多功能光伏电站桩基施工专用钻车的设计

徐金渭 郑小军

（衢州学院，浙江 衢州 324000）

光伏电站是采用太阳能电池组件、控制器和逆变器等部件组成的发电装置，与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。光伏电站按建设场地不同分为建筑屋顶光伏电站、大型地面光伏电站等。地面光伏电站支撑装置要通过光伏桩基连接。光伏桩基是保证光伏电站安全、正常运行的重要部件，光伏桩基与上部支架的连接。作用在光伏支架及桩基上的有各种载荷，应保证光伏桩基及支撑装置具有足够的抗拉及抗压强度和刚度，满足承载力与变形的要求。

目前，光伏桩基主要有两种，一种是螺旋桩，另一种是水泥桩基。光伏电站桩基施工专用钻车用于地面光伏电站桩基孔施工。螺旋桩施工作业采用光伏打桩机，较硬的岩石一般采用潜孔钻车钻出引孔，然后进行混凝土桩基施工。光伏打桩机存在着打桩位置偏差大、垂直度超标、推进动力不足等缺点。在硬岩石采用潜孔钻车进行桩基引孔施工中，存在作业地点移动范围大、机组移动不方便、孔位偏差大等缺点。

1 国内外研究现状和发展趋势

光伏桩基施工钻具包括螺旋桩、螺旋钻杆及凿岩钻杆及钻头等，这些钻具应与桩基施工作业相适应。目前对硬质地层，钻具采用螺旋钻杆及凿岩钻杆及钻头。对软土层地点桩基施工目前都用光伏螺旋桩直接打桩布置，具有施工快，操作简便等特点，光伏螺旋桩基对螺旋桩的位置及垂直度有较高要求，需要在钻车上专门设计钻具定位装置。

目前在光伏电站桩基施工作业中，针对软质土层，一般用专用的光伏打桩机，硬质地形采用履带式凿岩钻机。光伏打桩机既可以用于螺旋桩作业，也可用于较硬土层开钻光伏桩基引孔。近年来，有些光伏电站桩基施工也用挖掘机改进的专用钻机，但由于设计改装时间短，未经过系统的工程实际应用验证及完善，在应用过程中存在故障多、液压系统设计不合理等缺陷。

光伏电站建在地面上，由于地形的高低错落，地面土质层的不同，选择桩基类型就不同，需要光伏桩基施工专用钻机具有方便灵活、多用途、定位准确、适应性强、高效率等特点。本设计在原有的ZGYX43OE潜孔钻车基础上，并结合小型挖掘机液压系统稳定可靠、适应性强等优点对钻车液压系统进行优化，完成GYX400多功能光伏桩基施工专用钻车的研发。

2 专用钻车的结构设计

2.1 总体结构

本专用钻车借鉴ZGYⅩ430E潜孔钻车结构，主要有底盘总成、履带总成、钻臂总成、推进器总成、回转头总成、发动机机、液压系统及外罩部件等部件组成。如图1所示。

根据专用钻车实际设计要求，对各部件均应进行优化设计：

（1）底盘总成包括底架、发动机及液压泵支座、底盘总成上安装有液压油箱及柴油箱、油管接头等，由于专用钻车在复杂地形施工，应使总成离地距离大，结构紧凑。

（2）履带总成包括前后履带架、履带板总成、行走液压马达、减速器、调平油缸等。总成上装有操作系统等，为了使设备适应低洼地带施工，履带板设计加宽，避免设备移动障碍。行走系统采用挖掘机配套的四轮一带结构加减速系统，使行走更可靠，行走速度提高，满足施工作业快，移动频繁的要求。

图1 专用钻车总体结构

（3）总成，钻臂上安装有左右摆动油缸总成、提升油缸总成、俯仰油缸总成等，钻臂总成连接底盘及推进器总成，控制推进器总成的提升、倾角及推进位置。

（4）推进器总成安装在钻臂的滑架上，主要零件为推进梁，推进梁上安装有推进油缸总成、链条、回转头等，本专用钻车钻孔深度小于1.5 m，远小于潜孔钻的钻孔深度，因此推进梁的长度缩短为2.8 m，相应的油缸行程也作了调整。

2.2 专用钻车关键部件设计

2.2.1 液压系统设计

钻车液压系统由液压泵、多路阀、先导阀等控制阀、油缸总成、行走及回转马达等液压元件组成。液压系统由三联液压泵供油，与ZGYX430E潜孔钻车相比，提高了相应的额定压力，同时三泵出口压力分别为25 MPa、25 MPa、15 MPa，保证提供足够的动力。 该液压系统。

（1）行走液压系统通过液压泵提供动力，通过多路阀及控制阀实现行走马达工作，左右行走油路独立不干扰，操纵杆配合操作，实现履带按要求行走，平衡阀使两侧油路压力相同的，保持行走协调。采用调速回路可对行走马达速度进行控制调节。

（2）回转推进液压系统，通过多路阀控制可实现回转头回转，输出回转扭矩，使钻杆回转，泵出油口设有溢油阀，确保系统压力恒定不超压，保持工作安全可靠。液压泵、调速阀及液压马达组成调速回路，可对回转速度进行调节。

（3）钻架调节液压系统是保证钻杆钻具有一定正确工作位置，由左右摆动油缸、提升油缸、俯仰油缸、主液压泵、多路阀等组成，通过对各个液压缸的动作控制，保证钻孔位置及钻孔深度。

2.2.2 垂直钻孔装置

垂直钻孔装置主要组成如图2所示：操作者扳动操纵阀手柄，使推进梁内的推进油缸带动滑板向下运动，安装在滑板上的回转头带动专用钻杆向下钻进，在整个钻凿桩基孔过程中，由于安装在推进梁上的倾角传感器，能实时检测专用钻杆的倾斜角度，并通过数显仪显示角度，操作者可根据观察数显仪显示的角度来调整推进梁的姿态，以保证专用钻杆能垂直钻孔。

图2 垂直钻孔装置

3 结论

研发的多功能光伏电站桩基施工专用钻车，集成成熟的挖掘机液压技术及潜孔钻车液压技术，液压系统更高效节能，设计钻具定位装置，使桩基施工定位符合国家施工规范要求。替代原有单一的施工作业设备，有效解决我国目前光伏电站桩基施工设备用途单一、定位复杂、适应性差等主要问题，提高桩基施工作业效率，实现一机多用，减少设备投入，降低成本。经过光伏电站施工单位测试及较长时间使用，具有理想的评价。