【专业知识】旋挖钻机动力头系统改进的探讨
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作者：龙赞锋
来源：《建筑工程技术与设计》, 2015
【关键词】旋挖钻机；动力头；系统改进
所谓的旋挖钻机，是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，并且主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。但是在实际的工作中，旋挖钻机的动力头存在着一定的故障问题，需要对其动力头系统进行改进以解决故障的影响。
当今中国动力头专业制造厂家有很多，其结构都差不多，主要由五大零件组成：液压件、滑移架装置、减震器、驱动器和承撞体，如图1所示。一般液压马达减速机有2～3套，分别衔接到行星减速机上，通过减速机的输出轴和减速动力箱内小齿轮，和同一齿圈外啮合，齿圈与钻杆驱动套经过定位销和螺栓固定成一体，达到旋转传动的功能，驱动器是一个多级密封的封闭箱体，内需重负荷齿轮油进行润滑；其上为减震器，实现施工钻杆与动力头接触缓冲作用；下面连接承撞体，实现挖斗甩土自动打开斗底的功能。施工过程中，动力头是旋挖钻机最主要的动力来源，主要靠驱动套（轴）直接控制着钻杆上下移动及钻斗的钻进与缩回，并且承担着动力头至钻杆力的传递任务，由驱动套本体和牙板两部分构成，目前市场上主流形式分类如图2，大类按有无连接轴也就是有过渡轴还是直接作用在大齿圈上划分，小类按加工制造和装配方式划分。
整体式结构又分整体铸造加工和牙板装配式两种。整体铸造加工式的缺点主要表现在无法单独对牙板进行不同的热处理，使用维修成本较高，磨损后需要整体更换驱动套总成，制造能耗高，更换不方便，需更换驱动箱体内的液压油，造成很大的浪费；而牙板装配式安装为紧配合、螺钉固定，其缺点主要表现在制造精度较高，使用过程中容易剪切螺钉，故障率较高，总之影响旋挖钻机的工作效率，增加使用维护成本。
考虑到现有动力头驱动套及牙板设计使用过程中存在的上述缺陷，如何能提供一种使其受力状态均匀，延长其使用寿命，降低其使用维护及维修成本的动力头驱动套，成为目前行业急需解决的主要问题。通过施工人员长期的实地摸索，创造了一种新型浮动式牙板驱动套的动力头，如图3所示，可以通过以下技术方案实现的低成本维护的目的，包括：键槽驱动套，牙板、紧固阶梯套、紧固螺钉，牙板安装位置为圆周三均分六条结构，牙板底面为平面接触，与钻杆孔接触为双边26°倒角，与钻杆键条圆弧面很好吻合，确保传动稳定，受力均匀。
键槽驱动套采取连接轴和驱动套分体式结构由键槽驱动套本体、安装法兰、槽端堵板构成，本体为锻件，焊接同材质锻件安装法兰面进行热处理，随后进行机械加工，牙板键槽可采用线切割一次成形或刨床加工成形，完全对称；上下焊接端部封板，从而预防上下提钻对牙板的冲击，避免不正常损坏。牙板采取多个沉头阶梯孔为安装紧固使用，2个丝孔为拆卸顶丝孔，底为平面，两侧为26°倒角，上面为13°～15°斜面，牙板形状仿形结构，与钻杆形状吻合，采取特殊耐磨材料热处理HRC52～55，制造灵活方便。
牙板浮动式安装通过以下方案进行实现：采取紧固螺钉通过紧固阶梯套把牙板安装到键槽驱动套本体上。驱动套键槽长度A1与牙板长度A2属倍数关系，宽度和牙板宽度基本尺寸均为B，安装后间隙为0.2～0.4mm；牙板与紧固阶梯套孔径基本尺寸均为C，安装后间隙为0.6～1mm，高度方向的基本尺寸均为D，安装后牙板与阶梯套间隙为0.2～0.4mm，牙板处于上下浮动状态。
在钻机施工过程中动力头正反转，牙板只靠与驱动套键槽结合面两侧接触均匀受力，螺钉只紧固阶梯套不受牙板受力的影响，能够有效地防止紧固螺钉受牙板剪切力，且牙板微量调整使其受力更加均匀，延长其使用寿命；若长时间使用牙板磨损严重，只需更换牙板方向即可继续使用，牙板上设有顶丝孔，更换方便快捷；考虑到驱动套若出现单边键槽磨损式，设计的驱动套本体为上下对称结构，拆卸倒置互换即可继续使用，拆卸无需通过箱体内部传动件，节约大量的维护成本。
5. 结语
综上所述，旋挖钻机由于具有污染少、功能多等优点，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。但为了保障其在施工过程中的质量，需要对旋挖钻机的机头系统进行优化改进。本文就旋挖钻机动力头系统的改进进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定帮助。
参考文献
[1]于飞、焦生杰、葛鹏、夏北、王艳.旋挖钻机动力头密封结构改进[J].建筑机械化.2012（11）.
[2]葛鹏.旋挖钻机动力头液压与控制系统研究[J].长安大学.2013.
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