长螺旋钻机全液压自动钻进系统分析

摘要：长螺旋钻机作为钻孔灌注施工机械的主要机种，在工程机械中属于比较理想的设备，长螺旋钻机具有很多有点，可以连续输土，成孔的质量很高同时效率高，并且没有泥浆污染。本文将从长螺旋钻机全液压自动钻进系统原理入手，对钻机钻进系统进行细致全面分析。

关键词：长螺旋钻机；全液压；自动钻进

1.长螺旋钻机及其施工方法

长螺旋钻机是为了弥补我国在大型、高层建筑的施工过程中设备缺失而引入开发的机械。进入21世纪以来，各类建筑逐渐趋于高层化和大型化，建筑过程中需要的机械设备也越来越先进、特殊，然而我国目前国产基础大型施工设施效率低下，并且容易造成环境污染。因此为了满足新型建筑要求，制造出适合我国基础设施施工的长螺旋全液压自动钻机以满足市场需求，是该类机械设备行业的重要任务。

长螺旋钻机钻进成孔法是桩基工程施工中常用的一种成孔方法，麻花钻钻进有着相同的钻进原理，都是在钻进过程中用钻具切削土壤，并通过钻具将土壤排除地面，这是长螺旋钻机常用的钻进工艺。长螺旋钻机由桩架和钻进系统两部分组成。桩架组成部分主要包括：立柱、起架装置、行走机构、斜撑、底盘、回转机构、液压系统以及电器系统组成。钻进系统主要由动力头、钻具、固定支架、卷扬机构、滑动直接以及操纵控制系统组成。

2.长螺旋钻机钻进全液压自动钻进系统概述

2.1.钻进系统工作原理

长螺旋钻机采用全液压钻进系统与电气装置相比在相同的设备体积小能产生更大的动力，在相同的功率下，液压装置体积小、重量相比较轻，结构较为紧凑；液压装置能够实现快速启动，工作平稳，能够实现快速制动和随意频繁转向；液压钻进系统在很大的工作范围内能实现无级调速；能够实现过载保护和制动化。在长螺旋钻机上液压系统的有点得到充分的发挥。

长螺旋钻机在工作过程中，动力头液压装置输出转速，转速通过减速装置达到控制钻具的旋转速度和输出扭矩的作用，钻具深入土层的下方速度靠卷扬液压装置控制。通常情况下，长螺旋钻具具有一个固定的旋转速度，而钻具深入土层的下方速度可以通过人为调节进行修正，通过旋转速度和下放速度的共同作用长螺旋钻机才能够完成钻孔过程。钻头和钻杆组成了长螺旋钻机的钻具，钻杆和钻头上分别附有连续螺旋叶片和切削刀具。通过动力头和卷扬机的控制，钻具在土层里回转前进，被钻头的刀具切削下来的土壤随着钻杆上的螺旋叶片上升，最终排出地面，此时钻进深度不断增大，直到钻进过程结束。

长螺旋钻机的钻具由钻头和钻杆组成，钻头负责切土，钻杆负责传递扭矩以及排土。在现代工艺中，长螺旋钻机的钻杆在中心部位一般选择无缝钢管，其周围采用焊接技术将螺旋叶片进行连接。螺旋叶片间螺距以及厚度要根据具体施工情况和钻杆的直径等因素做决定。在长螺旋钻机进行钻孔过程中，钻孔速度主要由输土的效率决定，输土效率越高，钻孔速度越大，如果在进行钻孔过程中输土不及时，那么切削下来的土壤会在孔内形成堵塞，减缓钻孔速度。因此在钻孔时应注意，在以同一速度进行钻孔一段时间后，要把钻具向上提一提，目的在于使堵塞的土壤松动并及时排出。

全液压自动控制钻机系统的动力头由液压驱动，替换了长期采用电机驱动的方式。液压驱动相比电机更加灵活，调速极为方便。在对浅土层或易钻土层进行钻孔时，能够轻松实现小扭矩高转速工作，当钻到土层深处时可改变为低转速大扭矩工作，大大减少了工作时间提高了效率。并且采用液压驱动动力头质量较轻，经过初步估算，液压驱动动力头可比电机驱动动力头轻1.5吨。长螺旋钻机的动力头悬挂在约30米的高空，动力头质量的减轻可以降低钻机的重心，提高稳定性。

2.2.钻进系统现状

采用全液压自动钻进系统的长螺旋钻机是钻孔灌注的主要施工设备，其效率高、污染小，在各种成孔灌桩工程中具有很大的发展潜力。长螺旋钻机最早诞生于美国，而后被苏联和德国引进使用。使长螺旋钻机全液压自动钻进系统有了广泛发展的是日本，日本在19世纪50年代引进长螺旋钻机后对其进行了详细研究，并大力推广该技术。我国引进长螺旋钻机比日本晚20年，但是引进以后发展却十分缓慢，直到近几年才开始得到广泛使用，这主要是由我国整体行业的大环境所致。这主要由两个方面的原因：第一，我国人民的环保意识在逐渐增强，以前污染严重的机械逐渐被淘汰，开始使用长螺旋钻机无污染的机器设备；第二，CFG桩基础施工方法在国内的大力推广是促使长螺旋钻机在我国迅速发展的直接原因。当前我国长螺旋钻机的钻机系统主要靠司钻人员的个人经验进行手工操作，一旦遇到不熟练的新手对钻进系统进行操作那么进钻质量将非常差，严重时还会憋钻导致电器系统出现问题直至烧毁电机。而目前少数采用液压钻进系统的钻机实现了全自动化控制，钻机钻进效率较采用电器装置的钻机高出很多，憋钻、进钻质量差等问题得到有效解决。

2.3.钻进系统发展趋势

随着桩基工程机械行业发展空间越来越大，市场对桩基工程机械生产企业及其产品提出了更严更高要求，因此需要行业整体竞争能力的增强，要求生产企业不断加强自主创新研发能力，维护行业秩序的同时寻找市场商机，最终能够提供出满足市场需求的高质量产品。对于采用全液压自动钻进系统的长螺旋钻机应向着产品功能多样化、操纵控制自动化方向发展，在继承其灵活、高效、快速等优点的同时注重机械的安全性和可靠性。

3.结语

随着经济的不断发展。促进了各类工程施工数量的增加，难度及质量也不断增加，尤其进入21世纪高层花、大型化建筑越来越多，能够用于此类工程的长螺旋钻机很好的满足了工程需要，必将促进行业发展与进步。本文首先通过对长螺旋钻机及其施工方法的简单介绍引入本文的重点即长螺旋钻机全液压自动钻进系统，并对钻进系统的工作原理、系统现状以及钻进系统发展趋势做了展望。

参考文献：

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