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浅谈旋挖工程钻机发展及应用

  一、旋挖钻机的介绍

  1.旋挖钻机的概念

  通常旋挖钻机多是指在建设桩基工程中成孔作业的施工机械。该技术融合了油、电、液为一体,能工作于粉质、砂质、粘性土等多种土质,并可以配合不同钻具,应用于可短螺旋、回转斗和岩心钻的成孔作业。与其他大型机械相比,具有灵动高效、功率强大、适应多种作业条件等特点。

  2.旋挖钻机的类型

  为适应不同的施工作业,旋挖钻机的按照其不同技术参数,即体量,应用领域以及由此而设定的不同发动机功率、扭矩、钻孔的直径与深度等性能因素,可以划分为小、中、大三种类型。

  (1)小型机,体型小,发动机功率约170l(W,钻孔直径可达0.5一lm,钻孔深度40rI1左右,扭矩100kN·m左右。该钻机主要应用于直径较细的桩以及楼的某些承重桩结构,突出特点是灵活、高效。

  (2)大型机的应用领域相对较窄,因此数量也相对较少,发动机功率约300kW,扭矩240kN·m,,钻孔直径约1~2.5m,钻孔深度80m。大型机主要应用于特大型建筑的桩基以及特大型桥桩等领域,因此在普通建筑施工中较少出现。

  (3)中型机的应用最为广泛,其发动机的功率约200kW,钻孔直径0.8~1.8m,扭矩180kN·in。应用领域也最广泛,包括了各种大型建筑的承重结构,交通线路的桥桩等中大型基础建设,在我国有广阔的发展前景。

  二、旋挖钻机的优势

  旋挖钻机因其机械化、自动化程度高,现场移位灵活方便,成孔效率高,轴向压力大,施工效率高,环保等特点,配合不同钻具,适应我国大部分地区的地质条件,成为适合建筑桩基工程中成孔作业最理想的施工机械。旋挖钻机具有一系列传统钻机无法比拟的优点,在桩基工程施工中的推广和广泛运用势在必行。

  在施工领域,一般旋挖钻机是履带式的结构,比较适用于不同方位移动与不同施工范围,它从在施工孔位间的移动比较非常方便,在不同标段间也有非常好的灵活性。因其成孔速度快,种类多样,占用空间少而特别适用于工期紧迫的工程项目和难度较大的施工作业,并大大提高施工工作的效率,成为发展前景广阔的技术。出于环境因素,因为没有泥浆等废料的输出,也对保护施工环境起到一定作用。同时旋挖钻机的震动和噪音都比较小,也减少了施工中的噪声污染。旋转钻井与冲击钻井、回转钻机的比较及其优势如下表所示:

  钻机的类型 优点 缺点

  冲击钻机 可以根据工地的实际情况自行组装,并且具有操作简单的特点 污染环境,不环保,成孔速度慢,适应能力差,自动化程度低,操作工人劳动强度大,工作环境差

  回转钻机 回转钻机在工程造价上是三种钻机中最经济,价格最便宜的

  旋挖钻机 环保卫生,成孔速度快,适应能力较强,高度自动化,操作工人劳动强度小,工作环境舒适

  三、旋挖钻机技术的应用

  1 新混合动力技术将进一步得到提升。

  目前旋挖钻机采用的混合动力,主要是柴油机和发电机相结合的混合动力技术。其中电动机可以接人电源供电或蓄电池供电。这种搭配可以通过计算,选择一种既合理又能够进一步节约能源的匹配方式。因此,所谓的各种混合式动力技术,只是两种不同动力元素的匹配,其技术核心没有本质不同。其匹配包括串联 并联,混联的多种形式。其中混联式系统借助机械变速系统使燃油机与电动机混合、协调运作,达到了较高的灵活性,但成本很高。

  2.液压技术的革新成为热点

  目前液压钻机由于其功重比大,效率高、动力传输、控制性能等因素,逐步得到重视和应用。但在实际的应用过程中,液压技术是旋挖钻机的主要故障源头,严重影响器械可操作性与可靠性,急待技术革新。其问题的来源主要是由于压油温过高,一方面造成了机械自身的损毁,再者是大大降低了机械的使用效率。由此带来的问题应是属于低效率的传动,将很多的功率损耗在热量与噪声中,严重影响系统的可靠性。对于大功率的机械这些问题就更加突出。因此,在全液压旋挖钻机液压系统的设计中,应该考虑的问题是节能、效率、降温的革新问题,将伴随着旋挖钻机的推广逐步进行改造。

  3.负荷传感控制

  负荷传感控制从问世以来就有鲜明的优势,这种系统具有良好的节能性和可操作性,其突出优势便是对控制者的学习和掌握,有便捷、简单的优势。其中比例流量分配阀的出现进一步推动了负荷传感技术在旋挖钻机上的应用,使得,操作系统变得更加智能、便捷,操作性能更加强大,在今后的操作系统改进方面将得到进一步发展。

  4.可变参数控制

  动力系统内部一些控制元件的设定参数不会总是固定值,而是是随着旋挖钻机具体工作状况而改变。在将来的旋挖钻机动力系统中,将会有更多的参数可以调节,从而使旋挖钻机的工作效率更高、操作更容易。泵和发动机的匹配控制将进一步实现“智能化”,两者之间的结合将更密切,实现一体化控制。因此可变参数会呈现新的发展趋势。

  四、旋挖钻井技术在我国的发展前景

  1.市场发展领域广阔

  从市场领域来看,2012年旋挖钻机的市场出现小的波动,但仍然具有迅速发展的优势。尤其最近几年随着国内大规模高铁工程项目的相继开工,我国旋挖钻机也迎来了进入发展的高速阶段。而在外部国际市场下,自三一实现旋挖钻机出口以来,以山河智能、徐工、三~ 、宇通等重头的企业都迎来出口的黄金期,目前,金砖国家、东南亚及非洲等地区的需求增加,出口市场也逐步扩大。

  2.技术革新困难

  在技术层面上来看,目前国外的旋挖钻机主要分为以欧洲为象征的方形立柱加平行四边形连杆机构的独立式钻机,和以日本为象征的履带起重机附着式钻机。两种机型代表了该领域在世界范围内的发展状况。而我国的旋挖钻机技术整体比较又落后,因为没有技术革新困难而且取得的经济效益不甚明显因此,一直没有突破性进展。其问题主要存在于:液压系统的节能性较差,造成能源浪费。其次国产旋挖钻机液压系统与发动机功率在工作中的匹配不尽合理。最后,在最新技术上与国外相比还存在较大差距,特别是一些核心的元件,还受国外限制,装置维修业存在困难。

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