長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭振動(dòng)原因分析與解決措施探討

卜艷嬌

摘 要：本文主要對(duì)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭振動(dòng)的原因進(jìn)行分析，并且在此基礎(chǔ)上提出解決的措施，通過(guò)實(shí)際的裝機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證表明，對(duì)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)改進(jìn)的效果比較明顯。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)；動(dòng)力頭；振動(dòng)原因；解決措施；裝機(jī)試驗(yàn)

長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭有三種，分別是行星動(dòng)力頭、液壓動(dòng)力頭以及三環(huán)減速機(jī)構(gòu)動(dòng)力頭。行星動(dòng)力頭與液壓動(dòng)力頭的造價(jià)成本與維護(hù)成本比較高，因而應(yīng)用的比較少，但是三環(huán)減速機(jī)構(gòu)動(dòng)力頭因維護(hù)成本比較低，因而在使用的時(shí)候更具一定的可靠性[1]。由此可見(jiàn)，當(dāng)前我國(guó)鉆機(jī)應(yīng)用最廣泛的還是三環(huán)減速機(jī)構(gòu)動(dòng)力頭。在工作期間，三環(huán)減速機(jī)械是由兩個(gè)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的，通過(guò)動(dòng)力作用帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鉆孔的目的。當(dāng)前，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆孔的最大直徑長(zhǎng)1.2米，深35米。因?yàn)殂@桿長(zhǎng)38米，因而在起鉆的時(shí)候，動(dòng)力頭一般情況下是處在40米左右的機(jī)架上。高度如此之高，一旦動(dòng)力頭出現(xiàn)振動(dòng)，整個(gè)機(jī)架就會(huì)跟著振動(dòng)。如果共振的時(shí)候，機(jī)架就會(huì)振動(dòng)的更加厲害，進(jìn)而對(duì)機(jī)器的軸承以及機(jī)架的焊縫會(huì)造成一定的破壞，增加樁機(jī)的故障率，縮短了其壽命，對(duì)主機(jī)的安全性能也是無(wú)法有效的保障的[2]。

一、長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭振動(dòng)的原因分析

（一）三環(huán)減速機(jī)構(gòu)動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)分析

三環(huán)減速機(jī)構(gòu)動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)主要是由箱體、兩個(gè)輸入曲軸、兩個(gè)電機(jī)以及三個(gè)齒環(huán)板、大齒輪等主要的零部件組成，如下圖一所示，每塊齒環(huán)板兩端的孔都與各自的曲軸聯(lián)接。

（二）長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭的工作原理分析

三環(huán)減速機(jī)構(gòu)動(dòng)力頭的動(dòng)力源是裝在箱體上的兩臺(tái)電力，每臺(tái)電機(jī)的功率都是55kw，如上圖一所示，兩臺(tái)電機(jī)分別通過(guò)各自的曲軸對(duì)自身的齒環(huán)板作平面重復(fù)的運(yùn)動(dòng)。齒環(huán)板會(huì)間歇性的對(duì)中間的大齒輪進(jìn)行推動(dòng)性的旋轉(zhuǎn)，中間轉(zhuǎn)動(dòng)的大齒輪會(huì)帶動(dòng)裝在主軸上的螺旋鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)。

（三）振動(dòng)原因分析

長(zhǎng)螺旋機(jī)動(dòng)力頭的每個(gè)零部件都是經(jīng)過(guò)技術(shù)檢測(cè)，是符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)的。對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件同樣也做了相關(guān)的動(dòng)力平衡檢測(cè)，排出了因?yàn)椴黄胶舛斐傻膭?dòng)力現(xiàn)象[3]。但是在具體的應(yīng)用過(guò)程中依舊會(huì)存在一定的振動(dòng)現(xiàn)象。下面從長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的機(jī)構(gòu)以及傳動(dòng)路線(xiàn)兩個(gè)方面對(duì)振動(dòng)的原因進(jìn)行分析。長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)是兩個(gè)動(dòng)力源電機(jī)，分別通過(guò)其同步的曲軸，進(jìn)而傳給同一塊齒環(huán)板的兩端。一旦兩個(gè)曲軸的動(dòng)力源電機(jī)旋轉(zhuǎn)受到不同阻力以及不同參數(shù)的影響，那么曲軸的角速度就無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步[4]。齒環(huán)板是與曲軸連接在一起的，必然會(huì)受到不同程度的振動(dòng)。也就是說(shuō)，造成長(zhǎng)螺旋機(jī)動(dòng)力頭振動(dòng)的根本原因是兩個(gè)曲軸在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中角速度沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全的統(tǒng)一。

二、解決長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭振動(dòng)的措施

由三個(gè)齒輪組成一個(gè)同步傳動(dòng)的齒輪系，齒輪系的主要作用不是用于動(dòng)力的傳遞，而是要保證兩個(gè)輸入曲軸的轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)完全的一致，避免因?yàn)榍S的旋轉(zhuǎn)角速度不同產(chǎn)生一定的振動(dòng)，可以說(shuō)齒輪系存在的主要目的還是減少長(zhǎng)螺旋機(jī)動(dòng)力頭的振動(dòng)。

三、對(duì)同步齒輪主要參數(shù)進(jìn)行確定

（一）確定同步齒輪的模數(shù)

一般情況下，不同步齒輪模數(shù)的確定只需要考慮強(qiáng)度就行，但是同步齒輪的模數(shù)確定主要還是考慮齒輪的分度，自然是齒輪分度越小越好。但是不僅僅是考慮分度，對(duì)于齒輪的磨損度也是要考慮的。因而在對(duì)同步齒輪模數(shù)進(jìn)行確定時(shí)需要遵循一定的實(shí)驗(yàn)原則：m同 =m環(huán)×40%，m同是同步傳動(dòng)輪系中齒輪的模數(shù)，m環(huán)是齒環(huán)板齒的模數(shù)。比如480三環(huán)減速機(jī)，齒環(huán)板齒的模數(shù)是m環(huán)=20，那么同步傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪的模數(shù)就是m同 =20×40% =8。同步傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪的模數(shù)為m同=8比較合適。

（二）確定同步齒輪的寬度

關(guān)于同步齒輪的寬度的確定主要還是對(duì)輪輻的厚度以及齒寬的確定。對(duì)于齒輪的寬度不需要對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行考慮，但是需要考慮齒輪的剛性[6]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，一般情況下，輪輻的厚度在20—25mm范圍之內(nèi)；齒輪的寬度在30—40mm范圍之內(nèi)。比如580三環(huán)減速機(jī)，其比較科學(xué)合理的輪輻厚度為25mm，齒輪的寬度為35mm。

（三）確定同步齒輪分度圓直徑

在對(duì)同步齒輪分度圓直徑進(jìn)行確定之前首先要考慮兩個(gè)同步輪的直徑，盡量最大化的進(jìn)行考慮。因?yàn)橥烬X輪的直徑越大，其齒輪的數(shù)量就越多，有利于實(shí)現(xiàn)同步傳動(dòng)。要按照箱體的空間大小盡可能大的同步齒輪分度圓直徑，之后再根據(jù)中心距的尺寸對(duì)過(guò)渡輪的分度圓直徑進(jìn)行確定。比如，480 三環(huán)減速機(jī)同步輪分度圓直徑最大可以是200mm，那么根據(jù)中心距480mm，過(guò)渡輪分度圓的直徑D=480×2-200/2×2=760mm。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，想要解決動(dòng)力頭的振動(dòng)問(wèn)題可以應(yīng)用新型同步輪系結(jié)構(gòu)的三環(huán)減速機(jī)。不僅故障率有所減低，就連減速機(jī)的軸承壽命也會(huì)在一定程度上得到有效的延長(zhǎng)，保障了長(zhǎng)螺旋機(jī)的安全可靠性能。

參考文獻(xiàn)

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[3]于立君，趙優(yōu). 某超高層建筑鉆孔灌注樁的質(zhì)量控制[J]. 長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，02：26-29.

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[6]于飛，焦生杰，葛鵬，夏北，王艷. 旋挖鉆機(jī)動(dòng)力頭密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J]. 建筑機(jī)械化，2012，11：54-55+73+4.

通過(guò)上文的分析，我們得知，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭之所以出現(xiàn)振動(dòng)，其原因還是兩個(gè)曲軸在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全的統(tǒng)一。解決曲軸旋轉(zhuǎn)的同步的問(wèn)題也就解決了動(dòng)力頭振動(dòng)的問(wèn)題[5]。為了有效的保障兩個(gè)曲軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)同步，需要在不改變?nèi)h(huán)減速機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分別在兩個(gè)曲軸的輸入段安裝同步齒輪，要保證這兩個(gè)同步齒輪的參數(shù)完全一致。在中間的主軸安裝過(guò)渡齒輪，如上圖二所示。