YXW-2000型液压铣轮机的研制

胡海峰，祝华军，熊文祥，郑明辉

（浙江杭钻机械制造股份有限公司，浙江杭州 310020）

0 引言

近年来我国的通信工程飞速发展，信号塔随处可见。截至2018年底，我国拥有大约200万个通讯铁塔，遍布全国31个省、直辖市及自治区［1］。通讯塔数量的增长同时也带动了桩基孔成孔设备的发展。基坑开挖施工是通信线路基础建设的重要环节，影响整个通信线路的施工质量水平。然而我国土地辽阔地貌丰富，尤其是山岭地区地势险峻、陡峭、高耸，这给信号塔的基桩孔开挖带来了很大的困难［2］。

而目前的基桩孔设备主要在重量和效率两方面不够完善，如今的桩基孔成孔设备如竖井钻机、反井钻机和竖井掘进机等都较为笨重，用于施工大直径钻孔的设备动辄几十吨甚至几百吨，且爬坡能力较弱，很难实现利用人工携带上山，必须要借助其他的大型设备和额外的人工劳动［3-5］。并且由于桩基孔直径较大，现有的设备不能快速打孔成型，需要二次加工，扩孔、清理碎石，效率较低［6］。

据调查，迄今为止的大直径山地桩基孔主要是靠人工作业，由于钻孔直径在2 m左右，深度在6～20 m。单纯依靠人工通过水磨钻或风镐破碎耗时久，且危险系数大。所以现急需研发一种能够减少工人劳动强度，开孔破碎速度快，可以一次使钻孔成型，无需二次耗费人工，并且适合人工搬运的可拆卸的设备［7-9］。

针对硬地层大口径山地桩基孔成孔的现状，研制了一款YXW-2000型液压铣轮机，该设备可以拆解为质量＜100 kg的单个部件，方便提携，易于运输，极适合山岭地带的大口径钻孔。且此设备可开口直径大，破碎速度快，效率较高，无需人工二次挖掘，降低施工强度。本文主要介绍YXW-2000型液压铣轮机的技术参数、机械结构、工作原理及液压操作系统。

1 总体技术

鉴于目前施工条件，综合国内外桩基孔成孔设备的特点，同时考虑了设备的解体、搬运及组装性能。铣轮机动力采用液压传动，保证大扭矩、低转速输出，配备液压蓄能器，设备抗冲击性能强、系统过载自动保护。整机分为主机、动作站、操作台3大部分，各部分之间用高压软管连接，便于施工现场布置和搬迁运输，操作方便直观。主机采用可拆解式模块化设计，合理选用工业材料，保证拆解单件质量≯100 kg。设备配备辅助斗提清扫机构，方便物料收集。整机结构布置合理，可操作性强，施工钻孔效率高，机动灵活，大大降低了人工劳动强度，同时提高了整体施工过程的安全性。

YXW-2000型液压铣轮机重点解决了桩基孔成孔设备的结构布置、液压系统、施工工艺等关键技术问题。根据桩基孔成孔实际工艺需求，经过多方面对比分析，确定铣轮机的主要技术参数如表1所示［10-12］。

表1 技术参数Table 1 Technical parameters

2 主要结构特点

YXW-2000型液压铣轮机采用分组布置模式，整机共分主机、动力站、操作台3大部件，各部件之间采用高压胶管连接［13-14］。解体性好，便于运输及摆布。

YXW-2000型液压铣轮机主机由上平台、下平台、回转机构、截割头、给进油缸、导向机构、提料机构和辅助吊装等组成（如图1所示）。

图1 YXW-2000型液压铣轮机主机结构示意Fig.1 Structural diagram of YXW-2000 hydromill

主机通过上、下平台侧方支撑油缸固定支撑于基坑内，上、下平台之间设置有导向机构，通过导向机构实现上、下平台平行上、下移动，最大行程可以达到300 mm。

截割头是由液压马达经2级行星齿轮减速及3级直齿轮减速输出，带动左右截割头实现低速、大扭矩旋转切割。减速器齿轮油采用工业闭式齿轮油L-CKC 220（GB 5903-2011），配置油标、排气阀及放油堵头。

液压铣轮机的旋挖切割是由左、右截割头来执行，左截割头螺旋线右旋布置，右截割头螺旋线左旋布置。截割头安装于减速器输出轴两端，采用花键连接，拆解、更换方便。截割头截齿采用高耐磨自旋截齿，具有高耐磨性及抗冲击等特点。

液压铣轮机的给进靠两个给进油缸推动来执行，通过控制液压给进压力，实现铣轮机加压、减压截割。

液压铣轮机的回转由液压回转装置带动液压回转支承实现±360°回转，通过控制液压回转压力，实现铣轮机加压回转截割。回转机构设置有限位机构，实现可靠机械定位。

液压铣轮机配置滑移油缸，实现左右滑移。滑移油缸带动截割头在不同位置截割，滑移一次定位完成，一个工作面滑移一次实现全工作面截割。

液压铣轮机的物料清理由提料机构配合料筒实现。通过卷扬装置连接料筒，配合辅助吊装支架，在工作周期内分批次提升物料，实现物料有效清理。

综上所述，YXW-2000型液压铣轮机通过截割头自转与回转机构公转，实现局部、分层截割，截割效率高。同时铣轮机主机每个模块都可以单独拆卸，单件质量轻，搬迁运输方便。

3 液压系统的研制

考虑YXW-2000型液压铣轮机的使用安全性、经济性及可操作性，液压系统采用双泵供油的开式循环系统［15-18］。

铣轮机液压操作系统主油泵为设备截割头回转马达动力源，副油泵为给进及支撑油缸、滑移油缸、液压回转装置提供供油动力，液压系统工作原理如图2所示。

图2 液压系统原理Fig.2 Schematic diagram of the hydraulic system

电动机启动后，主油泵2经过滤器6吸入低压油，输出高压油，经过蓄能器31，进入多路换向阀15，多路换向阀15控制马达的正、反转及停止。

副油泵3经过滤器8吸入低压油，输出高压油进入多路换向阀18，操作多路换向阀18第一个手柄控制设备给进油缸23给进、起拔功能；操作多路换向阀18第二个手柄控制液压回转马达24回转；操作多路换向阀18第三个手柄控制滑移油缸27，实现截割头不同位置截割；操作多路换向阀18第四个手柄控制抓斗油缸28，实现物料抓取。

回转油路串联刮板油缸，实现铣轮机截割头回转时，左、右刮板自动切换刮取物料。

多路换向阀18的过桥油路进入操作多路换向阀19，操作多路换向阀19第一个手柄，控制上平台油缸29支撑与松开；操作多路换向阀19第二个手柄，控制下平台油缸30支撑与松开。

在给进油缸油路中串联有减压阀22和平衡阀21。调节减压阀手轮，按标牌指示方向，能实现给进压力的调大与调小。调节平衡阀螺钉，能防止设备在自重力作用下滑落。

在液压回转装置油路中串联有正转、反转减压阀。调节减压阀手轮，按标牌指示方向，能实现正转、反转压力的调大与调小。

在滑移油缸油路中串联有单向节流阀26。调节单向节流阀，按箭头指示方向，能实现滑移油缸的滑移速度控制。

4 施工工艺流程

为了实现YXW-2000型液压铣轮机的可操作性，结合液压控制原理，其施工工艺流程如下［19-21］：

（1）开机。

（2）下平台支撑油缸支撑，中心找正。

（3）上平台支撑油缸松开。

（4）给进油缸起拔至极限位置。

（5）上平台支撑油缸支撑。

（6）下平台支撑油缸松开。

（7）滑移油缸将截割头运行至基坑外圆。

（8）截割头正转。

（9）给进油缸给进，按现场实际岩石硬度条件，随时调节给进压力，给进30～50 mm，下平台支撑油缸支撑。

（10）液压回转装置正转，按现场实际岩石硬度条件，随时调节回转压力，完成360°截割。

（11）至360°限位位置，停止回转。滑移油缸将截割头拉至基坑中间位置。注意：此步骤也可以采用先将下平台支撑油缸松开，退回35～50 mm，再移动滑移油缸将截割头拉至基坑中间位置，然后步骤（8）接续。

（12）液压回转装置反转，按现场实际岩石硬度条件，随时调节回转压力，完成360°截割。

（13）至360°限位位置，停止回转。

（14）完成基坑一层截割。

（15）重复（6）～（13）实现一层一层往下截割。

（16）在完成几个层次截割后，设备停至运转，使用卷扬将物料通过提料桶提升至地面。

（17）完成一个给进油缸行程，回至步骤（2）接续。

（18）最终完成实际要求基坑深度。

综上所述，YXW-2000型液压铣轮机施工工艺流程简单，工艺适应性、可操作性强，操作省力、安全可靠。

5 试验测试

5.1 工厂试验

YXW-2000型液压铣轮机试制完成后，在我公司的萧山工业园区进行试验，分别对不同型号水泥基坑进行了试验（如图3所示），测试数据如表2所示。

图3 YXW-2000型液压铣轮机现场测试Fig.3 Field test of YXW-2000 hydromill

表2 试验数据Table 2 Test data

测试结果表明，该铣轮机截割效率高，定位、移机方便，物料收取可靠、提升方便，扭矩、转速、回转、给进、滑移等主要技术指标满足设计要求。

5.2 工业测试

2021年3月，YXW-2000型 液 压 铣 轮 机 在 浙 江丽水进行了测试（如图4所示）。测试结果表明，液压铣轮机截割效率高，可操作性强，移机搬运方便，同时能大大降低人工劳动强度。

图4 YXW-2000型液压铣轮机现场测试Fig.4 Field test of YXW-2000 hydromill

6 结语

针对国内山地信号塔基桩孔单纯依靠人工开挖存在的问题，研制了YXW-2000型液压铣轮机，该设备旋挖扭矩大，转速、给进、回转、滑移等参数设计合理，开挖效率高，施工工艺方便，主机模块化设计合理，移机、搬运方便，液压系统操作性强，系统传动简单，维修方便。该设备的研制成功，提高了山地基桩孔开挖的整体技术水平，同时提升了基坑开挖的经济效益和社会效益。