旋挖钻机钻杆牙嵌啮合状态检测系统硬件设计(2)
第优尔章 结论 20
后记 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1 旋挖钻机简介
经济高速发展，工程建设的领域不断延伸，保护环境和注重人身安全理念的加强，相关法律在这方面的规定，桩基础特别是现场混凝土灌注桩基础得到了广泛的应用[1][2]。旋挖钻机工作时具有高效、低污染、方便灵活、功能多等优点，在现代社会基础建设中它能达到这些要求。所以在国内外的桩基础工程施工中占据了主力机型的位置[3]。旋挖钻机可以在粘土、砂土、淤泥质土、人工回填土这些软地层及含有部分强风化层的地层工作[4][5]。为了达到施工要求，旋挖钻机要装备功率大、传输扭矩大、灵活机动的工作装置[6]。现在，旋挖钻机最大可以钻出直径3米，深120米的孔。
1.1.1 旋挖钻机的主要部件
（1）底盘
国外旋挖钻机起步较早，经过几十年的研究和改进，功能不断完善，结构部件越来越合理。底盘是旋挖钻机上一个重要结构。旋挖钻机属于重型机械类型，它工作时重量可达80吨。汽车底盘、履带式起重机底盘等设计时候没有兼顾到旋挖钻机的特点，施工时达不到稳定等技术要求。上世纪70年代末，国外有些厂家选用汽车底盘。它们是在重型汽车底盘基础上研制的，施工作业时要打开支撑架；再比如说步履式底盘，这种底盘稳定性很好，但是运输过程中过于麻烦，注意事项多，耽误时间。目前我们最常见的是履带式专用底盘，它设计合理、外观漂亮、但造价较高[7]。
（2）钻杆和钻具
钻杆也是旋挖钻机的一个关键部件之一。旋挖钻机在钻孔作业时，会遇到不同的地质情况。地质层的硬度从硬到软排列如下：基岩层、微风化岩层、中风化岩层、强风化岩层、全风化岩层、卵/漂石层、泥土砂层、淤泥层。常用的有三种钻杆：磨阻式、机锁式和组合式。它们是根据不同的施工点地层设计出来的，磨阻式钻杆在软土层（淤泥层、泥土砂层、卵/漂石层）钻进时，施工效率较高。它一般制成5节，前四节杆每节长13m，钻孔深度可以达到60m;相比较磨阻式钻杆，机锁式钻杆不但可以适用于软地层，也可适用于硬地层。机锁式钻杆可以钻进淤泥、粘土、砂土等软地层和强风化岩层、全风化岩层等硬地层。机锁式钻杆一般制成4节。前三节杆每节长13m，可钻进50m深的孔；组合式钻杆，是最近几年设计出来的机锁式钻杆和磨阻式钻杆组合在一起的新型钻杆，兼具有它们两者的优点，。这种钻杆适合于在上硬下软的地层完成施工作业，适合于在上硬下软的地层钻进作业。
所以说，具体使用哪一种钻杆进行钻孔作业要充分考虑到施工地点的地层状况，这样不仅节约时间，而且能够降低钻具的磨损，节约施工成本。
（3）动力头
常见的动力头传动方式有液压式、电机式和发动机直接传动几种。他们都能加紧钻杆低速钻进，反向转动提升钻杆完成卸土。目前，在高层建筑施工现场，我们见到的旋挖钻机动力头多数采用液压式驱动。动力头传递给钻杆的转速和扭矩可以选择不同的功率。根据不同的地质情况，选择相应的功率。电机式传动依靠恒功率电机提供下压力和转矩，这种传动方式传递的力矩大，加载能力强。液压技术优点众多，20世纪80年代中期，液压传动技术有了显著地发展，旋挖钻机上的动力头也开始采用液压驱动[9][10]。
（4）数字控制技术
20世纪90年代，智能技术逐渐普及。毫无例外，旋挖钻机上也开始采用智能化控制技术。现在，国外研发的旋挖钻机具备电机和泵的数字控制技术，它能够为液压泵提供最佳输出范围，使液压值与钻机上的电机功率相匹配，最大效率的发挥硬件设备的效能。负载较小时，智能化数字控制技术能够自动调节发动机的转速，降低噪声、减少油耗。我们知道，钻杆在钻进时，我们不能简单地把它看做是刚体，动力头提供给钻杆很大载荷的下压力，钻头下是坚硬的岩层，钻杆会发生弯曲，从而，打出来的孔就会是倾斜的，这不是我们所希望见到的。而智能化控制系统就能帮我们解决这个问题，钻机上的桅杆调节系统可以自动调整钻杆的工作角度，保证孔的垂直度。另外旋挖钻机上还配备了开机自动检查和GPS定位等智能化功能。