旋挖钻机桅杆的结构设计

郑会芬

摘要：旋挖钻机广泛应用于我国的公路、铁路、桥梁等大型建筑的基础桩施工中，具有广阔的发展前景。在基础桩施工过程中，桅杆是旋挖钻机关键的承力部件、是钻杆和动力头安装的支撑部件、是随行架滑动的导向部件，它对旋挖钻机的安全性和施工性能具有十分重要的意义，本文主要介绍了旋挖钻机桅杆的结构、工作原理和特性分析。

关键词：旋挖钻机；桅杆；结构设计

1.引言

近年来随着经济的不断发展，我国旋挖钻机行业发展的速度突飞猛进，但是，与国外先进的制造技术相比，我国仍处于起步阶段，特别是在旋挖鉆机桅杆的结构设计方面，我们一直处在学习、借鉴的阶段，对旋挖钻机桅杆的结构设计研究还有待进一步提高和深入。

2.旋挖钻机桅杆的结构和工作原理

2.1桅杆的结构

旋挖钻机桅杆的结构如图1所示，整条桅杆可以折叠，共分为五段：鹅头、上桅杆、中桅杆、主卷扬机架、下桅杆。整机运输时，将鹅头、上桅杆、主卷扬机架、下桅杆按一定的形状折叠起来，以减小运输状态时整机的尺寸。桅杆和鹅头这两个部件是旋挖钻机重要的部件，桅杆主要是作为钻具的运动导向，是安装随行架、动力头和钻杆的依托部件，为了提高施工钻进作业的工作效率，将动力头与加压油缸相连接，动力头采用双减速机、双马达驱动、扭矩更强，可靠性更高，当旋转钻杆钻进时可以提供较大的扭矩，以提高工作效率。

桅杆是旋挖钻机中重要的部件之一，在工作时，各种载荷最后都会施加到桅杆上，它对整机的安全性和钻孔施工质量具有十分重要的作用，同时桅杆整体的刚度也直接影响旋挖钻机的正常施工，旋挖钻机在施工过程中会有真空负压和孔壁阻力对其产生影响，在对硬土层或者岩石层钻进时要进行加压，桅杆的弯曲度过大会导致随行架、钻杆、动力头等工作装置不能沿着导轨移动，很可能导致安全事故的发生，一旦桅杆出现故障，维修时间长、成本高，对工程施工来说是一个巨大的损失。因此，我们应该从整体上提高桅杆的刚度，防止桅杆出现变形，因而对旋挖钻机桅杆的结构进行设计、力学特性分析也就显得十分必要。

2.2桅杆的工作原理

桅杆在起架工作时，动臂的变幅油缸、动臂和三脚架都保持在不动的状态，伸长桅杆的变幅油缸，从而使桅杆和水平方向上的角度不断变大，最后当桅杆与地面垂直时，闭锁桅杆的变幅油缸，旋挖钻机进入工作状态，为了扩大旋挖钻机的工作范围，在确定好下钻的位置之后，我们可以通过桅杆油缸来实现桅杆的前后和左右倾斜，一般情况下，桅杆可以左右倾斜±5°、前倾5°、后倾15°。桅杆在下放钻杆工作时，提引器吊着最内层的钻杆沿着桅杆的方形导轨向下移动，在运动过程中按照钻孔的目标深度标准打开钻杆，完成下钻的工作任务，在进行钻进的过程中，为了方便切削岩土层，利用动力头的旋转来提供钻进时的扭矩，当切削未风化的硬度较大的岩层时，切削力会很大，这时可以利用加压油缸通过动力头给钻杆和钻头施加压力，完成钻头的加压钻进工作；当切削过程中不需要加压钻进，可以通过加压油缸上安装的平衡阀把加压油缸锁定在加压行程中的某个位置。钻斗在装满渣土进行提升时，首先利用主卷扬钢丝绳使系统提升，然后让钻杆一边收缩一边通过钢丝绳向上提升，最后，提引器沿着导轨上升让钻杆提升到钻孔的外面，旋转至空地以完成卸土的工作。

3.桅杆的结构特性分析

桅杆的重量大约占整机总重量的15%左右，在保证满足桅杆结构的力学性能的情况下，对旋挖钻机进行结构优化，应尽可能的减轻桅杆的重量，节约材料、改善桅杆结构应力分布不均匀等现象，这对工程建设来说具有十分重要的意义。桅杆横截面以矩形为例，强度校核如下：

4.总结

本文主要介绍了旋挖钻机的关键部件，桅杆的结构、工作原理和特性分析，对桅杆横截面进行了强度校核，保证桅杆满足力学特性，防止桅杆变形，有效的降低了故障的发生率。在今后的设计工作中，我们应该借鉴国外先进的设计经验，提高我们旋挖钻机产品的质量，为工程建设提供良好的服务和增值。

参考文献：

[1]黄国雄.浅析国内外旋挖钻机的结构特点.中国水运（理论版），2006.（5）：168-169

[2]黄志文.大型旋挖钻机设计中几个问题的研究.基础工程（桩工机械行业品牌展示与论文精选），2010.（11）：95-98

[3]董明鹤.NR220旋挖钻机桅杆结构分析及焊接工艺性研究.长春吉林大学，2005