旋挖钻机培训手册.doc

北京南车时代重工 TR系列旋挖钻机第一章 概述随着全球经济的高速发展，基本建设范围的持续拓宽，以人为本和保护环境的理念及至相关法津法规实施的不断强化，使桩基础特别是现场混凝土灌注桩基础得到了广泛的应用空间。旋挖钻机因其效率高、污染少、功能多的特点，适应上述综合发展的需求，在国内外的现浇混凝上灌注桩施工中已占据主力机型的位置。旋挖钻机的英文名称为 Rotary Drilling Rig ，一般适用于粘土，粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层。对于具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，可以适应微风化岩层的施工。为了满足施工要求，旋挖钻机底盘和工作装置的配置具大钻孔直径为 3m ，最大钻孔深度达 120m ，最大钻孔扭矩 620 kN.m 。有装机功率大、输出扭矩大、机动灵活、多功能、施工效率高等特点。目前，旋挖钻机的最一、旋挖钻机在基础工程机械中的地位（一）旋挖钻机的适用性基础工程机械按其成桩形式可分为预制桩施工机械和灌注桩施工机械两大类：灌注桩施工机械可分为取土成孔灌注桩施上机械和挤土成孔灌注桩施工机械。取土成孔灌注桩施工机械又有旋转掘削和冲击掘削两大类。目前所说的旋挖钻机主要是指能附带摇动套管驱动机构、配备回转斗和短螺旋及扩孔机具、全液压驱动、具有大扭矩输出的履带式钻孔机。在国外，这种钻机其实是在 1947 年美国首先开发的回转斗钻孔机的基础上，为了适应欧洲的地质将法国的配有冲抓斗的摇管驱动机构加以合成而发展起来的。旋转掘削的施工机具除了回转斗、短螺旋之外，还有长螺旋、正反循环钻具等。从该设备的施工能力来看，旋挖钻机也可以经过局部改动后，在预制桩施工中使用（特别是立柱附有支腿时）。因此将其改加各种基础工程施工机具，扩大使用范围，又可称之为多功能钻孔机。（二）旋挖钻机是用于灌注桩施工的一种主要基础工程机械从前述可知，旋挖钻机是一种取土成孔灌注桩施工机械。灌注桩是随着近年来建筑材料和施工技术的不断完善而发展起来的。在桩基础及其施工中，一般来说，还是预制桩的承载保障能力强、基础稳定性好。如果在旋挖钻机上配置超高频液压振动器或液压桩锤等，在满足施工限制要求的同时，将会扩大旋挖钻机的使用范围。（三）旋挖钻机是间断式作业的成孔灌注桩施工机械旋挖钻机是靠钻杆带动回转斗旋转切削，然后提升至孔外卸土的周期性循环作业的取土成孔灌注桩施工机械。二、旋挖钻机的迅猛发展旋挖钻机在二战以前首先在美国卡尔维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展。1948 年意大利迈特公司率先研制，接着意大利、德国开始发展，到了二十世纪 7080 年代在日本得到快速发展。当时日本称之为回转斗成桩，也叫阿司特利工法（ Earih Drill ) ，在德国、日本这类工法相当普遍。旋挖钻机因其效率高、污染少、功能多，在国内外的灌注桩施工中得到广泛应用。尤其是在欧洲和日本等发达国家已经成为大直径钻孔灌注桩施工的主力机型。我国在二十世纪 80 年代初从日本引进过工作装置，配装在 KH125型履带起重机上。 1984 年，天津探矿机械厂引进美国RDI公司的旋挖钻机并进行消化吸收。1987 年在北京展览馆首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）产品，1988 年北京城建机械厂根据土力公司的样机开发了1.5m 直径的履带起重机附着式旋挖钻机。1994年郑州勘察机械厂引进英国BSP公司附着式旋挖钻孔机的生产技术，但都没有形成批量生产。1992年宝峨公司在中国北京设立了代表处，开始了对华的业务。并于1995年在天津成立了独资子公司宝峨天津机械工程有限公司，组装适合中国市场的宝峨 BG20型旋挖钻机。1998 年在上海又成立了中德合资上海宝峨金泰工程机械股份有限公司，生产组装 BG15 型旋挖钻机。目前国内生产旋挖钻孔机的厂商已有二十余家，主要有北京南车时代重工、三一重工、湖南山河智能、北方重汽、徐工集团、宇通重工等。国外主要生产厂商有意大利意马 （TIM）公司、意大利 CMV公司、意大利迈特公司、意大利土力公司、德国宝峨公司、芬兰永腾 （JUNTTAN）、日本日立、日本日车、日本神钢等。三、旋挖成孔的工艺优势（一）广泛的适应性在硬土地层，由于传统钻机的自重有限，不可能给钻头施加更大的进给压力。而旋挖钻机由于采用动力头装置，动力头的给进力加上钻杆的重量，钻进能力强。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是转盘钻机的510倍。（二）良好的环保性目前国内传统钻机多采用连接钻杆形式和掏渣桶掏渣，在钻进过程中多采用泥浆循环方式，泥浆起润滑、孔壁支护、置换和携带钻渣的作用。随着城市建设对环保要求愈加严格，传统钻机面临更大危机。而旋挖钻机采用动力头形式，其工作原理是用短螺旋钻头或旋挖斗，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后快速提出孔外，在不需要泥浆支护的情况下，可实现干法施工。即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆也只起孔壁支护作用，钻削中的泥浆含量相当低，这使污染源大大减少，改善了施工环境，同时降低了施工成本。（三）提高灌注桩的承载力由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，它仅需要静压泥浆作护壁。所采用的泥浆一般用膨润土、火碱、纤维素等配置，在孔壁不会形成很厚的泥皮。此外由于钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙度较高、且不易产生缩径。与传统的钻孔灌注桩相比，旋挖钻孔灌注桩的承载能力提高。四、旋挖钻机的结构及技术特点（一）旋挖钻机的底盘底盘可分为专用底盘、履带液压挖掘机底盘、履带起重机底盘、步履式底盘、汽车底盘等。履带专用底盘结构布置合理、运输方便、外形美观、但造价较高。履带起重机底盘，工作装置采用附着形式，主臂分为可伸缩箱型结构和珩架结构，可兼作旋挖钻机和履带式起重机，节约设备投资。步履式底盘，一般为三支点液压步履式行走支架，稳定性好，但移动运输不够方便、造价低，目前国内少数厂家采用。在 80 年代国外曾采用过汽车底盘，是以重型载重汽车底盘为基础，工作时放下支腿。目前国外生产的旋挖钻机绝大多数采用的是专用底盘，只有少数采用挖掘机底盘或起重机底盘，这些底盘在设计上没有兼顾旋挖钻机施工特点，在稳定性方面存在着一定缺陷。（二）钻杆、钻具钻杆是一个关键部件，分为内摩阻式外加压伸缩钻杆和自动内锁互扣式加压伸缩钻杆。内摩阻式钻杆在软土层钻进效率高，锁扣式钻杆提高了动力头施于钻杆并传到钻具的下压力，适于钻进硬岩层，对操作的要求也较高。为了提高作业效率，一台钻机大多配备两套钻杆。钻具则多种多样，目前有长螺旋、大直径短螺旋钻头、回转钻斗、捞砂斗、筒形钻斗、扩底钻头、岩心钻头等。（三）动力头动力头主要有液压传动、电机传动、发动机传动，无论何种都具备低速钻进、反转高速甩土功能。目前大都采用液压驱动，有双变量液压马达、双速减速机驱动或低速大扭矩液压马达驱动。动力头的钻进速度一般都具有多档，适合在多种工况下作业。电机驱动一般采用特制的恒功率双速电机，力矩大、过载能力强。80年代在履带起重机上附着工作装置，单设一台发动机驱动，目前由于液压技术和底盘制造技术的进步，此种方式一般已不采用。（四）电子控制技术 90 年代国外旋挖钻机的控制技术逐步实现智能化，目前国外旋挖钻机普遍具备发动机和泵的电子控制系统，能指导主泵最佳输出，使液压负载与发动机转速相匹配，从而利用发动机的最大功率。发动机转速可在负荷较小或无负荷时实现自动控制，自动降低发动机转速，减少油耗、降低噪声和废气的排放量。桅杆垂直度自动调平系统能对桅杆进行实时监控，可实现手动和自动切换，在一定范围内自动调整角度，保证施工中桩孔的垂直度要求，提高施工质量。还具备回转倒土控制、钻孔深度测量及显示、车身工作状态动画显示及虚拟仪表显示、故障检测、报警及信息显示、整机启动前预先自动检测功能。国外旋挖钻机还设有GPS 定位系统和移动电话数据传输系统。五、旋挖钻机在国内的应用 1993 1994 年在上海浦东八百伴大厦基础灌注基础工程中全部采用了旋挖成孔法施工并取得成功，在国内起到了一定的推动作用；在北京五环路的基础施工中，旋挖钻机已占了绝大多数，最多时达到了30多台。国家重点工程青藏铁路大规模施工于2001年正式启动，而在青藏铁路格拉段的施工段，地层很多是冰冻土层、砂砾、不规则泥页岩还有软硬互层灰岩，有的冻土厚度达到百米以上，中铁集团采用旋挖钻进施工工艺，2002 年3月开始，大量的旋挖钻机进入青藏铁路线施工，到8月中旬统计有100多台，其中国产设备 9 台。青藏铁路的大量使用引起了施工和生产制造企业的格外关注，无疑推动了旋挖钻机开发和应用。2003年山西省机械施工公司申报了静态泥浆护壁、旋挖式钻孔灌注桩施工国家级工法。国土资源部勘探技术研究所抓住了北京等大城市和青藏铁路线大量使用旋挖钻机的机遇，及时地把研制的旋挖钻机推向市场，并在旋挖钻进工艺方面也作了深入的研究。2000年徐工集团RD18 型钻机研制成功，最大成孔直径2m、最大钻深60m，有3台在青藏铁路和多台在北京的工程中使用。2001年北京经纬巨力工程机械有限公司研试成功ZY 120 、ZY 160、ZY200型旋挖钻机参加青藏铁路建设的施工热潮 。2004年 北京南车时代重工研制成功履带可伸缩的NSR 220 C（TR220D的前身）型旋挖钻机先后在北京、天津、陕西、湖南、湖北、京沪线、哈大线等地接受了施工考验。在陕西西安二环线工地一次使用旋挖钻机 4台。由于受北京奥运、上海世博会以及高速客运专线工程的拉动，给旋挖钻机提供了一个巨大的发展空间，近几年我国的旋挖成孔法的大量采用，旋挖钻机使用量大大增加，特别是许多厂家的旋挖钻机产品相继研制成功，推动了旋挖钻机的生产和应用。六、旋挖钻机的市场发展趋势（一）初期阶段：2003年，国内旋挖钻机的生产企业还只有徐工、巨力等少数几家，并且没有形成规模。市场几乎被以德国宝峨（Bauer）、意大利土力（Soilmec）等品牌，以及日本的日本车辆、日立、加藤、住友等公司的二手设备占领。由于青藏铁路工程以及以北京为中心的华北地区市场的拉动，旋挖钻机开始被市场逐渐认可。（二 扩张阶段：进入2004年，尤其是进入 2005 年，以北京南车时代重工、宇通、福田、中联等集团公司为代表的企业，纷纷进入该市场，使进入企业总数超过 20 家，产品型号超过 30 个。国内企业的进入，使国内品牌和国外品牌的占有率发生了根本性的改变。2004年，国内品牌的销量首次超过国外品牌（国内 62 台国外 47 台）。 2005 年国内品牌达到 115 台，而国外品牌下降至不足 10 台。有些国外公司甚至已被迫撤离国内市场。（三）激烈竞争阶段：进入2006年以来，受宏观经济形式的影响，旋挖钻机市场呈现出跨越式增长。由于国家高速铁路建设、奥运工程和世博会工程的影响，预计这个阶段将持续。第一节 旋挖钻机的发展历史1980年以前，各类基础工程中的桩基础施工一般都采用以打击法或振入法为主的预制桩施工机械。1980 年以后，对工程建设，尤其是城市建设中环境噪声、振动、油烟污染等的限制日益趋向严格，预制桩基础工程法所普遍使用的柴油锤、振动锤等机械的使用范围受到了极大地限制，甚至被停止使用。另一方面，建筑工程越来越向大型化及超大型化发展，其抗震、抗陷、抗裂等要求也日益提高，传统的基础施工工法及其装备已不能满足上述的工程需求。现场灌注桩施工工法在于能克服预制桩等工法所带来的噪声、振动、油烟污染等负面影响，并且其单桩承载力比起预制桩能够做得更大，因而得到了极大的普及应用，与此相对应的超大口径钻孔施工机械得到了长足的发展。此外，现代基础工程对施工规模、施工速度和质量的要求也日益苛刻，加上新材料、新技术发展与普及，使集机、电、液及智能化控制为一体的新型基础工程机械具备了市场发展空间和条件。旋挖钻机作为超大口径钻孔灌注桩施工机械中的一种正是在上述背景条件下得到了长足的发展，并已经成为现场灌注桩施工机械的主力机型。一、国内外钻孔机的发展状况美国早在第一次世界大战前就开发了旋挖钻孔机，当时仅用于钻孔作业，以后逐渐推广应用于基础工程的灌注桩施工。旋挖钻孔机目前在欧美国家已被广泛应用，并且常采用混凝土泵与之配合。通过导管直接灌注混凝土而成桩，日本在1968年实施噪声管制法后，旋挖钻孔机得到迅速发展，许多施工方法都以旋挖钻孔机为主机或辅助设备，同时还开发了用于漂石层和岩土施工用的凿岩旋挖钻孔机。配置短螺旋、回转斗的旋挖钻机在第二次世界大战前由美国卡尔威尔特公司研制成功。其后，意大利和日本分别引进技术逐渐推广起来。由法国发明了配置冲抓斗的全套管钻孔机，由德国发明了循环钻孔机，在基础工程施工中均发挥了很大作用。1950年以前欧洲在桩基础施工中以打击法施工为主，其桩型多为木桩和钢桩， 1950 年以后，由于第二次世界大战中遭受破坏地区的经济复兴、以及城市中振动、嗓声和油烟污染的限制，灌注桩施工开始逐渐普及。此外，由于欧洲的土质主要是紧密的砂砾层，除了沿海地区外，一般钻深2025m 就可到达桩的支持层，因此发展至今，所使用的施工机械以旋挖钻机为主，对驱动装置稍加改动后即可安装长螺旋，还可配置摇动式全套管驱动装置，使旋挖钻机做到了多功能，可进行多种作业。在日本的建筑工程中，因旋挖钻机具有高效率、低公害、经济性好而成为灌注桩施工机械的主力机种。在东南亚和香港、台湾、韩国等地区还较多使用反循环钻孔机。总的来说，世界各国和地区根据本国的经济历史背景、地质情况、工程规模、施工传统等各种因素，相互引进技术、消化吸收并加以创新，使各种灌注桩施工机械得到了迅速发展。 我国在1970年之前因高、大、重建筑及工程较少，大型桩基础应用很少除桥梁工程外，普遍采用预制桩基础。1980年，随着大型工程的逐步增加，灌注桩发展较快、应用范围逐步扩大，目前已形成钻、挖、冲、沉管等多种施工工艺，并仿制或研制了相应的国外设备，取得了一些经济效益。但新技术的推广普及工作较差，达不到预期的效果；新技术及其设备的开发研究不够；施工质量检测技术落后，从而使地基基础工程的整体技术水平相对落后。国内 1972 年开始在建筑桩基中采用长螺旋钻孔进行混凝土灌注桩施工，以后又研制了短螺旋钻孔机、螺旋钻扩机等。其施工能力范围在孔径400mm；深度 12m 以内。80年代后期又从国外引进了部分旋挖钻机、冲抓斗、连续墙抓斗等机械，但因机具单一，不能适应国内各种复杂的地质条件等，没能发挥较大作用。另外，由于对振动、噪声的限制不严大量的老旧设备还被广为使用，使技术先进的钻机没有得到应有的重视和发展。 二、施工工法在我国的发展近年来随着我国经济发展状况的不断提高，高、大、重建筑工程越来越多，灌注桩基础已成为发展方向，灌注桩基础一般来说都采用取土成孔方式施工。大量地采用灌注桩基础则对钻孔施工机械提出了更高的要求。对于不同的地质条件，不同的施工条件，需要采用某种特定的施工方法及其施工机械。为了缩短工程周期，降低工程成本，减轻劳动强度，提高基础工程的经济效益，必须配备高质高效的施工机械。灌注桩能在多种地质条件下施工成桩，其桩径、桩型变化范围大。采用大直径灌注桩或扩底灌注桩作为高层建筑的桩基础，解决了在某些环境下无法进行预制桩施工的问题。满足了单桩大载荷需要，同时大量节约了投资，技术经济效益尤为显著。我国幅员辽阔，地质条件复杂多变。近二十年建筑、桥梁、港口桩基础工程建筑规模十分巨大，灌注桩已逐步成为其主体。因此，各类灌注桩的成孔成桩技术发展迅速，其主要特点可概括为以下三点：第一、传统施工技术一部分得到改进提高，少部分趋向淘汰；第二、自主创新成绩斐然，一部分新桩型、新工艺、新技术研发成功，并在一定范围内得到推广应用；第三、结合国情引进先进工艺及其设备，对提升我国桩基施工水平效果显著。根据成孔成桩过程及特点可将灌注桩分为以下三大类： l 、非挤土成桩法干作业法长螺旋钻孔桩（d =400800mm,L25m）机动洛阳铲成孔灌注桩（d =300500mm,L20m）人工挖孔灌注桩（d =8003000mm,L30m）钻孔压注无砂混凝土灌注桩（d =600800mm,L20m）*长螺旋钻灌合一灌注桩（d =400600mm,L25m）*泥浆护壁法正、反循环钻孔灌注桩（d =5003000mm,L110m）*潜水钻成孔灌注桩（d =5001000mm,L50m）*大锅堆钻成孔灌注桩（d =500800mm,L50m）*旋挖成孔灌注桩（d =6002000mm,L70m）*套管护壁法贝诺托灌注桩（d =8003000mm,L50m）*短螺旋钻孔灌注桩（d =300800mm,L20m）2、部分挤土成桩法冲击成孔灌注桩（d =6001200mm,L50m）多支盘挤扩灌注桩（d =6001000mm,L40m）*水泥土预制芯桩复合桩（d =500600mm,L15m）*3、挤土成桩法振动沉管灌注桩 （d =300500mm,L24m） 锤击沉管灌注桩（d =300500mm,L24m）*锤击振动沉管灌注桩（d =300500mm,L20m）夯压成型灌注桩（d =325400mm,L24m）*弗兰克桩（d =600,L20m）*灌注桩后注浆技术 PPG工法*注：*为我国自主研发技术*为引进技术三、工程实践对灌注桩成孔技术提出新要求灌注桩的成孔成桩原理、工艺、承载力大小、质量的可靠性必须适应建设场地的地层地质特点和单桩承载能力要求，还需适应我国物力、人力、财力、资源的实况和社会的发展状况。只有这样，这种成桩技术才具有生命力和广阔的市场。近二十年来基础工程技术的发展有力地印证了这一点。1、成桩质量稳定性差的工法被逐步淘汰七八十年代沉管灌注桩一度是沿海地区主要的桩型，以广东省为例，当时拥有近3000台沉管灌注桩设备，迄今已基本为预应力管桩等桩型所取代。其原因主要是由于沉管灌注桩的挤土效应导致成桩质量很不稳定，断桩、缩径十分普遍。桩基事故中有80%属于这种桩型；其次振动和噪声也是一种公害。2 、引进设备要避免盲目性八十年代，上海基础公司、广东基础公司引进贝诺托工法设备，但迄今二十多年弃之不用。其主要原因是设备笨重、工效低、成本高，且单桩承载力由于套管来回摆动使孔壁受扰动而显著降低。此外，如中建一局、六局等单位也将从国外工程承包中购置的贝诺托设备搁置起来。3 、引进先进技术，推动基础工程机械技术进步正反循环泥浆护壁钻孔桩是我国应用广泛、经验丰富的传统技术，钻深可达100m以上，但随着城市建设的发展和社会的进步，环保要求渐趋严格，其应用范围逐步受到限制。旋挖钻机的大量引进就是在这种背景下发生的。经过近 5 年的工程实践，已证明其具有效率高、适应性强、低污染等优点。第二节 旋挖钻机的发展趋势一、旋挖钻机主机的技术发展趋势 1 、采用全液压驱动和电液比例伺服控制系统，使钻机各机构匹配，并联工作； 2 、采用油缸或卷扬加压提升，增大提升能力和加压能力；3 、液压元件大多采用国际先进成熟的产品，提高产品的可靠性； 4 、底盘采用可伸缩式结构，提高整机的稳定性；5、采用多节自锁式或摩阻式钻杆及多种型式的钻头，可根据不同作业要求更换钻杆、钻头； 6 、动力头为双驱动，既可进行钻孔，又能驱动套管，一机多用； 7 、具有钻孔深度、立柱垂直度自动检测、荧屏显示，提高定位钻孔精度；8 、发动机、液压系统、主副卷扬拉力等参数的自动检测，荧屏显示，提高智能化作业能力。二、旋挖钻机工作装置的发展趋势首先应对旋挖钻机的特性、工作范围、优劣性等有正确的认识，它是多能的而不是万能的，应当在工作装置的合理配置上下功夫，使它向多功能方向发展，并有效合理的使用。多种回转斗的配置，加大侧刃的外伸尺寸，减小切削阻力，防止钻进过程中产生真空，提高作业适应性和施工效率；短螺旋舍弃双转速，简化控制；增加刮土器，提高作业效率；正反循环钻具配置，加循环水箱和振动筛，使钻机适应硬质地层作业；各种长螺旋钻具的配置；各种地下连续墙抓斗的配置；扩孔、扩底及其相应的配置；液压振动锤的配置；套件驱动装置的配置：针对我国的国情，旋挖钻机未来的发展方是向两头发展：一是向大型或超大型机方向发展，使钻机具备超大功率和扭矩的输出能力，加大钻机的成孔深度和成孔口径，并配备多种不同工法用的工作装置，实现一机多用；二是向小型机方向发展，使钻机具备小功率、低成本、机动性强等能力，大力开拓工民建桩基市场，逐步取代该市场仍在大量使用的老式正反循环钻机。第二章 旋挖钻机的用途与分类一、用途旋挖钻机是一种取土成孔灌注桩施工机械，靠钻杆带动回转斗旋转切削土，然后提升至孔外卸土的周期性循环作业。旋挖钻机采用的是多用途模块式设计，可用于多种桩的施工：（一）灌注桩旋挖钻机一般用于大口径短螺旋和旋挖斗施工，除此之外，还可配置长螺旋钻具全套管与冲抓斗、液压抓斗、反循环钻具、高压旋喷机具、潜孔锤机具、液压锤和柴油锤、振动锤等，用于螺旋钻孔灌注桩、钻孔扩底灌注桩、潜水钻成孔灌注桩、钻斗钻成孔灌注桩、反循环钻成孔灌注桩、贝诺托灌注桩、中掘施工法桩、振动沉管桩、锤击沉管桩、振动冲击沉管桩等灌注桩的施工。（二）咬合桩随着高层建筑、地下工程的不断增加旋挖钻机可配置短螺旋、钻斗、振动锤等工具，用于基坑支护咬合桩施工。（三）地下连续墙旋挖钻机还可配置液压抓斗，用于地下连续墙的施工。二、分类旋挖钻机的型式按以下不同方式进行分类。各型式可以是下述分类中的一种，也可以是下述分类中的不同组合。（一）按动力驱动方式l 、电动式旋挖钻机：动力源为电驱动的旋挖钻机。 2 、内燃式旋挖钻机：动力源为内燃机驱动的旋挖钻机。（二）按行走方式 I 、履带式旋挖钻机：底盘为履带式的旋挖钻机。 2 、轮式旋挖钻机：底盘为轮式的旋挖钻机。 3 、步履式旋挖钻机：底盘为步履式的旋挖钻机。第三章 旋挖钻机的基本构造及工作原理第一节 概述TR系列旋挖钻机是北京南车时代重工公司独立研发的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，提高了整机的可靠性。旋挖钻机可广泛应用于城市高层建筑、铁路、公路、桥梁、机场、港口等桩基础工程的钻孔灌注桩成孔的施工，具有成桩速度快、施工效率高、环保节能等特点。在桩工行业树立了新的民族品牌。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，TR135D、TR180D、TR220D、TR250D、TR300C、TR400C旋挖钻机等皆采用了液压伸缩履带式底盘。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“机械结构部分”）。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；钻孔深度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、灵敏性和安全舒适性，充分实现了人、机、液、电一体化。旋挖钻机所配套的短螺旋钻头、普通钻斗、捞沙钻斗、岩心等钻具，可钻进粘土层、沙砾层、卵石层和中风化泥岩等不同地质。第二节 工作原理旋挖钻机钻进成孔工艺：旋挖成孔首先是通过钻机自有的行走装置和桅杆变幅机构使得钻具能迅速到达桩位，利用桅杆导向下放钻杆将底部带有活门的桶式钻头放置到孔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，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度。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：旋挖钻机的结构从功能上，分为底盘和工作装置两大部分。钻机的主要部件有：底盘（行走装置、上车回转装置）、工作装置（变幅机构、桅杆总成、主卷扬、辅卷杨、动力头、随动架、钻杆、钻具等）如图31。 图31旋挖钻机结构图二、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32。 行走机构的功能是实现钻机的行走和移位。主要由底座和履带支重轮架、液压马达、减速机、驱动轮及张紧装置、履带、支重轮、托轮、引导轮等部件组成。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。 X 型、箱式断面的底座提供出色的抗扭抗弯强度。履带支重轮架由冲压成型、五边形断面的型材组成，具有特别高的强度和使用寿命。支重轮、托轮、引导轮都是密封润滑，能够适用恶劣的工作环境和比较高的工作强度。延长了维修和更换的周期。行走机构的履带具有张紧度调节功能。当履带过于松弛，影响正常工作时，需适当调整其张紧度。调整履带张紧度时，用手压黄油泵向张紧装置的张紧油缸注油口注入适量油脂 。张紧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，内部装有液压油缸、液压系统的“中心回转接头”。上车的液压系统的液压油通过”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展宽履带，提高了整机工作的稳定性；在车载运输时缩回履带，减小整机宽度，适应了交通运输的要求。回转台是工作装置部分的安装基础，发动机、液压系统、驾驶室、变幅机构、回转机构、配重等部件直接安装在其上。1 、 TR135D、TR180D、TR220D、TR250D、TR300C、TR400C旋挖钻机底盘型号为CAT323D、CAT325D、CAT330D（213kw）、CAT330D（261kw）、CAT345C、CAT365C采用CAT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一。能够感应负载变化并相应调整输出功率的大小。该发动机嗓音低，振动小，环保高效，性能稳定可靠。2 、TR135、TR160型旋挖钻机采用的是邦利集团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康明斯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。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。 l 、变幅机构变幅机构是桅杆的安装部件。由动臂、联结体、支撑杆、变幅油缸等组成，见图33 。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 33 旋挖钻机变辐机构回转台动臂支撑杆联结体通过销轴铰接，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，桅杆和联结体只作上下和前后平行移动。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34。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给的导向部件。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、随动架）的工作进给起导向作用。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长度。滑轮架结构如图 35 ，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 35 滑轮架结构图3 、随动架随动架是钻杆工作的辅助装置，结构如图36，一端装有轴承并与钻杆用螺栓联接，对钻杆起回旋支承作用；另一端设有导槽与桅杆两侧导轨滑动联接运行于桅杆全长，是钻杆工作的导向部件，扶持钻杆正常工作。4 、动力头动力头是钻机最重要的工作部件，结构如图37它由液压马达、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，齿圈与轮毅固定，轮毅内壁有三组驱动键。液压马达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：当钻孔深度超过第一层钻杆的长度时，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，此缓冲装置可缓解对动力头的冲击，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。我公司生产的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 秒滞后延时。 5 、主卷扬主卷扬由液压驱动机构、卷扬筒、卷扬机架、钢丝绳、压绳装置等组成结构如图38。主卷扬的功能是提升或下放钻杆，是钻机完成钻孔作业的重要组成部分，其提升和下放钻杆的工作由液压系统驱动和控制。在钻机进行成孔作业时，须打开主卷扬制动器；使系统中主卷扬马达进、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。 图 38 旋挖钻机主卷扬6 、辅卷扬辅卷扬由液压驱动机构、卷扬筒、卷扬支座、钢丝绳、压绳装置等组成。辅卷扬置于联结体内，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卷扬加压组成。加压油缸固定于桅杆上，加压油缸活塞杆连接于动力头上。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可采用。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，在埋钻的悄况下，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。8 、钻杆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“第七节 钻杆及钻具的基本构造”。TR250D旋挖钻机出厂标准配用的钻杆是磨阻式五节钻杆（ 14 米* 5节），钻孔有效深度可达 68 米。可以配用的钻杆是磨阻式六节钻杆（ 15 米*6 节），钻孔有效深度可达 80 米。TR220D旋挖钻机出厂标准配用的钻杆是磨阻式五节钻杆（ 13 米* 5节）钻孔有效深度可达 60 米。可以配用的钻杆是磨阻式五节钻杆（ 14 米 5 节），钻孔有效深度可达 68 米。 TR180D旋挖钻机出厂标准配用的钻杆是磨阻式五节钻杆（ 12米 *5 节），钻孔有效深度可达55 米。可以配用的钻杆是磨阻试五节钻杆（ 13 米*5 节），钻孔有效深度可达60 米。 TR135D旋挖钻机出厂标准配用的钻杆是磨阻式四节钻杆（ 12 米 *5 节），钻孔有效深度可达 55米。 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。第四节 动力系统的基本介绍旋挖钻机作为一种移动式施工机械，其动力系统普遍采用柴油发动机为原动力。与汽油机比较，柴油机具有工作转速低，输出扭矩大，油耗低、负荷高及重量大的特点，与旋挖钻的低速大扭矩（牵引力）负载特征具有良好的动力匹配性。图 39 为TR220D旋挖钻机采用的CATERPILLAR（卡特彼勒） C9 工业柴油机。 为了更形象的使大家了解旋挖钻机的动力系统组成通过图310和图311对旋挖钻动力系统图解说明如下：一、柴油机技术的发展针对旋挖钻动力系统基本以柴油机为原动机的情况，下面就柴油机的技术发展做一简要介绍：到目前为止，柴油机在其技术发展上经历了三次重大的飞跃：机械式燃油系统、中冷增压技术和电控喷射技术。每一步发展都在一定程度上提高了柴油燃烧率，降低了污染排放。机械式燃油控制装置的发明使柴油机真正成为实用型热力发动机并得以推广普及，奠定了柴油机应用及技术发展的基础。涡轮增压技术利用发动机的排气能量经排气涡轮转换为压气涡轮能量，将发动机进气压缩，并借助空空中冷器的冷却作用，比较常压吸入密度高得多的空气送入气缸与燃油混合燃烧从而有效增大柴油机的空燃比帮助燃油及时、完全燃烧，使柴油机的指示功率增大，经济性提高；同时增压燃烧的过量空气环境能有效降低废气中的 NOX和 CO 。再有，柴油在气缸中的燃烧形态为扩散火焰型首先燃烧的是燃料中的H、C原子然后再燃烧呈黄色火焰的 C 晶核，部分碳烟的成因就是由于燃烧后期气缸内气体含氧不足所致，而增压形成的过量空气系数恰恰抑制了其成因，从而使废气中的微粒含量得以降低。柴油机电控喷射技术所要解决的核心问题是燃油定量和喷油定时。其发展经历了模拟电路控制喷油、计算机控制喷油、喷油定时的电子控制、综合电子控制系统和电控共轨式燃油系统等 6 个步骤，前 5 项可视为过渡阶段，最终发展为目前具有领先意义的适用范围广泛的电子控制共轨喷射系统。从技术机制上，柴油机电控喷射技术则经历了 3 个阶段：第一阶段，凸轮压油+位置控制；第二阶段，凸轮压油+电磁阀时间控制；第三阶段，凸轮压油+共轨蓄压+电磁阀时间压力控制。其中，第一阶段的位置控制系统保留了传统的机械式泵、喷油及供油调节机构的结构型式（如喷油泵、高压油管、喷油器、供油拉杆或齿条、带螺旋槽的柱塞等）。只是用以单片机为核心的控制器 ECU( Eleclmnicco Control Unit ）指令执行器电动机（调速器）代替机械离心式调速器。第二阶段的时间控制系统既可以采用传统的机械式泵、喷油结构型式，也可以用新型的高压 ( 1320MPa ）供油泵但以高速电磁阀直接控制高压柴油喷射。第三阶段的电控共轨系统是迄今为止柴油机电控喷油技术中，结构最完善、性能最先进、技术难度最大的电控喷油系统，其系统组成及控制框图分别如图 312 、图 313 所示。采用电控共轨系统的柴油机的突出特点是，可以在理论分析、大量实验的基础上，综合柴油机实际运行状况，最优化控制喷油量、喷油压力、喷射正时、喷油（速）率和多次喷射（预喷射、主喷射和后喷射），从而实现燃料的最佳燃烧。在获得最佳经济性的同时，取得减少废气有害成分的排放目标，并且给柴油机带来了技术性能的全面提高。它是实现未来欧 4 以上更高排放控制的关键技术。二、卡特 330C9 发动机知识介绍卡特330C9发动机结构包括二大机构、五大系统。二大机构指机体曲柄连杆机构、配气机构；五大系统指燃油系统、润滑系统、进气排气系统、冷却系统、电气启动控制系统。 （一）卡特330C9发动机特性与结构参数 l 、特性 ( l ）直列六缸水冷式柴油机 ( 2 ）功率范围： 205287kW ( 275385 马力）。 ( 3 ）转速可在 8002000rpm内调整( 4 ）具有ECM 电子自动控制系统 ( 5 ）液压驱动电控喷油系统 ( 6 ）空冷式后冷器。 2 、结构参数缸径 112mm：冲程 149 mm；排量 8 . 8L ；重量 681kg （二）机体曲柄机构1、机体曲柄连杆机构作用将往复活塞式内燃机燃料的化学能通过燃烧放出热能，再转换为机械能。2 、曲柄连杆机构组成 （1）机体组：缸体与缸盖； （2）活塞组：六个活塞、六个活塞销、六组活塞环（十二气环、六个油环）等零件组成； （3）连杆组：六件连杆体、六件连杆大头盖、二组连杆螺栓（螺毋）、六对连杆大头盖轴瓦等零件组成； （4）曲轴飞轮组：曲轴、飞轮、扭转减震器、带轮、正时齿轮等零件组成。3 、带轮通过皮带、张紧装置带动水泵、空调压缩机、发电机、风扇工作。4 、正时齿轮带动机油泵、凸轮轴、液压触动泵、燃油泵、冷却泵工作。（三）配气机构 l 、配气机构的作用按照发动机六缸工作过程的需要，定时地开启和关闭进气门、排气门，实现发动机高速旋转 。2 、配气机构的组成正时齿轮、驱动的凸轮轴、 12 件挺杆、 12 件推杆、 12 件摇臂（ 6 件短摇臂是进气门， 6 件长摇臂是排气门）、 24 件气门弹簧座、 24 件气门弹簧、 12 件进气门、 12 件排气门等零件组成 。3 、每缸工作过程进气行程：缸内压力为 7888kPa，缸内温度为5070度；压缩行程：缸内压力为29404900kpa，缸内温度为 500700度；做功行程：开始时缸内压力为 58808820kpa，缸内温度为 15002500度；终止时缸内压力为290390kpa，缸内温度为 7808870 度；排气行程：废气压力高于大气压力约为103123kpa，温度为 300700度。4 、六缸燃烧顺序：153624 5 、发动机工作时，曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周，各缸的进气门、排气门打开一次。6、气门间隙若气门间隙过小、便可能在热车时因气门的膨胀变形使此间隙消除而造成关闭不严；若气门间隙过大，则影响气门的开启量，并可能在气门开启时产生较大的冲击噪声。 7 、气门间隙的调整 （1）当发动机温度低于60时，打开正时盖和正时销孔，插上盘车工具（齿轮）, 使曲轴转动一定角度（此时第六缸长、短摇臂都摇不动且正时销刚好插人孔中）。 （2）可调整1、2、4缸进气门为 0 . 38 mm，调整1、3、5缸排气门为0.64mm（3）拧紧锁紧螺母，复查一次。 （4）再插上盘车工具（齿轮），使曲轴转动360度（此时第一缸长、短摇臂都摇不动，且正时销刚好好插人孔中）。 （5）可调整3、5、6缸进气门为 0.38mm调整 2、4、6 缸排气门为0.64mm。（6）拧紧锁紧螺母，复查一次。 （7）取出盘车工具，盖上盖子。（四）燃油系统燃油系统包括低压燃油系统和高压燃油驱动系统。 l 、低压燃油系统 （1）低压燃油系统组成加油泵油箱手动泵燃油油水分离器燃油泵ECM模块燃油滤清器发动机风扇前端l 缸喷油嘴2 缸喷油嘴3缸喷油嘴4缸喷油嘴5 缸喷油嘴6 缸喷油嘴发动机后端燃油压力调节阀油箱 （2）各零部件结构油箱：里面装有燃油位传感器(可变式电阻），油箱中的浮子在不同液位，得到电阻位的大小不同，5 伏直流电通过该电阻，形成不同电流作为信息传给ECM和监控器，显示燃油的油位；油箱有两个不同液位的出口，较高的出口为输出到发动机，较低的出口为放油口，作为清洗油箱用。手动泵：发动机工作时手动泵不工作，它一般用于更换燃油滤芯或修理等情况下，清除燃油油路里面进入的空气，能使发动机尽快启动。燃油油水分离器：它能过滤大于13微米燃油悬浮的颗粒杂质；还能分离出燃油中的水分，并收集在滤杯中；若燃油水分不及时排除、将对喷油器产生严重损伤。燃油泵：它是齿轮泵，通过正时齿轮传动，与液压驱动泵同一根轴传动，发动机不启动时它不工作它能把燃油从燃油箱泵出；还能够使燃油压力增加到 450kpa，此泵的安全阀能将燃油压力限制在 689kpa以内。燃油滤清器：它能清除燃油中98 的两微米颗粒以及大于两微米的燃油杂质颗粒，它的使用和定期维护能明显提高喷油器的寿命 。HEUI喷油器：它的结构十分复杂。它是由电磁线圈、提升阀、增压活塞、增压柱塞、柱塞回位弹簧、单向阀、喷油柱塞、喷油头、回油阀等组成。发动机曲轴每旋转两周，六个喷油器分别喷油一次，每一个喷油器喷油过程可分为五个阶段： 预喷射：因电磁阀无电，电驱下放一部分驱动油流入喷油头压住针阀，燃油关闭。一部分驱动油使提升阀上提，切断去往增压活塞驱动油； 辅助喷射：电磁阀得电，电驱上提，切断流入喷油头驱动油，使压住针阀驱动油流入缸头，一部分驱动油使提升阀上提，切断去往增压活塞驱动油；同时驱动油进人增压活塞，打开针阀，燃油开始喷油。喷射延迟：因电磁阀无电，电驱下放，一部分驱动油流入喷油头又压住针阀，燃油立刻关闭。同时驱动油继续进入增压活塞，使增压活塞压力不断增大； 主喷射：电磁阀得电，电驱上提，又切断流入喷油头驱动油，使压住针阀驱动油流入缸头，针阀打开；同时驱动油继续进入增压活塞，使增任活塞压力不断增大，推动活塞把燃油高压喷入； 补充喷射：电磁阀失电，电驱下放，大部分驱动油流入喷油尖又压住针阀，燃油立刻停止喷射；增压活塞驱动油停此推动活塞。在弹簧作用下，活塞回收，打开单向阀，驱动油流回缸头，从而使喷油器将燃油压力由 45kpa增加到 36000kpa150000kpa。燃油压力调节阀：它由一个节流孔、金属滤网和一个簧压的单向阀组成，节流孔是一个限流装置（流量限制装置，它能够增加供油压力）；单向阀在压力大于等于 35kpa 时打开；当发动机熄火并且不存在油压时，单向阀关闭。单向阀的关闭是为了防止缸盖中的燃油流入油箱。2 、高压燃油驱动系统( l ）循环途径机油盘机油泵机油冷却器冲机油滤清器液压驱动泵（HEUI泵）喷油驱动压力传感器（IAP 传感器）喷油器机油盘( 2 ）各零部件结构液压驱动泵（ HEUI泵）：结构：由变从输送轴向泵和泵压力调节器组成。作用：将机油压力275kP