旋挖钻机司机室设计

摘要：旋挖钻机具有钻进、回转、卷扬提升、加压、履带行走、伸缩履带、桅杆定位等多种动作，集合了多种工程机械的功能。由于旋挖钻机作业时重心高，且需钻杆前伸作业，加之复合及连续动作较多，操作难度较大，通常需要经过培训的专业机手操作。而对于设计者，司机室的设计就显得非常重要。本文旨在探讨根据人机工程学如何使机手操作更加便捷，同时有效避免误操作。

关键词：旋挖钻机； 驾驶室；人机工程；设计

1.引言

旋挖钻机主要用于基础桩施工中的钻孔作业。在市政建设、桥梁、高铁和高速公路建设中应用广泛。相比于其他钻机，旋挖钻机成孔质量高，钻进工艺无环境污染，整机机动性好，效率高，功能集中，所需辅助设备少，属于先进的桩工机械。

参见图1所示的旋挖钻机，整机包括履带行走下车体，带可回转动力平台的上底盘，用于调整桅杆位置及垂直度的变幅油缸、扶正油缸和四连杆机构，桅杆，驱动钻杆回转的动力头，为加压钻进的加压油缸，主卷扬、辅卷扬机构等，加压油缸给钻杆加压进行加压钻进。旋挖钻机基本操作和作业过程为：整机以运输状态（参见图2）运输至工作场地，自行开下平板车，并在钻场内自行行走，至各孔位作业地点；作业前起升桅杆至一定倾角，将两侧履带伸出至最大宽度；起升桅杆，安装钻杆；调整桅杆角度至垂直于地面；动力头驱动钻杆回转钻进，钻杆的提升下降由主卷扬完成；一次钻进完成钻具钻满后由主卷扬提出钻筒或钻头，提至一定高度；上底盘回转，整个上车包括桅杆、钻杆、钻具跨越履带回转到车的一侧，将钻具内的岩土倒卸在一旁，再回转到孔位继续钻进。完成一个孔位钻进后，钻机行走至其他孔位，完成钻场各孔的钻进成孔。辅卷扬可进行辅助起重作业，如起吊钻具、钢筋笼及辅助设备等。

2.司机室布置

2.1总体布置

根据人机工程学原理，参照成熟挖掘机的司机室设计，对旋挖钻司机室进行总体布置，参见图3，设计如下：

履带行走操纵装置设置在司机座椅前方，并设有手操纵杆和脚踏板两种操纵方式，非工作状态时，各控制手柄都處在中间位置，安全锁处于锁定位置。

综合显示屏位于司机右前方视角范围内，便于随时观察各种运行参数和调整操作。

三个操纵箱分别位于司机座椅的右前、左侧和右侧，布置各种电器原件及开关和按钮、旋钮。左右操作手柄为钻进作业时的主要操作手柄，需布置在司机左右手操作舒适的位置，可分别与左右控制箱布置为一体，既节省空间又布置美观。

由于旋挖钻施工处于整个工程项目的前期，环境比较恶劣，工地设施也比较简陋、空旷，往往冬季十分寒冷，而夏季又酷热难耐，驾驶室内温度更是如此，故驾驶室应考虑设置空调及音响装置，改善操作环境。空调及音响装置拟布置于司机座椅后面空间，但空调出风口需由风管引至司机前方不同部位，并设可调导风口，满足冷暖风的不同吹风部位要求。空调制冷压缩机由发动机皮带轮组之一驱动，而制热热源可直接取自发动机带有压力的循环水，温度可达80摄氏度。由于冷热媒不同，一为烷烃类制冷剂，一为发动机循环水，设计司机室内散热器时，应分开冷热媒散热管路。

2.2操作手柄的功能

除开关、按钮及履带行走外，钻进操作时司机主要使用左右手柄完成作业。根据设备功能及操作习惯，设计左右手柄功能。

普通直动式液压换向阀在工程机械工作的压力下，操纵力均在25N以上，长期操作或持握，易使操作手产生疲劳，且影响操纵精准度，从而影响施工进度甚至工程质量。本次设计拟采用先导操纵手柄，可理想地减小操纵力，使操纵力在5N以下，可以大大增加操纵灵活度，减缓操作手的疲劳，从而使操作手精力更加集中[25]。具体设计如图5所示，原则为尽量使右手柄完成需频繁、长时间或精准的操作功能，左手柄完成短时、间歇的操作功能。如图4所示，左手柄实现（1）钻进前的桅杆倾角的调整，即扶正油缸的调整；（2）一次钻进完成后底盘需回转到车体一侧，将钻筒或螺旋钻头内的土渣倒掉，左手柄完成底盘的回转操作；（3）右手柄操纵动力头回转钻进时，左手柄可操纵加压油缸进行加压，增加钻压力。右手柄完成主要钻进作业，即（1）一次钻进前后主卷扬的提绳和放绳，实现钻杆及钻具的快速稳定的提升和下放，这直接决定着钻进作业进展的速度和钢丝绳的使用寿命；（2）钻进时动力头的回转操纵，控制着钻进速度和钻进力；（3）右手柄以上两项操作为钻机的主要操作项目，此外，通过切换先导油路，主卷扬和动力头回转操作在钻孔完成后，可分别切换为辅卷扬和变幅油缸的操作。钻孔完成后，右手柄可操作变幅油缸，使钻杆、钻具收回，离开孔位，再操作辅卷扬进行钢筋笼和辅具或混凝土管等的吊装，完成灌桩作业。

右前箱仪表盘有触摸开关分别控制电油门电源、雨刮器电机、喷水电机、消警。为能适应夜晚工作，系统在司机室、底盘上设置照明灯，可根据需要由司机操作左操纵箱面板上的翘板开关来控制。分别为前大灯开关和工作灯开关，司机室顶灯开关在顶灯上。司机室内设置有冷暖空调，接通右前箱的空调电源开关 ，由左操作箱的空调制冷开关和风量开关控制室内温度（冬季打开柴油机后侧热水阀，制冷开关旋至最小，调节风量开关室内制热）。司机室内还设置收放机，收放机开关在收放机上。点动左手柄左按钮控制喇叭，提醒周围人员注意安全。

系统工作前，按下左操纵箱侧面的安全开关，先导油电磁阀接通，左右操作手柄方可进行操作，否则操作无效。

当翘板开关扳至位置时，开关指示灯亮，同时电磁阀得电，辅卷扬工作；扳至 位置时，电磁阀失电，主卷扬工作。

当翘板开关扳至位置时，开关指示灯亮，同时电磁阀得电，桅杆变幅油缸工作；扳至 位置时，电磁阀失电，动力头工作。

当翘板开关扳至 位置时，开关指示灯亮，同时电磁阀得电，履带伸缩变幅；搬至 位置时，电磁阀失电，履带行走。

柴油机仪表实时显示柴油机冷却水温度、燃油油位、柴油机转速、工作计时、蓄电池充电指示，当有冷却水温超限、机油压力低、燃油油位低、回油过滤堵、液压油温高、电池电压低于22V等故障出现时，与之相应的指示会显示，同时报警蜂鸣器响，用静音键可关闭报警音。

设综合显示屏，能实时显示桅杆倾斜角度、钻杆深度、动力头转速、泵压力。当桅杆前、后、左、右倾斜及桅杆前移限位闭合、动力头油温高、过滤器堵塞时，声音报警提示司机。

3.结语

通过综合人机工程学及操作习惯，设计科学合理的驾驶室布置，有助于操作者操作设备时减缓疲劳，集中精力，科学的设计还可避免误操作，对于保护设备和人员安全都起到重要作用。

4.参考文献

[1] 力士乐产品样本.行走机械用液压及电子控制元件，2010

[2] 贾林辉.XZ-15旋挖钻机的设计，河北科技大学硕士毕业论文，2012