YCR260型旋挖鉆機(jī)的研制

秦愛國(guó)，朱小東，張 曉，解大鵬，何佳鑫

(玉柴重工〈常州〉有限公司，江蘇 常州213167)

0 引言

旋挖鉆機(jī)是一種適合建筑樁基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機(jī)械，主要適于砂土、粘性土、粉質(zhì)土等土層施工，配備專用鉆具和特殊施工工藝，亦可在巖層中施工。主要應(yīng)用于高速鐵路、高速公路、橋梁、高層建筑等工程領(lǐng)域的樁基礎(chǔ)施工。

旋挖鉆機(jī)因具有施工速度快、成孔質(zhì)量好、環(huán)境污染小、操作舒適靈活方便、安全性能高及組合功能多等優(yōu)勢(shì)，已逐漸取代其它樁工機(jī)械成為灌注樁施工的主要成孔設(shè)備。

我國(guó)雖然經(jīng)過了30年的高速發(fā)展，但從總體上說，仍然是發(fā)展中國(guó)家，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高峰還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有過去，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化所引發(fā)的建設(shè)工程量仍然會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持較高水平，樁工機(jī)械大有用武之地。而且由于國(guó)家對(duì)生態(tài)文明越來越重視，對(duì)施工效率、施工質(zhì)量及環(huán)保的要求越來越高，旋挖鉆機(jī)作為一種高效率、高質(zhì)量且環(huán)保的樁工機(jī)械必然有很大的市場(chǎng)需求量。尤其是扭矩在200～280 kN·m之間的中型旋挖鉆機(jī)因其適用面廣，必然占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。

我公司在進(jìn)行充分市場(chǎng)調(diào)研和技術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上研制了YCR260型中型旋挖鉆機(jī)。

1 研究攻關(guān)的指導(dǎo)思想

(1)鉆機(jī)主要性能參數(shù)達(dá)到或者超過國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)桿產(chǎn)品。

(2)采用國(guó)際先進(jìn)的液壓和電控技術(shù)，提高整機(jī)性能和可靠性。

(3)充分考慮施工工法，鉆機(jī)設(shè)計(jì)要滿足多種工法的需求。

(4)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件采用三維建模與有限元分析相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)，在滿足強(qiáng)度要求的情況下盡可能降低成本。

2 總體設(shè)計(jì)方案

2.1 主要性能參數(shù)

最大鉆孔直徑:2.5 m(對(duì)應(yīng)鉆孔深度為70 m)最大鉆孔深度:80 m(對(duì)應(yīng)鉆孔直徑為2 m)

動(dòng)力頭最大扭矩:260 kN·m

動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速:6～26 r/min

主卷?yè)P(yáng)最大提升力(第一層):280 kN

主卷?yè)P(yáng)最大提升速度:55 m/min

副卷?yè)P(yáng)最大提升力(第一層):90 kN

副卷?yè)P(yáng)最大提升速度:30 m/min

最大加壓力:200 kN

最大起拔力:250 kN

給進(jìn)行程:5000 mm

上車回轉(zhuǎn)速度:3.5 r/min

牽引力:530 kN

行走速度:1.5 km/h

發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率/轉(zhuǎn)速:246 kW/2100 r/min

液壓主系統(tǒng)壓力:34 MPa

液壓輔系統(tǒng)壓力:28 MPa

工作狀態(tài)質(zhì)量:82 t

履帶接地長(zhǎng)度:4815 mm

履帶展開寬度:4400 mm

履帶收回寬度:3300 mm

工作狀態(tài)外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高):9500 mm×4400 mm×22270 mm

運(yùn)輸狀態(tài)外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高):16165 mm×3300 m×3500 mm

2.2.4 主卷?yè)P(yáng)最大提升力

2.2 關(guān)鍵性參數(shù)的確定

2.2.1 最大鉆孔直徑與最大鉆孔深度

在鉆機(jī)提升力一定的情況下，最大鉆孔直徑與最大鉆孔深度是互相矛盾的一對(duì)參數(shù)。鉆孔直徑與鉆頭及渣土質(zhì)量密切相關(guān)，鉆孔直徑大必然引起鉆頭及渣土質(zhì)量大;鉆孔深度與鉆桿質(zhì)量密切相關(guān)，鉆孔深度大必然引起鉆桿質(zhì)量大。如果一味加大鉆孔直徑，勢(shì)必要減小鉆孔深度;如果一味加大鉆孔深度，勢(shì)必要減小鉆孔直徑。通過對(duì)國(guó)外標(biāo)桿產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上中型旋挖鉆機(jī)的對(duì)比分析，同時(shí)要體現(xiàn)本鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在考慮鉆機(jī)總體成本和穩(wěn)定性的前提下，確定鉆機(jī)的最大鉆孔直徑為2.5 m(此時(shí)對(duì)應(yīng)的鉆孔深度為70 m)，鉆機(jī)的最大鉆孔深度為80 m(此時(shí)對(duì)應(yīng)的鉆孔直徑為2 m)。本機(jī)最大鉆孔直徑和最大鉆孔深度在同級(jí)別機(jī)型中具有競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2.2 動(dòng)力頭最大扭矩

動(dòng)力頭最大扭矩是衡量鉆機(jī)鉆進(jìn)能力的最主要指標(biāo)之一。最大扭矩的確定要綜合考慮，從增大鉆進(jìn)能力、提高鉆進(jìn)效率的角度看，扭矩越大越好;從考慮鉆桿可承受的扭矩值以及鉆機(jī)成本方面考慮，扭矩又不能太大，扭矩的確定還要考慮鉆孔直徑與鉆孔深度所需。經(jīng)綜合分析，最大扭矩定為260 kN·m。

2.2.3 鉆桿規(guī)格

根據(jù)鉆機(jī)最大鉆孔深度和動(dòng)力頭最大扭矩確定鉆桿規(guī)格，鉆孔深度為80 m、鉆孔直徑為2 m時(shí)選用規(guī)格為508 mm×6層×14.5 m的鉆桿;鉆孔深度為70 m、鉆孔直徑為2.5 m時(shí)選用規(guī)格為508 mm×5層×15 m的鉆桿。經(jīng)計(jì)算，鉆桿抗扭強(qiáng)度足夠。

鉆具的提升下放要靠主卷?yè)P(yáng)，確定主卷?yè)P(yáng)最大提升力要考慮如下因素:鉆具質(zhì)量、鉆渣質(zhì)量、鉆桿中泥漿的質(zhì)量、上提過程中鉆具與孔壁的摩擦力，并有至少10%的儲(chǔ)備量。本鉆機(jī)鉆具質(zhì)量選取2 m鉆頭+508 mm×6層×14.5 m鉆桿組合與2.5 m鉆頭+508 mm×5層×15 m鉆桿組合中質(zhì)量較大者。經(jīng)計(jì)算，主卷?yè)P(yáng)第一層鋼絲繩提升力應(yīng)不小于280 kN。

2.2.5 最大加壓力與起拔力

最大加壓力與起拔力是與鉆機(jī)穩(wěn)定性密切相關(guān)的一個(gè)參數(shù)，從入巖鉆進(jìn)角度講，加壓力大一些好。本機(jī)通過加大底盤重力并使整機(jī)重心適當(dāng)前移的方式來提高加壓力。經(jīng)過穩(wěn)定性計(jì)算，在同時(shí)滿足靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性要求的情況下最大加壓力可達(dá)220 kN。起拔力的確定主要考慮處理事故時(shí)要強(qiáng)力起拔，而且有時(shí)還需要和主卷?yè)P(yáng)配合同時(shí)起拔，要求鉆機(jī)在兩者同時(shí)工作時(shí)仍能滿足穩(wěn)定性要求，經(jīng)計(jì)算并參考標(biāo)桿產(chǎn)品，最大起拔力定為250 kN。

2.3 總體結(jié)構(gòu)方案

YCR260型旋挖鉆機(jī)工作狀態(tài)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由底盤、回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、平衡重、覆蓋件、主卷?yè)P(yáng)、駕駛室、主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩、副卷?yè)P(yáng)、副卷?yè)P(yáng)鋼絲繩、變幅機(jī)構(gòu)、桅桿總成、隨動(dòng)架、動(dòng)力頭、鉆桿、鉆頭組成。

圖1 鉆機(jī)工作狀態(tài)外形圖

為使工作裝置更具靈活性，本機(jī)采用平行四邊形變幅結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)去除鉆具后可整體運(yùn)輸，圖2為鉆機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)圖。

圖2 鉆機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)圖

為減輕工作裝置質(zhì)量，增加鉆機(jī)穩(wěn)定性，本機(jī)采用主卷?yè)P(yáng)后置結(jié)構(gòu)，即將主卷?yè)P(yáng)放置于上車平臺(tái)上。主卷?yè)P(yáng)后置后不受桅桿寬度和變幅機(jī)構(gòu)寬度限制，可使卷筒適當(dāng)加長(zhǎng)，鋼絲繩纏繞層數(shù)由3層變?yōu)?層，從而增大鋼絲繩提升力，減少鋼絲繩咬繩、跳繩機(jī)會(huì)。

考慮鉆機(jī)在工地行走移位的方便性和鉆機(jī)穩(wěn)定性要求，鉆機(jī)采用履帶式行走裝置。

3 主要部件結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)介

3.1 動(dòng)力頭

動(dòng)力頭由2臺(tái)馬達(dá)、2臺(tái)行星減速機(jī)、齒輪減速箱、護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器、壓盤、減振裝置、滑移架、三角聯(lián)接架等組成。馬達(dá)通過行星減速機(jī)及一級(jí)齒輪減速帶動(dòng)動(dòng)力頭中心鍵套旋轉(zhuǎn)，鍵套內(nèi)壁有均布的3組可折式鍵條，用于驅(qū)動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)。鍵套下部聯(lián)接護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器，可連接護(hù)筒進(jìn)行全套管施工。不需進(jìn)行全套管施工時(shí)，護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器可聯(lián)接壓盤，壓盤的作用是提鉆后壓下鉆斗上的開關(guān)裝置，打開鉆斗底蓋卸土。減振裝置位于齒輪箱上部，用于減輕鉆桿對(duì)動(dòng)力頭的沖擊?；萍苌嫌袑?dǎo)軌槽，可卡在桅桿的導(dǎo)軌上，在加壓油缸的作用下可使動(dòng)力頭沿導(dǎo)軌上下滑動(dòng)。三角聯(lián)接架將齒輪箱體與滑移架聯(lián)為一體。動(dòng)力頭是鉆機(jī)的動(dòng)力輸出部件，直接驅(qū)動(dòng)鉆桿、鉆斗進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，是鉆機(jī)的關(guān)鍵部件。

3.2 桅桿總成

桅桿總成由滑輪架、上桅桿、中桅桿、下桅桿、加壓油缸、桅桿轉(zhuǎn)盤組成。桅桿既是鉆具的承重部件，又是動(dòng)力頭上下滑動(dòng)的導(dǎo)軌。桅桿截面采用凹字形，承載能力強(qiáng)，又可降低運(yùn)輸高度?；喖苌习惭b有一組主卷?yè)P(yáng)滑輪和一組副卷?yè)P(yáng)滑輪，主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩繞過主卷?yè)P(yáng)滑輪后懸吊鉆具，在中桅桿上鉸接有加壓油缸，加壓油缸活塞桿與動(dòng)力頭相連，在活塞桿的伸縮下，動(dòng)力頭可沿桅桿上下滑動(dòng)。桅桿轉(zhuǎn)盤是桅桿調(diào)垂時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，其后部與變幅機(jī)構(gòu)中的三角體鉸接。

因桅桿重心較高，降低桅桿質(zhì)量對(duì)降低整機(jī)重心高度、提高整機(jī)穩(wěn)定性有好處。為在滿足強(qiáng)度的同時(shí)減輕桅桿質(zhì)量，在利用ANSYS分析軟件對(duì)桅桿進(jìn)行詳細(xì)有限元分析的基礎(chǔ)上，對(duì)桅桿用料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量避免因過于保守的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)而造成質(zhì)量的增加。

3.3 變幅機(jī)構(gòu)

變幅機(jī)構(gòu)由動(dòng)臂、支撐桿、三角體、變幅油缸、桅桿油缸組成。動(dòng)臂、支撐桿、三角體與平臺(tái)兩兩鉸接，組成一個(gè)平行四邊形，變幅油缸一端與平臺(tái)鉸接，一端與三角體鉸接。變幅機(jī)構(gòu)是一個(gè)平動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過變幅油缸的伸縮，可使三角體與桅桿抬起或落下、遠(yuǎn)離回轉(zhuǎn)中心或靠近回轉(zhuǎn)中心，但桅桿與地面的夾角始終不變。通過變幅機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，可使鉆機(jī)很容易地對(duì)準(zhǔn)孔位。桅桿油缸一端與三角體相鉸接，一端與桅桿相鉸接，通過桅桿油缸的伸縮，可使桅桿立起或倒下。

3.4 回轉(zhuǎn)平臺(tái)及其上部件

回轉(zhuǎn)平臺(tái)下部通過回轉(zhuǎn)支承與底盤相連，前端設(shè)有鉸接點(diǎn)與變幅機(jī)構(gòu)相連?；剞D(zhuǎn)平臺(tái)上安裝有發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件、液壓主輔泵、主輔閥、油箱、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平衡重、覆蓋件、駕駛室、操縱機(jī)構(gòu)、主卷?yè)P(yáng)等。

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)馬達(dá)、回轉(zhuǎn)減速機(jī)及其輸出軸上的小齒輪組成，小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的大齒圈嚙合，通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作可使回轉(zhuǎn)平臺(tái)及鉆機(jī)工作裝置繞回轉(zhuǎn)支承中心旋轉(zhuǎn)。

平衡重位于平臺(tái)尾部，其作用是平衡鉆機(jī)工作裝置重力，保證鉆機(jī)穩(wěn)定性。

駕駛室是鉆機(jī)操作人員對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行操控的活動(dòng)空間，里面有舒適的座椅和空調(diào)，所有操縱手柄、按鈕及電氣顯示屏位于駕駛室內(nèi)。

主卷?yè)P(yáng)是提升、下放鉆具的部件，由主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)、行星減速機(jī)、卷筒、卷?yè)P(yáng)機(jī)架組成。

3.5 履帶底盤

履帶底盤由左右履帶架，H形架、四輪一帶、張緊裝置、展寬油缸組成。左右履帶架與H形架通過方形結(jié)構(gòu)形成緊密的滑動(dòng)配合，展寬油缸置于H形架方孔內(nèi)，展寬油缸一端與履帶架相連，一端與底座相連，通過油缸伸縮實(shí)現(xiàn)履帶架與底座的相對(duì)滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)履帶的展開與收回。工作狀態(tài)時(shí)，履帶展開，增加穩(wěn)定性;運(yùn)輸時(shí)履帶收回，減小運(yùn)輸寬度。H形架上面與回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接。在履帶架中設(shè)置適量配重，降低鉆機(jī)重心，提高鉆機(jī)穩(wěn)定性。

4 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

4.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的型式

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)采用雙變量開式循環(huán)系統(tǒng)，由主液壓系統(tǒng)、輔助液壓系統(tǒng)和先導(dǎo)液壓系統(tǒng)組成，采用高位油箱，安裝吸油和回油濾器，過濾回路中的固相物?；赜吐分邪惭b風(fēng)冷卻器，對(duì)液壓油進(jìn)行散熱。主泵系統(tǒng)、輔泵系統(tǒng)均采用液壓先導(dǎo)控制、負(fù)載敏感控制。

4.2 主液壓系統(tǒng)

主液壓系統(tǒng)采用變量泵與主閥組成負(fù)載敏感系統(tǒng)，泵的流量與負(fù)載需求相匹配，避免了不必要的空流和節(jié)流損失，達(dá)到節(jié)能目的。當(dāng)鉆機(jī)做復(fù)合動(dòng)作、所需流量超過泵的最大輸出流量時(shí)，可使各閥芯輸出流量同比例下降，各動(dòng)作的相對(duì)速度不會(huì)發(fā)生變化，從而保證了動(dòng)作的協(xié)調(diào)性。

主液壓系統(tǒng)主要由1臺(tái)柱塞泵、2臺(tái)動(dòng)力頭馬達(dá)、1臺(tái)主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)、1臺(tái)回轉(zhuǎn)馬達(dá)、2臺(tái)行走馬達(dá)、1組多路換向閥組成，用于控制鉆機(jī)動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)、主卷?yè)P(yáng)提升和下放、上車回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走。

主泵為恒功率控制，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過某一設(shè)定值時(shí)，泵的排量將隨著壓力的升高而減小，但泵的輸出功率維持恒定。

動(dòng)力頭馬達(dá)具有2種運(yùn)行方式:一種是馬達(dá)排量隨著負(fù)載的變化而變化，即負(fù)載增大時(shí)，馬達(dá)排量增大，轉(zhuǎn)速降低，扭矩增大;負(fù)載減小時(shí)，馬達(dá)排量減小，轉(zhuǎn)速增大，扭矩降低，使動(dòng)力頭輸出扭矩與負(fù)載有良好的匹配性，這種控制方式適用于一般土層鉆進(jìn)。另一種是通過電磁閥控制先導(dǎo)油路，對(duì)動(dòng)力頭馬達(dá)的X口進(jìn)行控制，使馬達(dá)保持最大排量狀態(tài)，此時(shí)動(dòng)力頭扭矩最大，轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定，適用于負(fù)載頻繁變化的地層及入巖鉆進(jìn)。

在上車回轉(zhuǎn)油路上設(shè)置電磁閥及節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥流量和電磁閥通電時(shí)間，可控制上車的制動(dòng)速度，使制動(dòng)柔和平穩(wěn)。

在行走馬達(dá)回路上，設(shè)置液壓過渡板(過渡板固定在底盤H形架上)，過渡板上安裝快速接頭，輸入馬達(dá)的油管通過快速接頭接入回路。這樣做的目的是當(dāng)鉆機(jī)與搓管機(jī)配合進(jìn)行全護(hù)筒工法施工時(shí)，搓管機(jī)可取用鉆機(jī)的動(dòng)力，而不必另行配置動(dòng)力站。使用時(shí)將行走馬達(dá)油管卸下，將搓管機(jī)油路接上即可。

4.3 輔助液壓系統(tǒng)

輔助液壓系統(tǒng)主要由1臺(tái)柱塞泵、1組多路換向閥、1臺(tái)副卷?yè)P(yáng)馬達(dá)、1條加壓油缸、2條桅桿油缸、2條變幅油缸、4條展寬油缸組成。用于控制副卷?yè)P(yáng)旋轉(zhuǎn)、動(dòng)力頭提升和下降、桅桿豎起、倒下和調(diào)垂、變幅機(jī)構(gòu)的抬高和降低、履帶展開和收回。

在倒立桅油路上設(shè)置有平衡閥和節(jié)流閥，節(jié)流閥連接在平衡閥兩端，節(jié)流閥為小孔截流，利用小孔節(jié)流消除倒立桅時(shí)由于機(jī)械振蕩引起的液壓振蕩，實(shí)現(xiàn)旋挖鉆機(jī)平穩(wěn)倒立桅，提高了功效與安全性。

4.4 先導(dǎo)液壓系統(tǒng)

先導(dǎo)泵系統(tǒng)由1臺(tái)齒輪泵、3組先導(dǎo)閥和一組先導(dǎo)控制閥組構(gòu)成。先導(dǎo)閥集中安裝在駕駛室內(nèi)，其作用是通過控制先導(dǎo)油來推動(dòng)主輔系統(tǒng)中的多路換向閥閥芯，實(shí)現(xiàn)多路換向閥的開閉或換向，使操作更集中、更省力。先導(dǎo)控制閥組包括一個(gè)溢流閥，3個(gè)電磁閥及一個(gè)蓄能器。溢流閥用于調(diào)定先導(dǎo)壓力，3個(gè)電磁閥分別控制先導(dǎo)總開關(guān)，行走鎖定，回轉(zhuǎn)鎖定，蓄能器主要作用是保持先導(dǎo)壓力穩(wěn)定。

5 電氣系統(tǒng)

YCR260型旋挖鉆機(jī)采用基于CAN－BUS技術(shù)的電氣控制系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控、工況控制、虛擬儀表顯示、故障檢測(cè)、報(bào)警及信息顯示等方面實(shí)現(xiàn)智能化控制，關(guān)鍵元器件全部采用國(guó)際知名品牌。

在泵－發(fā)動(dòng)機(jī)功率匹配控制方面，采用基于轉(zhuǎn)速感應(yīng)的閉環(huán)控制，工作中，控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓泵的吸收功率大小，使發(fā)動(dòng)機(jī)和泵的功率達(dá)到最優(yōu)匹配。系統(tǒng)采用分段功率控制，根據(jù)具體的工作工況選擇合適的發(fā)動(dòng)機(jī)工作能力，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的工作強(qiáng)度，使發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作在經(jīng)濟(jì)工況曲線內(nèi)。

桅桿傾角監(jiān)測(cè)、報(bào)警系統(tǒng)采用先進(jìn)的電子調(diào)平裝置，對(duì)桅桿進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保持桅桿在施工作業(yè)中的鉛垂?fàn)顟B(tài)，有效地確保樁孔垂直度要求。

鉆孔深度監(jiān)測(cè)和調(diào)整系統(tǒng)采用先進(jìn)的非接觸式編碼器，實(shí)時(shí)顯示鉆孔深度，有效確保樁孔的深度滿足施工要求。

可編程控制器通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及液壓泵工作狀態(tài)的判讀，實(shí)現(xiàn)旋挖鉆機(jī)在較長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)下時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速至怠速狀態(tài)，若發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，則進(jìn)入雙重怠速保護(hù)狀態(tài)，達(dá)到節(jié)油的目的，同時(shí)避免低怠速狀態(tài)下由于燃油的不完全燃燒導(dǎo)致排放物在排氣管內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間駐留、堵塞排氣管現(xiàn)象的發(fā)生。

故障診斷程序模塊通過循環(huán)監(jiān)測(cè)的方式監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、自身控制系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，利用控制程序的自檢能力來判斷鉆機(jī)工作的正常與否，在即將出現(xiàn)故障或出現(xiàn)常見性一般故障時(shí)給出報(bào)警顯示，在出現(xiàn)影響正常工作故障時(shí)給出報(bào)警顯示并伴隨報(bào)警提示音，在出現(xiàn)嚴(yán)重故障或危及人身安全的故障時(shí)，緊急停機(jī)，以防止造成不可挽回的損失。

采用可觸摸式顯示屏幕，界面直觀，實(shí)時(shí)的顯示機(jī)器作業(yè)工況信息?？赏ㄟ^按鍵操作，完成工作狀態(tài)選取，工作參數(shù)設(shè)定，輸入輸出信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)、調(diào)試、系統(tǒng)標(biāo)定、設(shè)備故障查詢等。系統(tǒng)安全可靠，性能穩(wěn)定，界面友好，操作簡(jiǎn)單方便，具有智能化作業(yè)的特點(diǎn)。

6 鉆機(jī)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

(1)采用內(nèi)藏式液壓可伸縮履帶結(jié)構(gòu)技術(shù)，工作時(shí)履帶展開，增加穩(wěn)定性;運(yùn)輸時(shí)，履帶收回，減小運(yùn)輸寬度，降低運(yùn)輸成本。

(2)履帶底盤進(jìn)行加重設(shè)計(jì)，并合理確定輪距、軌距和履帶接地角，使整機(jī)穩(wěn)定性大大提高，在滿足穩(wěn)定性要求的情況下可提供較大的加壓力，提高鉆機(jī)入巖能力。

(3)采用主卷?yè)P(yáng)后置結(jié)構(gòu)型式，有效減輕了桅桿的質(zhì)量，使整機(jī)重心相對(duì)后移，工作中車體更加穩(wěn)定;鋼絲繩纏繞層數(shù)由3層變?yōu)?層，增大鋼絲繩提升力，減少鋼絲繩咬繩、跳繩機(jī)會(huì)。該型式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、更換方便。

(4)通過控制動(dòng)力頭馬達(dá)的變量方式，增加低速大扭矩功能(即通過電磁閥控制先導(dǎo)油路，對(duì)動(dòng)力頭馬達(dá)的X口進(jìn)行控制，使馬達(dá)保持大排量狀態(tài))，入巖動(dòng)力強(qiáng)勁。

(5)采用獨(dú)特設(shè)計(jì)的高精度抗震旋挖鉆機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)在回轉(zhuǎn)馬達(dá)上連接電磁閥及節(jié)流閥，合理調(diào)節(jié)節(jié)流閥大小及電磁閥通電時(shí)間，可以使鉆機(jī)制動(dòng)柔和，提高精確度，降低鉆機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)的不穩(wěn)定性。

(6)采用自行開發(fā)的旋挖鉆機(jī)倒立桅免抖動(dòng)液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)包括桅桿油缸、雙向平衡閥和節(jié)流閥，雙向平衡閥連接在桅桿油缸進(jìn)出油路上，節(jié)流閥連接在平衡閥兩端，節(jié)流閥為小孔截流，工作時(shí)利用小孔截流消除機(jī)械振蕩引起的液壓振蕩，實(shí)現(xiàn)旋挖鉆機(jī)平穩(wěn)倒立桅，提高了功效與安全性。

(7)智能化的自動(dòng)怠速功能，在整機(jī)無操作達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)切換進(jìn)入具有雙重保護(hù)的怠速狀態(tài)，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

(8)鉆機(jī)采用多功能設(shè)計(jì)，在動(dòng)力頭下部安裝護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器，可用動(dòng)力頭旋壓護(hù)筒進(jìn)行全護(hù)筒作業(yè)。在底盤上設(shè)置有液壓快速接頭，可方便地與搓管機(jī)對(duì)接，進(jìn)行全護(hù)筒施工。

7 工程實(shí)踐

首臺(tái)YCR260型鉆機(jī)樣機(jī)于2012年初在深圳市龍華區(qū)民治松仔園統(tǒng)建樓樁基礎(chǔ)工程中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用(見圖3)。該工程樁徑1600 mm，樁深17～38 m(入微風(fēng)化花崗巖1 m)，為端承樁。

圖3 鉆機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)

該工地地質(zhì)狀況比較復(fù)雜，施工場(chǎng)地典型地層由上至下依次為:素填土、含礫粘性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖。

中風(fēng)化層單軸抗壓強(qiáng)度只有18 MPa，較易鉆進(jìn)。鉆機(jī)從開孔至穿越中風(fēng)化層到達(dá)微風(fēng)化層表面平均只用2 h(深度為17～34 m)。微風(fēng)化花崗巖裂隙發(fā)育好，強(qiáng)度達(dá)到50 MPa，至微風(fēng)化鉆進(jìn)時(shí)選用筒式牙輪鉆環(huán)切，并嘗試取心，如不能取心，則用截齒錐形短螺旋鉆頭對(duì)柱狀巖心進(jìn)行破碎，再選用雙底撈砂斗將碎渣撈出，平均進(jìn)尺速度為30 cm/h。

在3個(gè)月的施工中，鉆機(jī)共完成90多根樁孔的鉆進(jìn)。鉆機(jī)性能穩(wěn)定，除出現(xiàn)一次主閥進(jìn)油管處螺栓斷裂之外，沒有出現(xiàn)大的故障。

在設(shè)計(jì)改進(jìn)的基礎(chǔ)上鉆機(jī)投入批產(chǎn)并銷售到昆明、廣州、吉首、懷化、鎮(zhèn)江等地施工，客戶反應(yīng)YCR260型鉆機(jī)比市場(chǎng)上其它同檔次鉆機(jī)穩(wěn)定性好，加壓力大，入巖性能好。

8 結(jié)論

YCR260型鉆機(jī)的研制貫徹了正確的指導(dǎo)思想，借鑒國(guó)際標(biāo)桿產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)情況進(jìn)行創(chuàng)新，保證了技術(shù)路線的合理性和先進(jìn)性，使鉆機(jī)有很高的技術(shù)水平和創(chuàng)新性。

在確定YCR260型鉆機(jī)性能參數(shù)時(shí)，充分考慮我國(guó)市場(chǎng)的需求特點(diǎn)，采用適度領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)外同檔次機(jī)型的原則，使本機(jī)性能參數(shù)具有較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，通過主卷?yè)P(yáng)后置改善鉆機(jī)穩(wěn)定性、加大提升力并減少鋼絲繩咬繩機(jī)會(huì)。采用有限元分析軟件對(duì)工作裝置部位進(jìn)行有限元分析，在滿足強(qiáng)度的情況下盡可能降低桅桿質(zhì)量，同時(shí)適當(dāng)增加底盤質(zhì)量，降低鉆機(jī)重心，并通過合理確定平衡重的質(zhì)量，使鉆機(jī)具有很高的穩(wěn)定性和較大的加壓力。通過液壓系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使鉆機(jī)動(dòng)力頭具有低速大扭矩功能，并實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)倒立桅和上車回轉(zhuǎn)的柔和制動(dòng)。采用先進(jìn)的電控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)的有效監(jiān)控和節(jié)能降耗。通過多功能接口設(shè)計(jì)，使鉆機(jī)可進(jìn)行2種全護(hù)筒施工。

現(xiàn)場(chǎng)使用表明，鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)合理，可靠性較高，穩(wěn)定性好，入巖能力強(qiáng)，鉆進(jìn)效率高。

［1］黎中銀，焦生杰，吳方曉.旋挖鉆機(jī)與施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［2］黎中銀，陳智.旋挖鉆機(jī)工作安全穩(wěn)定性研究［J］.建筑機(jī)械，2010，(5).

［3］章宏甲，黃誼，王積偉.液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［4］周紅軍，蔣國(guó)盛，張金昌.國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀分析及發(fā)展建議［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2008，35(8).

［5］周紅軍.旋挖鉆進(jìn)技術(shù)適用性的初步研究［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(8).

［6］趙偉民，馮欣華，姜文革，等.旋挖鉆機(jī)常用鉆桅截面結(jié)構(gòu)的有限元分析［J］.建筑機(jī)械化，2006，(12).