旋挖鑽機發展現狀與結構特點分析

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旋挖鑽機發展現狀與結構特點分析簡介
       document.write('旋挖鑽機是一種適合建築基礎工程中成孔作業的施工機械。主要適於砂土、粘性土、粉質土等土層施工,在灌注樁……
旋挖鑽機發展現狀與結構特點分析正文
  document.write('旋挖鑽機是一種適合建築基礎工程中成孔作業的施工機械。主要適於砂土、粘性土、粉質土等土層施工,在灌注樁、連續牆、基礎加固等多種地基基礎施工中得到廣泛應用,旋挖鑽機的額定功率一般為125~450kW,動力輸出扭矩為120~400kN·m,最大成孔直徑可達1.5~4m,最大成孔深度為60~90m,可以滿足各類大型基礎施工的要求。該類鑽機一般採用液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可摺疊鑽桅、伸縮式鑽桿、帶有垂直度自動檢測調整、孔深數碼顯示等,整機操縱一般採用液壓先導控制、負荷感測,具有操作輕便、舒適等特點。主、副兩個卷揚可適用於工地多種情況的需要。該類鑽機配合不同鑽具,適用於乾式(短螺旋)或濕式(迴轉斗)及岩層(岩心鑽)的成孔作業,還可配掛長螺旋鑽、地下連續牆抓鬥、振動樁錘等,實現多種功能,主要用於市政建設、公路橋樑、工業和民用建築、地下連續牆、水利、防滲護坡等基礎施工。國內的專家認為:旋挖鑽機在國內今後幾年仍有很大的市場。故對旋挖鑽機現狀與結構特點分析有著十分重要的意義!

1旋挖鑽機的三種類型

選擇旋挖鑽機的原則應該是能滿足用戶目前的主要工程需求,兼顧今後可能發生的工程需求。旋挖鑽機根據其主要工作參數:扭矩、發動機功率、鑽孔直徑、鑽孔深度及鑽機整機質量可以分為三種類型:

1.1小型機

扭矩100kN·m。發動機功率170kW,鑽孔直徑0.5~1m,鑽孔深度40m左右,鑽機整機質量40t左右。小型機的應用市場定位:

(1)各種樓座的護坡樁;

(2)樓的部分承重結構樁;

(3)城市改造市政項目的各種小於1m的樁;

(4)適用於其他用途的樁。小型機的市場工作量覆蓋比例達到30%以上。

1.2中型機

扭矩180kN·m,發動機功率200kW,鑽孔直徑0.8~1.8m,鑽孔深度60m左右,鑽機整機質量65t左右。中型機的應用市場定位:

(1)各種高速公路、鐵路等交通設施橋樑的橋樁;

(2)大型建築、港口碼頭承重結構樁;

(3)城市內高架橋橋樁;

(4)其他適用樁。中型機的市場工作量覆蓋比例達到90%以上。

1.3大型機

扭矩240kN·m,發動機功率300kW,鑽孔直徑1~2.5m,鑽孔深度80m。鑽機整機質量100t以上。大型機的應用市場定位:

(1)各種高速公路、鐵路橋樑的特大橋樁;

(2)其他大型建築的特殊結構承重基礎樁。大型機的市場工作量覆蓋比例達到10%以上。

2 旋挖鑽機的發展

2.1國內產品發展現狀

旋挖鑽機在二戰以前首先在美國卡爾維爾特公司問世,二戰之後在歐洲得到發展,1948年義大利邁特公司首先開始研製,接著義大利、德國開始發展,到了70~80年代在日本得到快速發展,當時日本稱之為迴轉鬥成樁,也叫阿司特利工法(EarthDriII),在德國、日本這類工法相當普遍。我國在80年代初從日本引進過工作裝置,配裝在KH-125型履帶起重機上。1984年,天津探礦機械廠引進美國RDI公司的旋挖鑽機並進行消化吸收。1987年在北京展覽館首次展出了義大利土力公司(SOILMEC)產品,1988年北京城建機械廠根據土力公司的樣機開發了1.5m直徑的履帶起重機附著式旋挖鑽機。

1994年鄭州勘察機械廠引進英國BSP公司附著式旋挖鑽孔機的生產技術,但都沒有形成批量生產。1992年寶峨公司在中國北京設立了代表處,開始了對華業務.並於1995年在天津成立了獨資子公司寶峨天津機械工程有限公司,組裝適合中國市場的寶峨BG20型旋挖鑽機。

1998年在上海又成立了中德合資上海寶峨金泰工程機械股份有限公司,生產組裝BG15型、BG24型旋挖鑽機。1998年,徐工集團開始自主開發研製RD18旋挖鑽機,於99年試製成功並投入批量生產,最近幾年我國旋挖鑽機取得了快速發展。後來,北京經緯巨力、三一重機等也紛紛涉足旋挖鑽機的生產,目前國內外生產旋挖鑽孔機廠商有近二十家。

2.2國內主要生產產品的技術現狀分析

徐工科技:徐工科技主要產品有RD15、RD18/RD20、RD22三種旋挖鑽機,是國內較早專業生產大口徑液壓旋挖鑽機的廠家。

該系列鑽機是在廣泛吸收國外同類產品先進技術的基礎上設計開發的高新技術產品,主要性能指標達到了當代國際同類產品的先進水平,液壓等關鍵零部件採用國際化配套,保證整機的可靠性。整機採用液壓伸縮式履帶底盤,自行起落摺疊式鑽桅、伸縮式自鎖鑽桿,採用國際先進的PLC智能控制技術,CAN匯流排控制系統,具有鑽孔定位自動對正、鑽桅垂直度自動控制、孔深自動檢測顯示、鑽孔速度扭矩自適應系統、故障診斷等多種智能化功能。採用彩色屏翻屏顯示,優化了界面,方便人工操作,控制器、感測器等主要電氣元件採用進口件,提高了產品可靠性。採用液壓先導控制,操作方便舒適。該系列鑽機採用進口CUMMINS系列發動機,RD22還採用了電噴發動機,最大扭矩250kN·m,最大成孔直徑2500mm,具有充足的功率儲備,完全可以滿足在我國高原地區的施工。徐工鑽機目前主要採用進口鑽桿,整機具有主副卷揚防過卷安全保護、變幅安全限位、駕駛室內先導控制切斷等可靠的安全保護裝置。操縱室視野開闊,裝有冷暖空調並最大限度的滿足操作人員的舒適要求,整機外型美觀大方,主要結構件採用高強度低合金結構鋼焊接而成,機械強度高,剛度大,工作安全可靠。

北京經緯巨力工程機械有限公司:北京經緯巨力工程機械有限公司是香港中國基礎工程有限公司(CFC)100%投資控股企業,生產的產品主要有ZY120、ZY160、ZY200三種機型,其產品主要元件採用進口件,包括鑽桿在內的結構件均為自製件,功能及技術性能與國內外同類產品相似,動力頭採用雙速減速機及單級平行軸齒輪減速增扭,所選發動機功率較大,可在高原等惡劣條件下作業。

河北石家莊煤礦機械公司:河北石家莊煤礦機械公司最新推出的XZ-20旋挖鑽孔機是該公司在引進芬蘭永騰公司技術的基礎上,採用技貿結合的方式生產的新產品。該機動力頭、鑽桿等均從進口永騰公司進口,製造成本較高,因此售價大大高於國內同類產品機型,市場競爭力有待提高。

內蒙古北方重型汽車股份有限公司:內蒙古北方重型汽車股份有限公司經過縝密的市場調研,與吉林大學聯合研製了ZY-200型旋挖鑽機,ZY-200型旋挖鑽機底盤選用卡特彼勒公司履帶底盤,發動機選用美國康明斯發動機,可以旋挖直徑2m,深60m的樁孔,是一種技術密集、資金密集的高新技術產品。

天津寶峨公司:天津寶峨公司是德國寶峨公司設在天津的一家獨資企業,主要組裝寶峨BG系列旋挖鑽機和連續牆施工設備,並提供在中國所有寶峨公司產品的售後服務。主要機型為BG20旋挖鑽機,該機最大的特點是動力頭為雙級扭矩輸出,當小扭矩輸出時,最大鑽進速度可達到60r/min,大大提高了施工效率,該機可配5種自鎖式或摩擦式6鍵鑽桿,長度從30~58m,發動機額定功率為145kW,耗油量小,主要適於在平原施工。

三一重機:三一重機主要產品是SR220C機型,最大扭矩220kN·m,最大成孔直徑2000mm。SYR220旋挖鑽機選用了CATERPILLAR330C底盤、C-9電噴發動機、內藏式液壓可伸縮履帶結構,寬履帶提供較低的接地比壓,提高施工時整機穩定性和適應性,且便於施工和運輸。SYR220旋挖鑽機電子控制系統主要由發動機和泵電子控制系統、桅杆垂直度自動調平系統、PLC功能控制系統等部分組成。卡特彼勒C-9電噴柴油發動機,是目前國際上最先進的動力裝置,發動機和泵電子控制系統可以控制主泵的輸出流量,發動機和泵控制器會根據發動機轉速和轉速旋鈕位置向控制主泵輸出的比例電磁鐵發出電信號,指導主泵最佳輸出,讓液壓負載與發動機轉速相配,從而利用發動機的最大可用功率,發動機轉速自動控制(AEC)在負荷較小或無負荷時,系統自動降低發動機轉速,減少油耗。該發動機噪音低,振動小,廢氣排放量小,環保高效,性能穩定可靠。桅杆垂直度自動調平系統,能對桅杆進行實時監控,可實現手動和自動切換,在一定的角度範圍內,自動調整角度,保證施工中樁孔的垂直度要求,提高施工質量。PLC功能控制系統還可實現鑽孔深度監測調整,迴轉自動定位,功能模式切換,工作裝置自動限位等功能。液壓系統是鑽機的能源轉換系統和鑽機各職能部件的控制系統。發動機發出的動力,通過液壓系統,將其轉換為推動鑽機各職能部件運動的驅動力,並對各職能部件的運動規律進行有效的控制。液壓系統關鍵部分沿用卡特彼勒液壓系統主控迴路、先導控制迴路,其精髓在於使用了先進的負載反饋技術,可使流量按需分配到系統各個工作裝置,實現不同工況下的最佳匹配。先導控制使操作更加靈活、安全、舒適、精確。系統獨立散熱。泵、馬達、閥、油管及管接頭全採用進口產品,確保系統的高可靠性。SYR220旋挖鑽機司機室大面積成型玻璃寬敞明亮,內設大功率綠色冷暖風空調,擁有可調式豪華減振司機座椅,使司機人員有一個舒心的工作環境;輕巧靈活的人性化設計的操縱手柄分立兩旁;正面觸摸屏和右側的監控器顯示系統狀態參數,還提供非正常狀態報警項目和故障確認消除等一目了然;儀錶台上的壓力表還可為操作司機提供更為直觀的工作狀態;整機啟動前還具備預先自動檢測功能。

SYR220旋挖鑽機桅杆採用大箱形截面,為動力頭和鑽桿提供導向作用,具有良好的剛性和穩定性,抗衝擊、耐振動,無需拆卸的可摺疊式結構能減少整機長度和高度,便於運輸。採用流行的平行四邊形結構,通過其上油缸的作用,可以使桅杆遠離機體或靠近機體,改變桅杆的角度,以調節桅杆的工作幅度或運輸狀態桅杆的高度,以及桅杆相對地面的角度,使其動作機動靈活,施工效率高。動力頭採用雙變數液壓馬達驅動小齒輪,由小齒輪嚙合大齒輪帶動鍵套與鑽桿配套,可根據不同的地質條件自動無級改變旋轉速度和輸出扭矩,高品質雙速減速機還可實現高速甩土功能,動力頭有獨立的潤滑、冷卻和換速液壓系統,確保動力頭能可靠高效地工作。SYR220旋挖鑽機還可配套長、短螺旋鑽具、普通鑽斗、撈沙鑽斗、筒式岩石鑽頭等鑽具以適應粘土層、沙礫層、卵石層和中風化泥岩不同的施工要求。

宇通重工:宇通重工新推出機型是YTR230,該機型配置基本和三一重工的SR220C相同,主參數也基本相同,這是該公司首次涉足旋挖鑽機領域,技術上有待進一步完善。山河智能公司的SWDM-20鑽機和徐州東明公司的TRM200鑽機均採用自製底盤國產化鑽桿,動力頭為國內同一家公司生產,技術水平相差無幾。

中聯:中聯ZR200旋挖鑽機技術特點是採用了卡特彼勒330C專用可拓展履帶底盤,C-9增壓、中冷、電控發動機,內藏式液壓可伸縮履帶結構。發動機和泵自動控制系統能最大限度地提高燃油效率,電子控制模塊(ECM)彙集所有發動機燃油、空氣、冷卻液和排氣系統的感測器,存儲並傳遞如轉速、油耗及故障診斷等狀態信息,能自動地與不同的施工環境相匹配,即使在極端條件下也能穩定地輸出最大扭矩,防止發動機熄火。冷卻系統能保證機器在-20℃~40℃外部環境溫度下安全運轉。CAT330C駕駛室,能有效地阻隔噪音,駕駛室和操縱台的設計符合人機工程學,駕駛員可輕鬆觸到駕駛室內所有的開關、錶盤和操縱手柄。自動控制的空調能自動調節室溫和空氣流量。滑移式遮陽板保護駕駛員免受陽光直射。電子控制系統為PLC功能控制系統和桅杆垂直度自動調平系統。PLC功能控制系統在基於嵌入式真彩LCD顯示屏的基礎上,應用CANBUS技術和虛擬儀錶技術,配合獨特的感測器,來實現鑽機的精確控制。在作業中能動態顯示各控制元件的狀態:鑽進過程孔深自動記錄,數字和動畫雙顯示;上車迴轉數字和圖形雙引導,快速自動找回;邏輯功能模塊可防止駕駛員誤操作,且具有功能模式切換、整機運行狀態監控、工作裝置自動限位等。桅杆垂直度自動調平系統,能對桅杆進行實時監控,可實現手動和自動的切換,在一定的角度內可自動調整桅杆的垂直度,保證施工中樁孔的垂直度要求,提高施工質量。液壓系統採用先導操縱的主、副雙回系統。各部件的運動速度可以通過控制手柄位移的大小來控制。主泵系統採用分功率、負控制,且與發動機泵電子控制系統相連,使機器在各檔油門位置都能實現發動機轉速的自動控制。副迴路採用了負荷感測技術。獨特的動力頭潤滑系統保證機器可靠運行。雙液壓馬達變數驅動的動力頭,可根據地質條件的不同自動地無級改變動力頭的轉速和扭矩,雙速減速機通過動力換檔可實現高速甩土功能。鑽機為伸縮式鑽桿,鑽桿的下端裝有彈簧減振器。有兩種型號可供用戶選擇,且兩種鑽桿可互換。一種為摩阻式(5X13m)五節鑽桿,有效鑽深為60m;另一種為內鎖式(4X13m),有效深度為48m。可配800~2000mm不同規格和各種用途的鑽具,如長、短螺旋鑽具、普通鑽斗、撈沙鑽斗、筒式岩石鑽頭等以滿足不同施工要求。

2.3國外目前旋挖鑽機

國外目前旋挖鑽機的在國內的公司主要有:德國寶峨公司,其產品系列為BG12~BG25;義大利土力公司,其產品為R412~R618;MAIT公司的HR130~HR240;IMT公司的AF6~AF50;CMV公司的TH12~TH25等。國外產品最大扭矩可達360kN·m,發動機功率達448kW,鑽孔直徑4m,鑽深90餘米等,品牌主要集中於土力、寶峨、意馬、麥特、卡薩格蘭第、巨力、日本產小扭矩旋挖鑽機。國外產品最大扭矩可達360kN·m,發動機功率達448kW,鑽孔直徑4m,鑽深90餘米。目前國外的旋挖鑽機一般都設有搖管裝置、由兩個或三個液壓馬達驅動的大扭矩動力頭(可配套管連結器)、液壓系統採用恆功率變數自動控制、自鎖互扣鑽桿、先進的監控儀錶(如發動機和液壓系統自動監測和報警系統、鑽孔深度顯示、鑽桅自動測斜糾偏裝置),同時配有各種保險裝置(如防止帶負載起動,卷揚機超高限位等),但各家公司的旋挖鑽機都有自己的技術特點。分析如下:在中國的國外旋挖鑽機製造廠的產品見表1。

德國寶峨公司產品系列為BG12~BG25;在天津設有一家獨資企業,寶峨公司鑽機的立柱調整採用大三角形支撐結構,這一設計可以加大變幅油缸安裝距,增大鑽桅的穩定性。但它也使轉檯的設計變得複雜,且升高了運輸時的整車高度。國外車型中也僅有Bauer公司一家使用此結構。另一個特點是主副卷揚都安裝在鑽桅上,節省了迴轉平台上的安裝空間,便於轉檯的布置。這一結構使其整機外形較小,特別是迴轉平台與底盤顯得小,外觀上顯得前重后輕,有一種不安全的感覺。但多年的使用經驗證明此結構是可靠的,較小的機重有利於降低成本。動力頭可根據負荷自動調節迴轉速度,具有彈簧、液壓兩級減振以及大型鑽機為達到套管設置深度的要求而增設的變矩器。

MAIT公司目前已開發定型的大口徑系列旋挖鑽機中,EBl2,HR45,HRl00,HRll0為單一鑽機功能設計。HRl30;HRl30/60;HRl80;HR260;HR300-570;HR240-800均為多功能設計:即該系列鑽機在具有鑽孔樁的功能外,通過更換不同的工作裝置,還同時具有長螺旋(CFA),地連牆,預製樁,切割樁,全套管等施工的性能。在最近幾年研製的中、小口徑系列旋挖鑽機:BABYDRILL,MINIDRILL,MIDIDRILL主要適合於城市建築物內部及鐵道、交通等一些狹窄地段施工,直徑為250~800mm樁徑,該系列鑽機也具有多功能性能,配置不同的工作裝置,可進行80m鑽深微型樁孔、斜孔、高壓旋噴等施工。在MAIT公司系列旋挖鑽機中,集國外鑽機最大輸出扭矩與最小機型為一身,機型HR240-800鑽機,最大鑽進扭矩為790kN·m,最大鑽徑3m,最大鑽深110m,最小機型BABYDRILL鑽機,最小鑽徑250mm。MAIT公司採用自行設計的多功能底盤,穩定性好,重量輕,可配預留裝置實現多功能,並具有上下車水平調整系統可進行傾斜調節,鑽機的立柱採用平行連桿加三角形支撐型式,液壓系統為多泵獨立迴路,動力頭配有套管鑽進增扭裝置,鑽機的摩擦鑽桿驅動鍵的寬度和厚度大,自鎖式鑽桿為短鍵嵌入式可保證快速加鎖和解鎖,而且鑽桿的材料採用專利配方,同時配有鑽桿支架,另外卷揚機容繩量大、單繩纏繞可達到繩速高、提升力恆定和減少磨損。除此以外,MAIT系列旋挖鑽機設置了功率及扭矩輸出分級系統,扭矩輸出有三擋:即大扭矩-低轉數;低扭矩-高轉數;中扭矩-中轉數,功率輸出:有高低兩擋,用戶可根據施工地質情況,設置不同的「扭矩-轉數」擋位和「功率」擋位,滿足各種類型地質條件快速施工的需要,達到高效節能的目的。

意馬公司採用卡特彼勒履帶底盤,鑽桿配有導向滑輪架以防止鑽孔偏斜,動力頭裝有油浴式潤滑、冷卻系統和清洗泵,液壓系統主油路採用雙路傳遞功率設計,整機液壓系統為先導負反饋恆功率變數自動控制系統,主卷揚機具有鑽桿觸地自停和動力頭隨動裝置以防止亂繩和損壞鋼絲繩。

NCB公司的鑽機配自製底盤,動力頭採用恆功率控制和多功率傳遞的設計,整機液壓系統為先導負反饋恆功率變數自動控制,自鎖式鑽桿壁較厚,加焊有凹凸導向條以增加剛性和減少撓性變形,動力頭有減振裝量和清洗泵,卷揚機具有過載保護和限位保護裝置,另外,在長螺旋鑽孔施工時,由電腦控制混凝上灌入量。

CMV公司的鑽機為了能在保證穩定性和垂直度的情況下改變工作半徑以及穿越空中障礙物,採用平行連桿機構加三角形支撐型式,動力頭可按土層自動調整扭矩和轉速。

義大利IMT公司是國際最著名的基礎工程設備製造商之一,也是較早進入中國市場的廠家之一,其生產的AF系列旋挖鑽機扭矩從6.3~500kN·m,成孔直徑從1.2~3m,鑽孔深度從32~90m,品種有十餘種之多。最近展會上IMT公司參展的展品是AF180C旋挖鑽機,最大扭矩205kN·m,最大鑽深58m,最大樁徑1800mm,該機採用美國卡特彼勒專用底盤及發動機,採用全電腦監控並設報警裝置,各種數據直接顯示在駕駛員面前,易於觀察監控。底盤為內藏式液壓可伸縮底盤,提高了施工時整機穩定性並有利於運輸。採用獨特的多牙嵌式內鎖互扣式伸縮鑽桿,可在鑽孔過程中隨時加壓,無需上下移動尋找加壓點,但該鑽桿脫扣不如大牙嵌容易,在一定程度上影響施工效率。該機大扭矩液壓動力頭有多擋無級鑽進以適應不同的地質要求。主卷揚具有鑽桿觸地自停和隨動裝置,在鑽頭觸底時,主卷揚即停止,防止鋼絲繩過度放鬆而亂繩,鑽桿的隨動裝置可使鑽桿與動力頭保持同步。

BAUER公司也是國際最著名的專業基礎工程承包商及設備製造商之一,產品涵蓋了基礎施工所需的各種設備,旋挖鑽機、地連牆液壓抓鬥、地連牆雙輪銑槽機等產品均處於全球領先地位。國內進口BAUER公司的旋挖鑽機較多,且BAUER公司早已在天津成立全資公司組裝BG20型旋挖鑽機,與上海金泰股份有限公司合作生產BG15型旋挖鑽孔機等。

目前國外該類產品技術已趨成熟,比較著名的有德國BAUER公司,利勃海爾公司,義大利MAIT公司、土力公司、CMV公司等,目前從國外產品技術上看,有如下技術特點:整機採用鑽孔深度、垂直度自動檢測及控制;熒屏實時顯示;鑽孔定位技術;液壓履帶式伸縮底盤,保證了整機穩定性及良好的機動性能;自行起落可摺疊式鑽桅;大扭矩多節伸縮式鑽桿,可匹配多種鑽具,以適應不同作業需求;雙速自適應動力頭,既可進行鑽孔,又能安放套管;採用了主、副卷揚的高度限位,動臂幅度限位及駕駛室內液控開關等安全保護裝置;應用人機工程原理設計了新型操縱室,布置了冷暖空調,提高了操作舒適性等。'); 旋挖鑽機是一種適合建築基礎工程中成孔作業的施工機械。主要適於砂土、粘性土、粉質土等土層施工,在灌注樁、連續牆、基礎加固等多種地基基礎施工中得到廣泛應用,旋挖鑽機的額定功率一般為125~450kW,動力輸出扭矩為120~400kN·m,最大成孔直徑可達1.5~4m,最大成孔深度為 60~90m,可以滿足各類大型基礎施工的要求。該類鑽機一般採用液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可摺疊鑽桅、伸縮式鑽桿、帶有垂直度自動檢測調整、孔深數碼顯示等,整機操縱一般採用液壓先導控制、負荷感測,具有操作輕便、舒適等特點。主、副兩個卷揚可適用於工地多種情況的需要。該類鑽機配合不同鑽具,適用於乾式(短螺旋)或濕式(迴轉斗)及岩層(岩心鑽)的成孔作業,還可配掛長螺旋鑽、地下連續牆抓鬥、振動樁錘等,實現多種功能,主要用於市政建設、公路橋樑、工業和民用建築、地下連續牆、水利、防滲護坡等基礎施工。國內的專家認為:旋挖鑽機在國內今後幾年仍有很大的市場。故對旋挖鑽機現狀與結構特點分析有著十分重要的意義!

1旋挖鑽機的三種類型

選擇旋挖鑽機的原則應該是能滿足用戶目前的主要工程需求,兼顧今後可能發生的工程需求。旋挖鑽機根據其主要工作參數:扭矩、發動機功率、鑽孔直徑、鑽孔深度及鑽機整機質量可以分為三種類型:

1.1小型機

扭矩100kN·m。發動機功率170kW,鑽孔直徑0.5~1m,鑽孔深度40m左右,鑽機整機質量40t左右。小型機的應用市場定位:

(1)各種樓座的護坡樁;

(2)樓的部分承重結構樁;

(3)城市改造市政項目的各種小於1m的樁;

(4)適用於其他用途的樁。小型機的市場工作量覆蓋比例達到30%以上。

1.2中型機

扭矩180kN·m,發動機功率200kW,鑽孔直徑0.8~1.8m,鑽孔深度60m左右,鑽機整機質量65t左右。中型機的應用市場定位:

(1)各種高速公路、鐵路等交通設施橋樑的橋樁;

(2)大型建築、港口碼頭承重結構樁;

(3)城市內高架橋橋樁;

(4)其他適用樁。中型機的市場工作量覆蓋比例達到90%以上。

1.3大型機

扭矩240kN·m,發動機功率300kW,鑽孔直徑1~2.5m,鑽孔深度80m。鑽機整機質量100t以上。大型機的應用市場定位:

(1)各種高速公路、鐵路橋樑的特大橋樁;

(2)其他大型建築的特殊結構承重基礎樁。大型機的市場工作量覆蓋比例達到10%以上。

2 旋挖鑽機的發展

2.1國內產品發展現狀

旋挖鑽機在二戰以前首先在美國卡爾維爾特公司問世,二戰之後在歐洲得到發展,1948年義大利邁特公司首先開始研製,接著義大利、德國開始發展,到了 70~80年代在日本得到快速發展,當時日本稱之為迴轉鬥成樁,也叫阿司特利工法(EarthDriII),在德國、日本這類工法相當普遍。我國在80年代初從日本引進過工作裝置,配裝在KH-125型履帶起重機上。1984年,天津探礦機械廠引進美國RDI公司的旋挖鑽機並進行消化吸收。1987年在北京展覽館首次展出了義大利土力公司(SOILMEC)產品,1988年北京城建機械廠根據土力公司的樣機開發了1.5m直徑的履帶起重機附著式旋挖鑽機。

1994年鄭州勘察機械廠引進英國BSP公司附著式旋挖鑽孔機的生產技術,但都沒有形成批量生產。1992年寶峨公司在中國北京設立了代表處,開始了對華業務.並於1995年在天津成立了獨資子公司寶峨天津機械工程有限公司,組裝適合中國市場的寶峨BG20型旋挖鑽機。

1998年在上海又成立了中德合資上海寶峨金泰工程機械股份有限公司,生產組裝BG15型、BG24型旋挖鑽機。1998年,徐工集團開始自主開發研製 RD18旋挖鑽機,於99年試製成功並投入批量生產,最近幾年我國旋挖鑽機取得了快速發展。後來,北京經緯巨力、三一重機等也紛紛涉足旋挖鑽機的生產,目前國內外生產旋挖鑽孔機廠商有近二十家。

2.2國內主要生產產品的技術現狀分析

徐工科技:徐工科技主要產品有RD15、RD18/RD20、RD22三種旋挖鑽機,是國內較早專業生產大口徑液壓旋挖鑽機的廠家。

該系列鑽機是在廣泛吸收國外同類產品先進技術的基礎上設計開發的高新技術產品,主要性能指標達到了當代國際同類產品的先進水平,液壓等關鍵零部件採用國際化配套,保證整機的可靠性。整機採用液壓伸縮式履帶底盤,自行起落摺疊式鑽桅、伸縮式自鎖鑽桿,採用國際先進的PLC智能控制技術,CAN匯流排控制系統,具有鑽孔定位自動對正、鑽桅垂直度自動控制、孔深自動檢測顯示、鑽孔速度扭矩自適應系統、故障診斷等多種智能化功能。採用彩色屏翻屏顯示,優化了界面,方便人工操作,控制器、感測器等主要電氣元件採用進口件,提高了產品可靠性。採用液壓先導控制,操作方便舒適。該系列鑽機採用進口CUMMINS系列發動機,RD22還採用了電噴發動機,最大扭矩250kN·m,最大成孔直徑2500mm,具有充足的功率儲備,完全可以滿足在我國高原地區的施工。徐工鑽機目前主要採用進口鑽桿,整機具有主副卷揚防過卷安全保護、變幅安全限位、駕駛室內先導控制切斷等可靠的安全保護裝置。操縱室視野開闊,裝有冷暖空調並最大限度的滿足操作人員的舒適要求,整機外型美觀大方,主要結構件採用高強度低合金結構鋼焊接而成,機械強度高,剛度大,工作安全可靠。

北京經緯巨力工程機械有限公司:北京經緯巨力工程機械有限公司是香港中國基礎工程有限公司(CFC)100%投資控股企業,生產的產品主要有ZY120、 ZY160、ZY200三種機型,其產品主要元件採用進口件,包括鑽桿在內的結構件均為自製件,功能及技術性能與國內外同類產品相似,動力頭採用雙速減速機及單級平行軸齒輪減速增扭,所選發動機功率較大,可在高原等惡劣條件下作業。

河北石家莊煤礦機械公司:河北石家莊煤礦機械公司最新推出的XZ-20旋挖鑽孔機是該公司在引進芬蘭永騰公司技術的基礎上,採用技貿結合的方式生產的新產品。該機動力頭、鑽桿等均從進口永騰公司進口,製造成本較高,因此售價大大高於國內同類產品機型,市場競爭力有待提高。

內蒙古北方重型汽車股份有限公司:內蒙古北方重型汽車股份有限公司經過縝密的市場調研,與吉林大學聯合研製了ZY-200型旋挖鑽機,ZY-200型旋挖鑽機底盤選用卡特彼勒公司履帶底盤,發動機選用美國康明斯發動機,可以旋挖直徑2m,深60m的樁孔,是一種技術密集、資金密集的高新技術產品。

天津寶峨公司:天津寶峨公司是德國寶峨公司設在天津的一家獨資企業,主要組裝寶峨BG系列旋挖鑽機和連續牆施工設備,並提供在中國所有寶峨公司產品的售後服務。主要機型為BG20旋挖鑽機,該機最大的特點是動力頭為雙級扭矩輸出,當小扭矩輸出時,最大鑽進速度可達到60r/min,大大提高了施工效率,該機可配5種自鎖式或摩擦式6鍵鑽桿,長度從30~58m,發動機額定功率為145kW,耗油量小,主要適於在平原施工。

三一重機:三一重機主要產品是SR220C機型,最大扭矩220kN·m,最大成孔直徑2000mm。SYR220旋挖鑽機選用了CATERPILLAR330C底盤、C-9電噴發動機、內藏式液壓可伸縮履帶結構,寬履帶提供較低的接地比壓,提高施工時整機穩定性和適應性,且便於施工和運輸。SYR220旋挖鑽機電子控制系統主要由發動機和泵電子控制系統、桅杆垂直度自動調平系統、 PLC功能控制系統等部分組成。卡特彼勒C-9電噴柴油發動機,是目前國際上最先進的動力裝置,發動機和泵電子控制系統可以控制主泵的輸出流量,發動機和泵控制器會根據發動機轉速和轉速旋鈕位置向控制主泵輸出的比例電磁鐵發出電信號,指導主泵最佳輸出,讓液壓負載與發動機轉速相配,從而利用發動機的最大可用功率,發動機轉速自動控制(AEC)在負荷較小或無負荷時,系統自動降低發動機轉速,減少油耗。該發動機噪音低,振動小,廢氣排放量小,環保高效,性能穩定可靠。桅杆垂直度自動調平系統,能對桅杆進行實時監控,可實現手動和自動切換,在一定的角度範圍內,自動調整角度,保證施工中樁孔的垂直度要求,提高施工質量。PLC功能控制系統還可實現鑽孔深度監測調整,迴轉自動定位,功能模式切換,工作裝置自動限位等功能。液壓系統是鑽機的能源轉換系統和鑽機各職能部件的控制系統。發動機發出的動力,通過液壓系統,將其轉換為推動鑽機各職能部件運動的驅動力,並對各職能部件的運動規律進行有效的控制。液壓系統關鍵部分沿用卡特彼勒液壓系統主控迴路、先導控制迴路,其精髓在於使用了先進的負載反饋技術,可使流量按需分配到系統各個工作裝置,實現不同工況下的最佳匹配。先導控制使操作更加靈活、安全、舒適、精確。系統獨立散熱。泵、馬達、閥、油管及管接頭全採用進口產品,確保系統的高可靠性。SYR220旋挖鑽機司機室大面積成型玻璃寬敞明亮,內設大功率綠色冷暖風空調,擁有可調式豪華減振司機座椅,使司機人員有一個舒心的工作環境;輕巧靈活的人性化設計的操縱手柄分立兩旁;正面觸摸屏和右側的監控器顯示系統狀態參數,還提供非正常狀態報警項目和故障確認消除等一目了然;儀錶台上的壓力表還可為操作司機提供更為直觀的工作狀態;整機啟動前還具備預先自動檢測功能。

SYR220旋挖鑽機桅杆採用大箱形截面,為動力頭和鑽桿提供導向作用,具有良好的剛性和穩定性,抗衝擊、耐振動,無需拆卸的可摺疊式結構能減少整機長度和高度,便於運輸。採用流行的平行四邊形結構,通過其上油缸的作用,可以使桅杆遠離機體或靠近機體,改變桅杆的角度,以調節桅杆的工作幅度或運輸狀態桅杆的高度,以及桅杆相對地面的角度,使其動作機動靈活,施工效率高。動力頭採用雙變數液壓馬達驅動小齒輪,由小齒輪嚙合大齒輪帶動鍵套與鑽桿配套,可根據不同的地質條件自動無級改變旋轉速度和輸出扭矩,高品質雙速減速機還可實現高速甩土功能,動力頭有獨立的潤滑、冷卻和換速液壓系統,確保動力頭能可靠高效地工作。SYR220旋挖鑽機還可配套長、短螺旋鑽具、普通鑽斗、撈沙鑽斗、筒式岩石鑽頭等鑽具以適應粘土層、沙礫層、卵石層和中風化泥岩不同的施工要求。

宇通重工:宇通重工新推出機型是YTR230,該機型配置基本和三一重工的SR220C相同,主參數也基本相同,這是該公司首次涉足旋挖鑽機領域,技術上有待進一步完善。山河智能公司的SWDM-20鑽機和徐州東明公司的 TRM200鑽機均採用自製底盤國產化鑽桿,動力頭為國內同一家公司生產,技術水平相差無幾。

中聯:中聯ZR200旋挖鑽機技術特點是採用了卡特彼勒330C專用可拓展履帶底盤,C-9增壓、中冷、電控發動機,內藏式液壓可伸縮履帶結構。發動機和泵自動控制系統能最大限度地提高燃油效率,電子控制模塊(ECM)彙集所有發動機燃油、空氣、冷卻液和排氣系統的感測器,存儲並傳遞如轉速、油耗及故障診斷等狀態信息,能自動地與不同的施工環境相匹配,即使在極端條件下也能穩定地輸出最大扭矩,防止發動機熄火。冷卻系統能保證機器在-20℃~40℃外部環境溫度下安全運轉。CAT330C駕駛室,能有效地阻隔噪音,駕駛室和操縱台的設計符合人機工程學,駕駛員可輕鬆觸到駕駛室內所有的開關、錶盤和操縱手柄。自動控制的空調能自動調節室溫和空氣流量。滑移式遮陽板保護駕駛員免受陽光直射。電子控制系統為PLC功能控制系統和桅杆垂直度自動調平系統。PLC功能控制系統在基於嵌入式真彩LCD顯示屏的基礎上,應用CANBUS技術和虛擬儀錶技術,配合獨特的感測器,來實現鑽機的精確控制。在作業中能動態顯示各控制元件的狀態:鑽進過程孔深自動記錄,數字和動畫雙顯示;上車迴轉數字和圖形雙引導,快速自動找回;邏輯功能模塊可防止駕駛員誤操作,且具有功能模式切換、整機運行狀態監控、工作裝置自動限位等。桅杆垂直度自動調平系統,能對桅杆進行實時監控,可實現手動和自動的切換,在一定的角度內可自動調整桅杆的垂直度,保證施工中樁孔的垂直度要求,提高施工質量。液壓系統採用先導操縱的主、副雙回系統。各部件的運動速度可以通過控制手柄位移的大小來控制。主泵系統採用分功率、負控制,且與發動機泵電子控制系統相連,使機器在各檔油門位置都能實現發動機轉速的自動控制。副迴路採用了負荷感測技術。獨特的動力頭潤滑系統保證機器可靠運行。雙液壓馬達變數驅動的動力頭,可根據地質條件的不同自動地無級改變動力頭的轉速和扭矩,雙速減速機通過動力換檔可實現高速甩土功能。鑽機為伸縮式鑽桿,鑽桿的下端裝有彈簧減振器。有兩種型號可供用戶選擇,且兩種鑽桿可互換。一種為摩阻式(5X13m)五節鑽桿,有效鑽深為60m;另一種為內鎖式(4X13m),有效深度為 48m。可配800~2000mm不同規格和各種用途的鑽具,如長、短螺旋鑽具、普通鑽斗、撈沙鑽斗、筒式岩石鑽頭等以滿足不同施工要求。

2.3國外目前旋挖鑽機

國外目前旋挖鑽機的在國內的公司主要有:德國寶峨公司,其產品系列為BG12~BG25;義大利土力公司,其產品為R412~R618;MAIT公司的 HR130~HR240;IMT公司的AF6~AF50;CMV公司的TH12~TH25等。國外產品最大扭矩可達360kN·m,發動機功率達 448kW,鑽孔直徑4m,鑽深90餘米等,品牌主要集中於土力、寶峨、意馬、麥特、卡薩格蘭第、巨力、日本產小扭矩旋挖鑽機。國外產品最大扭矩可達 360kN·m,發動機功率達448kW,鑽孔直徑4m,鑽深90餘米。目前國外的旋挖鑽機一般都設有搖管裝置、由兩個或三個液壓馬達驅動的大扭矩動力頭(可配套管連結器)、液壓系統採用恆功率變數自動控制、自鎖互扣鑽桿、先進的監控儀錶(如發動機和液壓系統自動監測和報警系統、鑽孔深度顯示、鑽桅自動測斜糾偏裝置),同時配有各種保險裝置(如防止帶負載起動,卷揚機超高限位等),但各家公司的旋挖鑽機都有自己的技術特點。分析如下:在中國的國外旋挖鑽機製造廠的產品見表1。

德國寶峨公司產品系列為BG12~BG25;在天津設有一家獨資企業,寶峨公司鑽機的立柱調整採用大三角形支撐結構,這一設計可以加大變幅油缸安裝距,增大鑽桅的穩定性。但它也使轉檯的設計變得複雜,且升高了運輸時的整車高度。國外車型中也僅有Bauer公司一家使用此結構。另一個特點是主副卷揚都安裝在鑽桅上,節省了迴轉平台上的安裝空間,便於轉檯的布置。這一結構使其整機外形較小,特別是迴轉平台與底盤顯得小,外觀上顯得前重后輕,有一種不安全的感覺。但多年的使用經驗證明此結構是可靠的,較小的機重有利於降低成本。動力頭可根據負荷自動調節迴轉速度,具有彈簧、液壓兩級減振以及大型鑽機為達到套管設置深度的要求而增設的變矩器。

MAIT公司目前已開發定型的大口徑系列旋挖鑽機中,EBl2, HR45,HRl00,HRll0為單一鑽機功能設計。HRl30;HRl30/60;HRl80;HR260;HR300-570;HR240-800 均為多功能設計:即該系列鑽機在具有鑽孔樁的功能外,通過更換不同的工作裝置,還同時具有長螺旋(CFA),地連牆,預製樁,切割樁,全套管等施工的性能。在最近幾年研製的中、小口徑系列旋挖鑽機:BABYDRILL,MINIDRILL,MIDIDRILL主要適合於城市建築物內部及鐵道、交通等一些狹窄地段施工,直徑為250~800mm樁徑,該系列鑽機也具有多功能性能,配置不同的工作裝置,可進行80m鑽深微型樁孔、斜孔、高壓旋噴等施工。在 MAIT公司系列旋挖鑽機中,集國外鑽機最大輸出扭矩與最小機型為一身,機型HR240-800鑽機,最大鑽進扭矩為790kN·m,最大鑽徑3m,最大鑽深110m,最小機型BABYDRILL鑽機,最小鑽徑250mm。MAIT公司採用自行設計的多功能底盤,穩定性好,重量輕,可配預留裝置實現多功能,並具有上下車水平調整系統可進行傾斜調節,鑽機的立柱採用平行連桿加三角形支撐型式,液壓系統為多泵獨立迴路,動力頭配有套管鑽進增扭裝置,鑽機的摩擦鑽桿驅動鍵的寬度和厚度大,自鎖式鑽桿為短鍵嵌入式可保證快速加鎖和解鎖,而且鑽桿的材料採用專利配方,同時配有鑽桿支架,另外卷揚機容繩量大、單繩纏繞可達到繩速高、提升力恆定和減少磨損。除此以外,MAIT系列旋挖鑽機設置了功率及扭矩輸出分級系統,扭矩輸出有三擋:即大扭矩-低轉數;低扭矩-高轉數;中扭矩-中轉數,功率輸出:有高低兩擋,用戶可根據施工地質情況,設置不同的「扭矩-轉數」擋位和「功率」擋位,滿足各種類型地質條件快速施工的需要,達到高效節能的目的。

意馬公司採用卡特彼勒履帶底盤,鑽桿配有導向滑輪架以防止鑽孔偏斜,動力頭裝有油浴式潤滑、冷卻系統和清洗泵,液壓系統主油路採用雙路傳遞功率設計,整機液壓系統為先導負反饋恆功率變數自動控制系統,主卷揚機具有鑽桿觸地自停和動力頭隨動裝置以防止亂繩和損壞鋼絲繩。

NCB公司的鑽機配自製底盤,動力頭採用恆功率控制和多功率傳遞的設計,整機液壓系統為先導負反饋恆功率變數自動控制,自鎖式鑽桿壁較厚,加焊有凹凸導向條以增加剛性和減少撓性變形,動力頭有減振裝量和清洗泵,卷揚機具有過載保護和限位保護裝置,另外,在長螺旋鑽孔施工時,由電腦控制混凝上灌入量。

CMV公司的鑽機為了能在保證穩定性和垂直度的情況下改變工作半徑以及穿越空中障礙物,採用平行連桿機構加三角形支撐型式,動力頭可按土層自動調整扭矩和轉速。

義大利IMT公司是國際最著名的基礎工程設備製造商之一,也是較早進入中國市場的廠家之一,其生產的AF系列旋挖鑽機扭矩從6.3~500kN·m,成孔直徑從1.2~3m,鑽孔深度從32~90m,品種有十餘種之多。最近展會上IMT公司參展的展品是AF180C旋挖鑽機,最大扭矩205kN·m,最大鑽深58m,最大樁徑1800mm,該機採用美國卡特彼勒專用底盤及發動機,採用全電腦監控並設報警裝置,各種數據直接顯示在駕駛員面前,易於觀察監控。底盤為內藏式液壓可伸縮底盤,提高了施工時整機穩定性並有利於運輸。採用獨特的多牙嵌式內鎖互扣式伸縮鑽桿,可在鑽孔過程中隨時加壓,無需上下移動尋找加壓點,但該鑽桿脫扣不如大牙嵌容易,在一定程度上影響施工效率。該機大扭矩液壓動力頭有多擋無級鑽進以適應不同的地質要求。主卷揚具有鑽桿觸地自停和隨動裝置,在鑽頭觸底時,主卷揚即停止,防止鋼絲繩過度放鬆而亂繩,鑽桿的隨動裝置可使鑽桿與動力頭保持同步。

BAUER公司也是國際最著名的專業基礎工程承包商及設備製造商之一,產品涵蓋了基礎施工所需的各種設備,旋挖鑽機、地連牆液壓抓鬥、地連牆雙輪銑槽機等產品均處於全球領先地位。國內進口BAUER公司的旋挖鑽機較多,且BAUER公司早已在天津成立全資公司組裝BG20型旋挖鑽機,與上海金泰股份有限公司合作生產BG15型旋挖鑽孔機等。

目前國外該類產品技術已趨成熟,比較著名的有德國BAUER公司,利勃海爾公司,義大利MAIT公司、土力公司、CMV公司等,目前從國外產品技術上看,有如下技術特點:整機採用鑽孔深度、垂直度自動檢測及控制;熒屏實時顯示;鑽孔定位技術;液壓履帶式伸縮底盤,保證了整機穩定性及良好的機動性能;自行起落可摺疊式鑽桅;大扭矩多節伸縮式鑽桿,可匹配多種鑽具,以適應不同作業需求;雙速自適應動力頭,既可進行鑽孔,又能安放套管;採用了主、副卷揚的高度限位,動臂幅度限位及駕駛室內液控開關等安全保護裝置;應用人機工程原理設計了新型操縱室,布置了冷暖空調,提高了操作舒適性等。
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