设备在平台上进行旋转作业控制时，应尽量提高其传递扭矩的能力；

9）设计时按400N的主机设计其结构，受力按800N的主机计算。

4.2 接长杆的结构设计

台车式支盘成形机接长杆主要由无缝钢管、槽钢、连接头、圆柱销，连接锁等组成，其结构如图2所示。首先将连接头（2）和无缝钢管（1）焊接，后将连接头（2）和无缝钢管（4）通过圆柱销（5）连接，采用一个特制的连接锁（3）将圆柱销（5）锁住，以防窜动；无缝钢管的两侧面各焊接一根尺寸相同槽钢（6），此槽钢和转位器配合，用来固定和旋转主机；在每根槽钢的上下两端各焊接一块带圆孔的钢板（7），以使连接锁（3）装拆便捷。

用于锁紧圆柱销（5）的连接锁的结构见图3，其由底座（8）、弹簧（10）、端盖（12）、锁体（15）、定位块（13，16）、下锁杆（9）和上锁杆（11）等组成。

图2 接长杆的结构图

图3 连接锁的结构图

连接锁的锁体（15）是空心圆柱体，内腔中装有弹簧（10），弹簧两端分别固定在上、下锁杆（11，9）上，锁体的底座（8）和端盖（12）用螺钉固定在锁体（15）上，锁体（15）的两侧分别开有两个纵向槽，以便压缩弹簧（10）。为了使连接锁装拆方便，采用专用钳（见图4）来压缩锁体内的弹簧（10），从而使连接锁的上、下锁杆（11，9）能够很方便地插入到如图2所示中上下两根无缝钢管上的槽钢（6）之间或取下。为了防止上、下锁杆（11，9）在使用过程中的转向，在其上各焊接一个定位块（13）和（16），保证锁杆上的孔与锁体上的纵向槽对中，以便压缩弹簧。

图4 连接锁专用钳结构示意图

4.3 接长杆的结构特点

本文所设计的接长杆与原有的接长杆相比，具有如下特点：

1）重量轻，装拆便捷；

2）和转位器配合，使主机实现自动转位，提高了主机的自动化程度，同时也提高了主机的转位和定位的精度；

3）提高了成型机的工作可靠性和效率以及支盘成形的质量；

4）降低了支盘桩的造价。

5 结束语

综上所述，本设计是对原有产品的改进设计，不论是从结构上还是性能上都有很大的改进，得到了专家和同行的一致赞同，为支盘成形机的进一步推广起到了积极的作用。

［1］武熙，武维承，孙和.挤扩支盘桩及其成型机设备——技术与应用［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［2］武维承，武熙，孙凤鸣.支盘成型机工臂工作机构可靠性分析及其改进［J］.建筑机械，2002（4）：50-53.

［3］武维承，武熙.支盘成型机工作负荷分析［J］.雁北师范学院学报，2003，19（5）：30-33.

［4］武维承，武熙.YZJ型支盘成型机的应用及其性能特点分析［J］.建筑机械，2001（3）：56-58.

［5］徐灏.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［6］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2000.

〔编辑 石白云〕

Structural Design of Prolonged Rods and its Connector Locks Used on the Car-type Branch Tray Forming Mill

LIANG Bao-ying，WU Wei-cheng，WU Xi
（School of Coal Engineering，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037003）

The problems about prolonged rods of the branch tray forming mill have been analyzed，and a new kind of prolonged rods of the car-type branch tray forming mill has been presented.Including prolonged rods，channel steels，connecting joints，cylindrical pins，connector Locks.Compared with the existing prolonged rods，this new kind of the prolonged rods could reduce the weight，make the installation and removal much more easier，automatic switch to achieve an accurate position and orientation of main machine，and as a result，it could improve the construction efficiency and quality of branch formation.，promote the supporting and the widespread use of the branch tray forming mill.

the car-type branch tray forming mill；prolonged rods；structural design

TU670.2

A

1674-0874（2011）02-0064-03

2010-12-05

国家火炬计划资助项目［2005EB04133］；实用新型专利［ZL200820116151.3］

梁宝英（1965-），女，山西大同人，副教授，研究方向：机械设计。