旋挖钻机的基本构造及工作原理.docx

1、旋挖钻机的基本构造及工作原理旋挖钻机的基本构造及工作原理结合目前国内市场需求情况，由 XX 三一重机有限公司独立研发 生产的旋挖钻机于成功下线，目前已经形成 SR280、SR330、SR250、SR SR SR150及SR等系列化产品投入市场，稳居市场占有率第一 位。第一节 概述SR系列旋挖钻机是XX三一重机有限公司独立研发的新一代地基 基础施工机械产品， 在设计和制造上吸取了国内外著名品牌产品的优 点，主要性能达到国际同类产品水平。 关键零部件均采用国际知名品 牌的产品，确保了整机的高可靠性。SR系列旋挖钻机可广泛应用于XX 高层建筑、铁路、公路、桥梁等桩基础工程的钻孔灌注桩成孔的 施工，具

2、有成桩速度快、施工效率高、环保节能等特点，在地基基础 行业树立了新的民族品牌。SR系列旋挖钻机的结构从功能上分，主要包括底盘和工作装置 两大部分。从使用底盘的不同又可分为履带式和汽车底盘式两种规 格， SR130、SR150、SR、SR、SR220R、SR250、SR280R、SR、SR350 旋挖钻机等皆采用了液压伸缩履带式底盘，而 SRC10睬用了汽车底 盘，使产品具有机动性强、远距离移位便捷的优势。SR系列旋挖钻机的工作装置主要包括变幅机构、桅杆、主、辅 卷扬、动力头、随动架、加压装置、钻杆、钻具等（详见“机械结构 章”）。采用了平行四边形变幅机构、自行起落折叠式桅杆；自动控 制监测主机

3、功率、回转定位及安全保护；自动检测、调整钻杆的垂直 度；钻孔 xx 预置和监测等新技术。彩色显示屏直观显示工作状态参 数，整机操纵上采用先导控制、负荷传感，最大限度地提高了操作的 方便性、XX和安全XX，充分实现了人、机、液、电一体化。SR系列旋挖钻机所配套的短螺旋钻头、 普通钻斗、捞XX等钻具, 可钻进粘土层、沙砾层、卵石层和 xx 风化泥岩等不同地质。第二节 工作原理旋挖钻机钻进成 xx 工艺旋挖成 xx 首先是通过钻机自有的行走功钻杆将底部带有活门的桶式钻头置放到 XX 位，钻机动力头装置为钻 杆提供扭矩、加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆钻 头，钻头回转破碎岩土 ,并直接将

4、其装入钻头内 , 然后再由钻机提升装 置和伸缩式钻杆将钻头提出 xx 卸土,这样循环往复 ,不断地取土、卸 土，直至钻至设计XX。对粘结性好的岩土层，可采用干式或清水钻进 工艺。而在松散易坍塌地层 , 则必须采用静态泥浆护壁钻进工艺。旋挖钻机钻进工艺与正反循环钻进工艺的根本区别是，前者是利 用钻头将破碎的岩土直接从孔内取出，而后者是依靠泥浆循环向孔外 排除钻渣。第三节机械系统的基本构造 一、机械结构:SR系列旋挖钻机的结构从功能上分，分为底盘和工作装置两大部分。钻机的主要部件有：底盘（行走机构 、底架、上车回转）、工作装置（变幅机构、桅杆总成、主卷扬、辅卷 XX、动力头、随动 架、钻杆、钻具等

5、加压）。I f、fl图1 SR系列旋挖钻机结构图1、底盘2、变幅机构3、桅杆总成4、随动架5、动力头6、钻杆7、钻具8、主卷扬9、辅卷扬二、底盘底盘是钻机工作装置部分的安装基础，由行走机构 、底架、上车回转组成，见图2。速机、驱动轮及张紧装置、履带、承重轮、托链轮、导向轮等部件组 成。行走装置通过液压系统控制，可实现前行、后行、左转弯、右转 弯、原地水平旋转等动作。行走机构的履带具有XX度调节功能。当履带过于松弛时，影响 正常工作，需适时调整其XX度。调整履带XX度时，用手压黄油泵向XX装置的XX油缸注油口注入适量油脂。XX油缸的注油口位置如图“A” 处。底架用于安装和支承履带行走机构，内部装

6、有液压油缸、液压系 统的“中心回转接头”。上车的液压系统的工作压力油液通过“中心 回转接头”传输到履带行走机构和履带伸缩机构。 通过液压油缸的伸缩运动实现了履带行走机构的展宽和缩回。这一功能使钻机在工作时履带，减小整机宽度，适应了公路交通法规的要求。变幅机构、回转机构、配重等部件直接安装在其上。图2 SR系列旋挖钻机底盘1、SR130/150型旋挖钻机底盘型号为SY230R采用的是三一集 团SY230成熟的挖掘机底盘改制而成。动力系统（发动机）采用的是 目前国际上先进的动力装置之一的 XX6BTA5.9-C型涡轮增压柴油发 动机，它能够自感应负载变化，并相应调整功率的大小。2、SR200型旋挖

7、钻机底盘型号为 SY310R采用三一集团SY310 成熟的挖掘机底盘改制而成。动力系统 （ 发动机） 采用的是 xx 的超 强力、大扭矩、电控、直喷、涡轮增压、XX型QSB5.9-240型柴油机, 可在高海拔地区工作。3、SR型和SR25Q型旋挖钻机底盘型号为 CAT采用CAT C 9电 喷涡轮增压中冷柴油发动机，也是目前国际上最先进的动力装置之。能够感应负载变化，并相应调整输出功率的大小。该发动机噪音 低，振动小，环保高效，性能稳定可靠。 SR420 三、工作装置工作装置包括变幅机构、桅杆总成、随动架、动力头、主卷扬、辅卷扬、加压装置、钻杆、钻具等。1 、变幅机构变幅机构是桅杆的安装部件。由

8、动臂、三角架、支撑杆、变幅油 缸、桅杆油缸等组成，见图 3。通过变幅油缸、桅杆油缸的作用，可 以使桅杆远离或靠近机体和改变桅杆前后倾角， 调节桅杆的工作幅度 或运输状态的整机高度。图3 SR系列旋挖钻机变幅机构回转台一动臂一支撑杆一三角架通过销轴铰接，组成一个平行四 边形机构。当变幅油缸伸缩而改变工作幅度时，桅杆和三角架只作上 下平行移动。满足了桅杆平移，升降的工况要求。2、桅杆总成桅杆总成由桅杆和滑轮架组成，见图 4。桅杆是钻机的重要机构，是钻杆、动力头的安装支承部件及其工 作进尺的导向部件。其上装有加压油缸，动力头通过加压油缸支承在 桅杆上，桅杆左右两侧有矩形导轨，对这两个工作机构（动力头

9、、随 动架）的工作进尺起导向作用。图4 SR系列旋挖钻机桅杆桅杆为三段可折叠式，分为上段、中段、下段，运输状态时，将上段、下段折叠安装，以减小运输状态时整机 XX。滑轮架结构如图5,安装于桅杆的顶端，工作时用螺栓与桅杆联 接。滑轮架上的主卷扬滑轮和辅卷扬滑轮用以改变卷扬钢丝绳运动 方向，是提升、下降钻杆和物件起吊的重要支撑部件。滑轮架为折叠 式，运输时与桅杆铰接联接，以降低运输状态时整机的高度。图5 SR系列旋挖钻机滑轮架3、随动架随动架是钻杆工作的辅助装置，结构如图 6, 端装有轴承并与 钻杆螺栓联接，对钻杆起回旋支承作用；另一端设有导槽与桅杆两侧正常工作。i II图6 SR系列旋挖钻机随动

10、架4、动力头动力头是钻机最重要的工作部件，结构如图 7,它由液压XX、减 速机、动力箱、缓冲装置、滑移架、联接板、压盘组成。动力箱内有 一组与回转支承固定在一起的齿圈， 齿圈与轮毂固定，轮毂内壁有三 组驱动键。图7 SR系列旋挖钻机动力头液压XX的高速旋转通过减速机减速以后，减速机的动力输入给动力箱中的齿轮轴，齿轮轴小齿轮与齿圈啮合，形成最后一级减速。与轮毂固定在一起的齿圈，在回转支承的支撑下被驱动旋转， 轮毂上 的键驱动钻杆旋转，实现钻机钻孔工作的旋转运动。缓冲装置的作用： 当钻孔 xx 超过第一层钻杆的 xx 时，下钻杆时 会冲击动力头，特别是卡钻时的意外情况，冲击力更大，此时缓解对 动力

11、头的冲击，保护动力头不受到损坏。滑移架是动力头的导向部件，通过联接板和销轴与动力箱固定， 在对钻孔加压和对动力头起拔工况时，沿桅杆导轨导向。压盘的作用是钻斗上提时与钻斗上的碰块相撞，打开钻斗卸渣。SR旋挖钻机动力头匹配两种输出转速：一种是低速大扭矩，用 于正常成孔作业；另一种是高速小扭矩，用于空载卸土。两种转速通过液压系统进行切换，切换时有 3秒滞后XX。其它钻机没有高速甩 土功能。5、主卷扬卷扬由液压减速机构、卷筒、卷扬支座、钢丝绳、绳套等组成， 结构如图 8。主卷扬的功能是提升或下放钻杆，是钻机完成钻孔工作 的重要组成部分，其提升和下放钻杆的工作由液压系统驱动和控制。在钻机进行成孔工作时，

12、须打开主卷扬制动器；使系统中主卷扬 xx 进、回油通道互相导通，卷扬机系统处于浮动状态，这样才能操作加 压油缸对钻杆进行加压，以便钻杆顺利进行钻进。SR系列旋挖钻机主卷扬6、辅卷扬辅卷扬由液压减速机构、卷筒、卷扬支座、钢丝绳、绳套等组成。辅卷扬置于三角架内，其功能是吊装钻具以及其他不大于额定起重量 的重物，是钻机进行正常工作的辅助起重设备。7、加压装置加压装置由加压油缸和动力头总成组成。加压油缸固定于桅杆上，加压油缸活塞杆连接于动力头滑移架上。&钻杆部分:、钻杆的类型根据钻孔时米用的钻进加压方式不同， 钻杆分为三种类型：摩擦加 压式钻杆（简称：摩擦杆）、机锁加压式钻杆（简称：机锁杆，又称: 凯

13、式钻杆）和组合加压式钻杆（简称：组合杆）。摩擦式钻杆（见图 1）一般用于较软地层的钻孔施工，可钻进淤摩擦式钻杆一般制成5节，1 4节杆每节钢管长。钻孔XX可达 左右。1 、扁头 2、一杆挡环 3、第一节钻杆 4、第二节钻杆 5、第三节 钻杆 6 、第四节钻杆7、第五节钻杆 8 、减振器总成 9、一杆外键 10 、一杆内键 11 、12、钻杆弹簧 13、方头 14、销轴图 1 摩擦式钻杆机锁式钻杆（见图 2和图 3）不但可用于软地层，也可用于较硬 地层施工。机锁式钻杆可钻进淤泥层、泥土、（泥）砂层、卵（漂） 石层和强风化岩层。机锁式钻杆一般制成 4节，13节杆每节钢管 长。钻孔 XX 可达左右。

14、1 、扁头 2、一杆挡环 3、第一节钻杆 4、第二节钻杆 5、第三节 钻杆 6、第四节钻杆7、减振器总成 8、一杆外键 9 、一杆内键 10、弹簧座（托盘） 11 、钻杆弹簧12 、方头 13、销轴图2固定点分段加压式机锁式钻杆钻杆结构1、结构名词解释“钻杆节杆号”：旋挖钻机钻杆是由数节直径大小不等的钢管和内外键制成的杆套装而成，其各节杆的名称从外向里分别定义为：第 1节杆；第2节杆；第3节杆。钻杆结构如图5 （摩擦杆）旋挖钻机钻杆通常为直径大小不等的多节无缝圆钢管套装构成, 每节杆钢管的外圆按120。均布焊有通长外键；除最里边一节杆外, 每节杆下管（XX5001000伽）钢管内圆弧面上都焊接

15、（或安装）了 内键（内键XX500900 mm），形成120均布的三个内键槽，与其 相邻内杆的外键配装，留有足够的间隙，使外键能在内键槽内全长自 由伸缩滑动;除 1 杆外每节杆的上端部都焊接（或安装）有挡环；（a）钻杆收缩状态 （b）钻杆断面结构（c）钻杆伸出状态图 5 摩擦杆结构图外键的作用：传递旋挖扭矩和加压力；内键的作用：（ 1）传递旋挖扭矩和加压力，（ 2）与相邻内杆钢 管的径向定位；挡环的作用：（ 1）与相邻外杆钢管的径向定位，（ 2）该杆完全 从其外杆向下伸出时， 挡环被其外杆内键上端面挡住， 阻止该杆从其 外杆下管滑落脱出。摩擦杆各节杆上的外键是焊在钢管上圆周 120均布的 3

16、条（或 6 条）通长钢条，无台阶（无加压点）。机锁杆各节杆上的外键是焊在各节杆钢管上圆周 120均布的 3 条（或 6 条）带有加压端面（有台阶）或齿面的钢条。最里边一节杆上端部焊装有扁头，其与提引器 XX，通过旋挖钻 机的主卷扬、钢丝绳将钻杆吊起。其下端部焊装有方头，由它将动力 头传来的旋挖扭矩和加压力传递给钻具。 在该杆的下部还装有减振弹 簧和弹簧座（托盘），该两零件托着其它各节钻杆，在提、放钻杆操 作时减小其它各节钻杆的惯性冲击， 对提引器、 钢丝绳和主卷扬等零 部件起缓冲保护作用。第 1 节杆上端部焊（装）有可与随动架的滚动支撑连接的法兰盘， 通过螺栓与随动架连接； 在其上部安装有橡胶

17、减振环， 以减小钻杆对 动力头的冲击。2、钻杆的提升和伸放钻杆在完全缩进状态被安装到旋挖钻机上， 整根钻杆的重量通过 最内一节杆的扁头和提引器 xx 作用在主卷扬钢丝绳上。最内一节杆 通过焊接（或安装）在其上的圆盘和安装的弹簧、弹簧座（托盘）将 其它各节杆托起（弹簧座的外径与一杆钢管外径相同）。钻杆下放（伸出）：钢丝绳下放，钻杆由于自重整体下降， 1 杆 在动力头内键套内滑动下降。当 1 杆上的减振环碰到动力头上平面 时，1 杆被动力头托住，停止下降；钢丝绳继续下放，其余各节杆在 重力作用下一起继续下降。 当第 2 节杆的挡环碰到 1 杆下管内键上端 面时， 2杆被 1杆挡住，停止下降；钢丝绳

18、继续下放，其余各节杆在 重力作用下一起继续下降。 当第 3 节杆的挡环碰到 2 杆下管内键上端 面时，3杆被 2杆挡住，停止下降。如此继续，直到各节杆全部伸出， 将安装在最里边一节杆方头上的钻具下放到 XX。由此可见，各节钻 杆的伸出（下放）是由外向里进行的。钻杆提升（缩进）： （以 5 节杆为例）每次钻进结束后，钢丝绳 提升， 5杆带着钻具一起向上提升，同时 5杆向 4杆内缩进。当 5杆 完全进入 4杆内时，安装在 5 杆上的弹簧座（托盘）将 4杆托起，带 着 4 杆一起上升，同时 4杆、5 杆一起向 3杆内缩进。如此继续，直到 5、4、3、2 各节杆全部缩进 1 杆内，并且 1杆也被弹簧座

19、托起在 动力头内键套内滑动上升， 直至钻杆和钻具全部提出地面。 由此可见， 各节钻杆的提升（缩进）是由内向外进行的。三、钻杆扭矩传递和加压原理钻机在钻孔作业时， 钻杆要将动力头的两个作用力传递给钻具， 个是圆周方向的旋挖扭矩 M （圆周力F）;另一个是轴向的加压力 No把这两个作用力从第 1节钻杆传递给第 2节钻杆；第 2节钻杆传递给 第3节钻杆最末一节钻杆传递给钻具。这两个作用力的传递是靠外面一节杆下部的内键和其里面一节杆的外键相互作用完成的。 由于摩 擦杆和机锁杆加压力传递的作用原理不同， 故分开论述。下面均以第 1、2节钻杆为例论述各节钻杆传递旋挖扭矩和加压力的原理。摩擦式钻杆（见图 6

20、）图6 （a）是钻杆在非工作状态的示意图。120均布的三条通长 外键和 120图 6 摩擦杆扭矩传递和加压原理示意图均布的三组内键分别焊接在2杆钢管外圆和1杆钢管内圆上，S2 是内外键单边间隙。图6 （b）是钻杆在旋挖、加压状态的示意图。动力头通过其内 键套的键齿将旋挖扭矩 M传递给1杆，1杆转动，当右侧内键顶上2杆外键后(见图6 (b)继续转动，把扭矩传递给了 2杆。2杆转动, 把扭矩传递给3杆，加压力是靠内外键侧的摩擦传递的。传递的加压力( N)的大小 计算如下：假设：( 1)钻杆、钻具承受 xx 底土石料的负载反扭矩为： Mf=22tm；(2) 1、2杆扭矩传递作用半径为：R=195mm

21、二;3)钢-钢摩擦系数为： k=0.11 (在有泥浆润滑条件时)；则：F圆周力二M/R=22/0.195=112.82(t) ，F正压力二F圆周力 =112.82(t) ;f 摩擦力=kXF 正压力=0.11 X 112.82=12.41(t);N= f 摩擦力=12.41(t)以上是以SR旋挖钻机为例，并且假定负载反扭矩与其最大输出 扭矩相等，即Mf二M=22tm计算的加压力。实际上负载反扭矩比机器的 最大输出扭矩要小得多， 因为较松软的泥砂地层不会对钻具形成多大 的负载反扭矩;较硬实的风化岩层钻具截齿在上边打滑，不易进尺，也不能形成多大的负载反扭矩。负载反扭矩小7F 圆周力小7F正压 力小

22、7f摩擦力小7N加压力小，所以摩擦式钻杆传递的加压力很小。摩擦式钻杆的进尺加压力主要来自于最末一节钻杆和钻具的自身重量（ 440-5 X摩擦杆的第5节杆重量为：1.8t左右，一个的捞砂钻斗的重量为： 2t 左右，加起来共 3.8t 左右）。加压油缸提供给动力头的加压力虽然很大（20t），但经过动力 头内键套键齿侧与 1 杆外键侧的摩擦传递和各杆内外键侧的摩擦传 递提供给钻具的进尺加压力却很小， 所以使用摩擦杆不能在较硬地层 施工作业。摩阻式钻杆加压方式， 由于钻杆作旋转运动， 钻杆键侧与动力头 轮毂的键产生正压力， 正压力产生摩擦力， 由于加压油缸对动力头的 加压动作，此摩擦力实现钻杆钻孔工作

23、的进给运动。机锁式钻杆加压方式， 加压油缸的加压力通过动力头的轮毂端面 与钻杆加压点接触， 实现钻杆钻孔工作的进给运动。 由于此方式需解 锁，有时解锁不彻底，容易造成卡钻，只有当钻孔进给阻力大时才采 用。通过加压油缸活塞杆的伸出， 实现钻孔时的进给加压。 加压油缸 活塞杆缩回，起拔动力头，在埋钻的情况下，也可以用来起拔。加压 油路上装有平衡阀， 在不向加压油缸供油的情况下， 可以将动力头可 靠地锁定在加压行程的任意位置上。钻杆是钻机向钻具传递扭矩和压力的重要部件。其结构和功用见“第五章 钻杆及其应用”。SR250旋挖钻机出厂标准配用的钻杆是 磨阻式五节钻杆（X5节），钻孔有效XX可达。SR旋挖钻机出厂标准配用的钻杆是磨阻式五节钻杆（X5节），钻孔有效XX可达。可以配用的钻杆是磨阻式五节钻杆（X5节），钻孔有效 XX 可达。SR200旋挖钻机出厂标准配用的钻杆是磨阻式四节钻杆钻孔有效XX可达。可以配用的钻杆是磨阻式五节钻杆（X5节），钻孔有效 XX 可达。SR130旋挖钻机出厂标准配用的钻杆是磨阻式四节钻杆钻孔有效 XX 可达。9、钻具钻具是决定成孔效率的关键部件。钻具有捞砂斗、 土钻斗、螺旋斗、筒钻、清底钻斗、 扩孔钻头等。可根据不同地质情况配置不同的钻具， 使钻机在大多数地质条件下都能高效作业。