ZKD系列多轴钻孔机质量攻关项目

李超 李士战

（上海金泰工程机械有限公司 上海 201805）

ZKD系列多轴钻孔机质量攻关项目

李超 李士战

（上海金泰工程机械有限公司 上海 201805）

作为“SMW工法”深层搅拌桩的专用施工设备，多轴钻孔机因其具有“节能减排、绿色环保”、施工周期短、成桩质量好、对周围地基影响小、性价比高等优点，被越来越多地运用于高层建筑、地铁、高速铁路、水利工程的防渗连续墙施工和软土地基加固，在我国的基础建设中发挥了重要作用。

SMW工法施工设备；多轴钻机质量攻关

1 项目概述

多轴钻孔机又称多轴式连续墙钻孔机，是专为“SMW工法”而设计开发的专用施工设备。“SMW工法”也叫“柱列式水泥土墙工法”，是将土和水泥在原位置混合建造防水挡土墙技术的简称。由于该产品科技含量很高，对加工工艺、检测手段、液压传动、电气控制等技术方面的要求都很高，我国原有的科技水平很难实现该产品的国产化批量生产。2003年前国内市场上的多轴钻孔机完全依赖进口，日本三和等国际知名公司的产品充斥着国内的多轴钻孔机市场。为增强公司本身的科研创新能力和市场竞争力，我公司于2015年开展对ZKD系列多轴钻孔机优化完善工作。

2 技术创新成果

本项目属于机、电、液一体化系统领域，通过液压传动系统和电气控制系统对机械结构的联合控制实现整机设备的工作性能。本项目的主要创新成果包括以下几个方面：

2.1 功能强大的动力源

动力头是该钻机钻进成孔、成桩的动力源，它由两台或三台立式电机通过齿轮联轴器与行星减速器联接，再通过齿轮将动力传递给输出轴，输出法兰与联接盘、螺旋钻杆、钻杆联接进行钻孔作业。其电气动力系统适宜施工，根据钻孔机的使用特点，提出要求并委托天津起重电机厂开发了钻孔机专用恒功率电机，其特点是启动扭矩大，最大扭矩/额定扭矩为3.0以上，绝缘等级F级，过载能力强。

2.2 特定的螺旋钻具

为满足国内不同地质情况的施工要求，分别设计了三种适用于沙质土、粘性土、沙砾石和岩石用的钻具。三根钻杆上下方向分别交替安装着由推进式的搅拌叶片和螺旋状的移动叶片，螺旋钻杆是由内外六方承插式接头、芯管、螺旋叶片、搅拌叶片组成，三根钻杆相互由上、中、下三挡保持架刚性联接，并备中部、下部支撑架，能确保施工精度。钻杆接头采用六角结构，等强度设计，联接方式安全可靠。钻杆中间的输送管采用特制的天然橡胶密封垫，压缩量控制在3～5mm。

2.3 效果良好的回转密封装置

钻杆驱动轴为中空轴，上部与回转接头相连，为保证压缩空气和水泥浆在输送工过程中不发生泄漏，回转接头采用O型密封圈和多道油槽相结合的特殊密封方式，耐高压能力更强，安装检修方便，工作可靠性高，其使用寿命提高到原来的15～20倍。

2.4 提升导向系统

ZKD系列多轴钻孔机的提升系统包括主提升系统和副提升系统，主提升系统主要完成动力装置的吊装，顶部的多倍率滑轮组可自由拆卸，导向装置设计为标准尺寸，可与多家公司的桩架相配合使用。副提升系统则用来完成水泥浆、压缩空气输送管及动力线的吊装使用。ZKD系列多轴钻孔机的提升导向系统是由中间支撑架和下部支撑架组成，他们是钻进成孔的关键部件。

3 改进效果

对于动力头而言，原采用自制移动镗床及大型刨床进行加工，需经多次装夹工序完成基准定位，造成的误差较大，为此我公司新添置TK6916大型落地铣镗床，定位只需一次装夹工序，加工精度得到可靠保证。对于局部强度和焊接工艺要求比较高的钻杆内外六角接头，超声波探伤检验结果显示，经过一系列的改善措施后其表面强度和焊缝质量明显提高，一次缺陷率由之前的10%下降到现在的2～5%。

相比较同类产品通用的只带密封圈的回转密封装置而言，本项目所采用的密封圈和多道油槽相结合的回转密封装置具有更优越的结构形式，密封效果更好。回转接头的使用寿命提高了8倍以上，而ZKD系列多轴钻孔机的整机使用寿命提高了40%以上。

综上所述，经过诸多有效措施，该产品的结构形式得到了很好的优化改进，整机强度和使用性能也有了很大程度的提高。用户反映，经过此次质量攻关项目的实施，建筑工程的施工效率大大提高。客户服务部门的调查反馈数据显示，该产品故障次数为0.5次/台，质量改进效果显著。

4 项目小结

在项目实施进程中，自主设计开发了以下主要关键技术：

（1）国内首创：国内第一款SMW工法设备，在工程机械领域填补了国内的一项科研空白，彻底改变以往施工模式，加快了建筑施工的总体进度；

（2）绿色环保概念：施工过程无振动、低噪音、无污染环境，无侧向挤压，对邻近建筑物影响小；

（3）先进的检测控制系统：使得成槽垂直度控制在0.2%以内，大大提高了成槽精度，也提高了工作效率；

（4）新型回转接头：由多道油槽和O型密封圈相结合的回转接头，采用新材料、新工艺，降低了密封件与注浆管的磨损，大大延长了设备的使用寿命；

（5）施工操作方便：设计开发自动、手动相结合的方式对钻进、搅拌、提升进行控制，具有防过载等安全保护功能；

（6）产品设计能力强：针对加固深度达30m，厚度0.36～1.0m的墙壁；并设计了三种适用于沙质、粘性土、沙砾石和岩石用的钻具；

（7）搅拌轴及搅拌叶片：采用ANSYS有限元分析进行结构优化，使得ZKD型多轴钻孔机在作业时能有效地搅拌软土和固化剂，提高了墙体强度和防渗能力。

在本项目的实施进程中，共获得三项实用新型专利，并有两项发明专利正在申请过程中。与国际知名企业生产的同类产品相比，ZKD系列多轴钻孔机具有更强的施工自动化程度，更高的作业稳定性。

ZKD系列多轴钻孔机是在充分调研我国地质国情，融合国内外先进的机、电、液一体化技术的基础上，通过进一步的消化、吸收和再创新，独立研制开发新一代多轴钻孔机。本产品自投放市场以来，相继在国家地铁建设、水利工程等重大工程中得到广泛应用，大大推进了施工进度及工程质量，取得了满意的效果，获得用户一致认可。

TU67

A

1004-7344（2016）14-0220-01

2016-5-2