从旋挖钻机上车回转机构变更看制造技术发展

李德明/LI De-ming

(山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272000)

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程的高效成孔设备，污染少、功能多等优点，目前广泛应用于大规模重点工程、市政及工民建基础工程建设。国产旋挖钻机起步于20世纪80年代。1988年，北京城建工程机械厂开发了履带起重机附着式旋挖钻机，20世纪90年代中期，郑州勘察机械有限公司从英国BSP公司引进附着式旋挖钻机的生产技术，但由于此技术比较落后，配套起重机协调困难，没有形成批量生产。1998年，徐工集团开发成功了国内第一台真正意义上的旋挖钻机RD18，但由于受到当时国内发动机、液压件、钻杆、动力头等配套件及工艺制造水平的限制，没有批量生产。2003年以前我国的旋挖钻机主要以进口为主，价格昂贵，但其施工工法未曾推广。直至国家青藏铁路的建设，由于对周边的环境、土质等评估要求过高，提出旋挖钻机施工工法，一方面展示了旋挖钻机的优越性，另一方面也使国内的生产厂家意识到基础施工机械也有很大的发展空间。

1 进口改制阶段（2003～2006年）

2003年之后一些企业纷纷开发旋挖钻机，由于当时制造技术和设备水平的限制，底盘只能依靠进口。随着机电液一体化在工程机械中的应用，其回转的实现是通过全液压回转装置来实现的，具体由上平台、回转支承和回转机构等组成，回转支承的外座圈用螺栓与转台连接，带齿的内座圈与底架用螺栓连接，内外座圈之间设有滚动体。设备工作时作用在转台上的垂直载荷、水平载荷和力矩通过回转支承的外座圈、滚动体和内座圈传递给底架，回转机构的壳体固定在转台上，用小齿轮与回转支承内座圈上的齿圈相啮合。小齿轮既可绕自身的轴线自转，又可绕转台中心线公转，当回转机构工作时，转台就相对底架进行回转。旋挖钻机作为机电液一体化高度集成的施工设备，用于完成深基础桩的钻孔作业，孔深可达数十米，桅杆等工作装置较高，上车回转是在作业中使用很频繁的动作，初期由于回转啮合齿隙（1～2mm）与挖机一致导致其回转定位精度和整机晃动较大，严重影响了钻孔作业成桩质量和工作效率，同时回转机构（减速机、小齿轮和安装螺栓）故障居高不下。

2 自制探索阶段（2006～2009年）

随着“十一五”期间我国投巨资进行铁路、公路、电力、城市公共设施等建设，尤其高铁建设为我国旋挖钻机的发展带来前所未有的机遇。高铁客运专线有80%以上为桥梁，桥桩的直径大多在1.5m以下，深度60m以内，恰好适合旋挖钻机施工。但由于底盘、发动机等关键零部件的数量限制，众多钻机厂家使用国产成熟挖机底盘改造成小型钻机，投入制造设备进行自主设计研制中大型钻机，结合旋挖钻机自身工况和挖机底盘的劣势，自主进行上车布局设计，但由于加工设备的限制，仍无法保证回转机构的安装精度要求中心距±0.15mm，为了保证回转齿隙要求需要，采取如下结构进行弥补。

旋挖钻机回转减速机安装座见图1，由上安装座、套筒、下安装座焊接而成。

图1 减速机安装座结构

具体实施方式如下：ØD1、ØD2、ØD3、ØD4各孔中心线为O2，ØD的外圆周中心线为O1，内孔中心线与外圆周中心线O2之间的偏移量为2.5mm，成为偏心轮结构，当其围绕内孔中心线O2时，外圆周中心线O1围绕内孔中心线O2以偏移量为半径转动，外圆周轮廓在转动的同时并摆动，便于调节与小齿轮的啮合间隙。调整到设计要求0.3～0.5mm时现场点固焊接回转减速机安装座，回转平台测量回转圆周均布3～4点达到要求即可。提出马达减速机，对安装座进行全方位焊接处理。解决回转支撑与减速机小齿轮配合间隙不方便调节的技术问题。首先将该安装座用螺栓固定在转台上，当要调整与减速机小齿轮的啮合间隙的时候，只要转动安装座即可快速地将配合间隙调整到设计要求，并提高安装回转减速机的工作效率，此结构已获得国家知识产权保护。

经过市场的验证，自制底盘基本能够适合旋挖钻机的施工工况，但也存在回转马达减速机紧固螺栓被剪断和配焊偏心套开焊的严重问题，经过分析研究，将此问题归咎于硬地质层施工工况时地层对钻机的冲击较大，导致螺栓松动，长时间未被发现引起被剪切；另外现场配焊偏心套时对焊接人员、参数和环境要求较高，针对这种情况调整对减速机的安装方式，选择其中均布6个安装孔现场配铰为锥形定位销轴（图2），从而避免此类事件的发生。

图2 现场配焊示意图

3 先进制造阶段（2009年至今）

由于国内基础建设的持续拉动，桩工机械由传统意义的小批量多品种发展到目前的批量规模生产模式，尤其是行业前三名年产销量已达300台以上，且实现了上线装配作业模式，由此也引发了一些问题。例如，回转偏心套装配现场配焊形式已成为装配进度的瓶颈和环境的污染源；钻机上车重量大，工作状态时需要频繁地回转，减速及输出扭矩通过回转支撑与小齿轮的啮合传递到回转平台上，经常出现由于回转精度的不稳定性导致小齿轮断齿或旋转轴断裂的严重事故。

随着制造业的发展、工艺水平的提高和大型数控加工中心的应用，这些问题迎刃而解。实现方案为：回转马达减速机自偏心结构来实现，如图3所示，马达旋转轴、减速机轴和减速机下安装直口圆为一个中心线O1，小齿轮轴中心线为O2，O2相对于O1偏心2.5mm，回转平台安装孔采取大型加工设备确保回转减速机与回转支撑中心距加工精度，如图4所示；具体通过旋转减速机的方向利用其自身旋转轴的2.5mm偏心量来补偿加工和装配累计误差，达到调整小齿轮与回转支撑啮合间隙，符合设计参数要求，整个操作过程简单易行，并经过2年多的市场验证，施工过程中从未出现上车回转故障问题。

图3 回转机构新结构

图4 上车平台示意图

4 结 语

旋挖钻机是现阶段基础工程中桩基的主流施工设备，随着工民建和国家基础设施的持续投入，其使用范围将更广，但产品自身的升级换代受各个方面因素的制约，尤其是工艺制造水平。众所周知，现代企业要始终把工艺创新上升到战略的高度，才能制造出有市场竞争力的产品，永葆公司的持续发展。