建筑基础施工中一种螺杆桩机用卷扬机的研制

刘守进

摘要 螺杆桩是建筑桩基础中节能减排桩型，对成桩的同步性要求很高，卷扬机是实现同步性的关键部件。该卷扬机是由电磁制动变频调速电动机、联接盘、卷扬减速器、卷筒、芯轴、电磁制动器、轴承盒和底架等组成。电磁制动变频调速电动机与电磁制动器同步制动，共同完成卷扬的制动，起到双保险的作用。通过启动电磁制动变频调速电动机及电磁制动器，带动卷筒旋转，实现卷筒上两根钢丝绳同速收放，操作简单，收放钢丝绳同步性高。

关键词 螺杆桩；电磁制动；变频调速；单排绳双出绳；同步性

中图分类号TU7

文献标识码A

文章编号1674-6708（2016）155-0083-02

1 技术背景

螺杆桩是建筑桩基础行业中大力推广的桩型，它具有承载力高，无排土，沉降量低等优点。螺杆桩的施工对其成桩设备的要求很高，它不但要求有足够大的动力头输出转矩，同时还要求动力头的输出转速与其竖向方向的移动距离保持很高的同步性。即动力头输出每转一转，动力头在卷扬机的拉动下，竖向方向移动一个螺距距离。从而保证在螺杆桩施工过程中已形成的螺纹状的土体不被扰动，避免形成二次成螺的现象。由于施工的地域不同，地质条件不同，地面建筑物的不同，动力头的输出转速是变速的，它是通过电动机的调速来实现的。卷扬机也是通过电动机调速实现快慢的。动力头的调速与卷扬机的调速是通过电气控制系统来实现同步控制的。现有的卷扬机多采用双卷简单独控制动力头在竖向的升和降，两卷筒之问通过换向齿轮实现单独工作，而且每个卷筒上的钢丝绳需要缠绕多层。这样钢丝绳在收放过程中，钢丝绳的绳速随时都在变化，很难满足动力头转速与其竖向移动的同步性要求。为了更好的推广使用螺杆桩，满足动力头转速与其竖向移动的距离的同步稳定性要求，降低同步稳定性电气控制难点，我们研制出采用电动变频调速，电磁制动单卷简单排绳正反双出绳卷扬机作为动力头的提升和加压卷扬机，来解决实际问题。

2 卷扬机的结构

卷扬机采用变频调速电动机直动，单排绳双出绳大直径卷筒及其内藏式减速器，电磁制动器制动，结构紧凑，调速范围人。（如图l所示）它是由（1）电磁制动的变频调速电动机；（2）连接盘；（3）压绳板；（4）卷扬减速器；（5）卷筒；（6）芯轴；（7）线圈；（8）锁紧螺母；（9）轴承盒盖；（10）轴承盒；（11）油杯；（12）轴承；（13）密封圈；（14）套；（15）制动盘；（16）衔铁（17）弹簧（18）磁轭；（19）底架和螺栓等组成。

1）卷筒是一大直径单螺旋线绳槽，单排绳正反双出绳的卷筒，卷筒绳槽的两端分别设有可供绳通过的孔，卷筒的两端外缘处分别设有压绳板。此卷筒可同时固定两根钢丝绳按绳槽缠绕，卷筒转动时，两根钢丝绳能同速收和放。卷筒内腔两端部设有辅板，一端用来安装卷扬减速器，另一端用来安装芯轴。

2）电磁制动器结构

如图2所示，是由（18）磁轭；（7）线圈；（17）弹簧；（16）衔铁；（8）锁紧螺母；（9）轴承盒盖；（15）制动盘及螺栓等组成。磁轭与衔铁之问的间隙6是通过锁紧螺母来调整的。制动盘根据所需制动力的人小可是‘片或多片。制动盘与芯轴是渐开线花键滑动配合，制动盘可在芯轴上做轴向移动，在断电状态下，衔铁在弹簧的作用下，压紧制动盘及轴承盒盖，达到制动卷扬日的。在供电状态下，线圈通电产牛磁场，吸引衔铁压缩弹簧，使间隙变δ变为0值，从而打开制动盘，使制动盘随芯轴、卷筒做同速旋转。

3）电磁制动变频调速电动机是交流变频调速电动机与电磁制动器的组合。电磁制动器安装在电动机的主轴的非轴伸端。该制动器是通电时释放，失电时制动的一种弹簧加压式十式摩擦电磁制动器。

4）卷扬减速器是一多级行星减速器。

5）芯轴一端固定在卷筒内腔辅板上，另一端通过轴承，轴承盒安装在底架上，芯轴的中部设有渐开线花键，可供制动盘内花键与其配合，并能沿轴向移动。芯轴上的花键靠近轴承径端部为削顶段.可供安装套用来定位轴承、密封圈。

3 卷扬机的工作原理

通过电气控制系统，同时给电磁制动变频调速电动机和电磁制动器供电，交流变频调速电动机内电磁制动器与芯轴上电磁制动器同时打开，电动机主轴通过卷扬减速器带动卷筒旋转，实现卷筒上的两根钢丝绳同速收和放，调节电动机的输出频率，可以得到不同的输出转速，从而实现不同绳速的要求。停止供电，电磁制动器同时断电，制动盘与衔铁，轴承盒盖在弹簧的作用下被压紧，摩擦力剧增，达到最大值，形成相对静止，从而达到制动作用效果。

4 实际应用

在螺杆桩机设备中，动力头装置的提升和加压使用了该种卷扬机，简化了电气控制系统，螺杆桩施工的同步性要求得到了保障。

如图3所示，提升钢丝绳和加压钢丝绳同时缠绕在一个卷筒的单螺旋线绳槽内，两根绳的一端分别固定在卷筒的两端外缘的压绳板下，两根绳的另一端分别通过滑轮组与动力头装置，分别固定在塔顶滑轮组和机架平台滑轮组上。提升钢丝绳位于卷筒下方收放绳，加压钢丝绳位于卷筒上方收放绳，两根绳沿螺旋线绳槽将卷筒缠满，从而形成单排绳双出绳的功能。应用这种卷扬机，简化了螺杆桩机的操作。对复杂地层（如流朔层等）的施工，也确保了同步性的可靠性。同时，该卷扬机获得了2014年国家实用新型专利。

参考文献

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[3]建筑地基基础设计规范[S].GB5007-2002.中国建筑工业出版社，2002.

[4]杨可桢，程光蕴，机械设计基础[M].高等教育出版社，