刘学元：旋挖钻机的损伤特征及其修复

2.3国内产品发展现状

我国在80年代初从日本引进过工作装置，配装在KH-125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、BG24型旋挖钻机。1998年，徐工集团开始自主开发研制RD18旋挖钻机，于99年试制成功并投入批量生产，最近几年我国旋挖钻机取得了快速发展。后来，北京经纬巨力、三一重机等也纷纷涉足旋挖钻机的生产，目前国内外生产旋挖钻孔机厂商有三十多家。

2.4目前，国产旋挖钻机的主要不足之处表现在以下几个方面：

一是产品同质化倾向相当严重。在国内从事旋挖钻机制造和销售的20多家企业中，既有徐工、三一这样的大型集团公司，又有上海金泰这样的长期从事基础及勘探设备制造的专业公司，也有以基础施工为主业，最近几年才进入旋挖钻机制造领域的施工企业，如山东鑫国和郑州川岛(上海三凰)。这些企业中的绝大部分来自于原桩工机械以外的行业，它们的进入极大地改变了桩工机械行业的格局。但是，由于各公司进入旋挖钻机领域的时间、规模、投入程度、运作模式、开发及资金实力、公司背景等差异较大，呈现出来的成长速度及经营业绩也有极大不同。总体来看，由于大部分企业进入的时间都比较短，其产品尚未形成规模化和系列化，超过20家的企业产品规格型号仅仅接近30个。据统计，扭矩在200kNm级别上下的产品比例高达75%以上，而100kNm级别及以下的产品型号仅仅2个，其比例仅占8%。由此可见，产品的同质化倾向相当严重。

二是国产旋挖钻与国外相比，差距较明显。

首先表现在整体的液压系统与配置还达不到国外产品的先进水平，特别是与世界先进水平的宝峨旋挖钻机相比还存在很大差距。国外的优质产品液压系统一般都采用恒功率系统，或负荷传感系统，液压元件采用国际先进成熟的产品；其次，国产旋挖钻机的关键件如钻杆，特别是机锁式加压钻杆还不能满足主机的要求，主要原因是国产钢管在钢管加工时，圆度和直线度达不到设计要求，无论是强度还是精度都不能满足要求；钻杆的加工工艺还处在摸索之中，焊接质量不能保证，焊后易变形，而且变形难以调整。

另外，国产旋挖钻机的整机外观及操作室内仪表盘的布置不如国外；国外的旋挖钻机有的装有全电脑操作系统，使操作手能实时掌握钻进深度、钻架垂直度，保证钻孔准确到达设计深度和保持良好的垂直度；实时掌握各系统工作情况，便于及时采取维修措施，保证钻机正常运转。而国产旋挖钻机的钻杆牙嵌与动力头啮合情况和钻杆状态无显示功能，操作手只能凭经验判断。

施工中，旋挖钻机在进行钻孔作业时，有一个钻进—提升—回转—抛土—再回转至原孔口—对准—再钻进的过程。国产旋挖钻机因没有回位定位功能，所以在对准时耗费相当多的时间和精力，而且，人工对准精度低。而德国宝峨、意大利CMV公司的钻机都具有回位定位功能。所谓回位定位功能是指机器回转时能记录回转角度，待抛土后再回转回来时，一旦达到记录的角度后，自动停止。这样，保证其回到第一次回转前的位置。大大减轻了劳动强度、提高了生产效率及作业精度。

三是国产旋挖钻机的规格品种与市场的实际分布脱节严重。

据统计，桩径较小，桩孔深度较浅的一般工业及民用建筑的桩基础量约占整个桩基础工程量的65%以上，而桥梁桩等单桩承载要求高的桩基础量仅占30%左右。但是，在国产旋挖钻机中，扭矩为200kNm级别上下的产品比例高达75%以上，而最适合于建筑桩基础的中小型旋挖钻机却鲜有市场投入。由此造成的局面是：一方面，绝大部分企业拥挤在较小的市场空间内互相大力厮杀，另一方面，实际需求较大的市场又严重缺乏适合的产品。旋挖钻机的规格品种与市场的实际分布脱节严重

三、国内外旋挖钻机结构特点

1、组成

旋挖钻机的结构主要由底盘机构、钻桅、自行起落架、主副卷扬、动力头、钻杆、钻头、转台、发动机系统、驾驶室、覆盖件、配重、液压系统、电气系统等组成，其工作原理也完全相同，都是由全液压动力头产生扭矩，由安装在钻架上的油缸提供钻压力，并通过伸缩式钻杆传递至钻头，钻下的钻渣充入钻头，由主卷扬提拔出孔外。

2、 主要结构特点

2.1 底盘的结构

旋挖钻机的底盘一般为液压驱动，轨距可调，刚性焊接式车架，履带自行式的结构。底盘主要包括车架及行走装置，行走装置主要包括履带张紧装置、履带总成、驱动轮、导向轮、承重轮、托链轮及行走减速机等组成。国内外生产的旋挖钻机大多数应用的是专用底盘，轨距可调，能根据施工情况对底盘进行宽度调整，以增加钻机的整体稳定性，驾驶室前窗配有防坠物保护;也有少数厂家应用的是起重机底盘或挖掘机底盘。

2.2 发动机系统

旋挖钻机的发动机系统一般包括发动机、散热器、空滤器、消音器、燃油箱等。一般旋挖钻机设计时发动机选用国外的增压中冷式水冷发动机，选用进口CUMMINS发动机，为了适应不同用户的需求，也可选装国内二汽东风的康明斯发动机。其水散热器、空滤器等附件选用国产配套件，燃油箱自制。

2.3 变幅机构及钻桅的结构

目前国内旋挖钻机的变幅机构一般采用两级变幅油缸，平行四边形连杆机构，上端一级变幅油缸两端具有万向节头便于调整，钻桅截面形式为梯形截面，钻桅下端有液压垂直支腿，上端有两套滑轮机构，上下两端均可折叠，钻桅左右可调整角度为士50，前倾可调整角度为50，后倾可调整角度为150。三一SYR220型旋挖钻机的桅杆采用大箱形截面，为动力头和钻杆提供导向作用，具有良好的刚性和稳定性，抗冲击、耐振动、无需拆卸的可折叠式结构能减少整机长度和高度，便于运输。

采用流行的平行四边形结构，通过其上油缸的作用，可使桅杆远离机体或靠近机体。通过桅杆角度的调整，可实现桅杆工作幅度或运输状态桅杆高度、桅杆相对地面角度的调节，使其动作机动灵活，施工效率高。意大利 、 德国制造的各类旋挖钻机可自行移动，自立桅杆，整个工作机构可在履带底盘上做土3600回转。因而现场转移、对孔位灵活方便，辅助时间少；钻架采用“平行四边形连杆机构十三角形的支撑结构，非常适合城市狭窄场地的施工;钻架上装有垂直度检测仪，可以检测和显示钻架的偏斜度，并可通过钻机的微动系统调整钻架的垂直度。

2.4 动力头的结构

动力 头 是 螺旋钻孔机的关键工作部件，其性能好坏直接影响钻孔机整机性能的发挥。动力头的功能:动力头是钻孔机工作的动力源，他驱动钻杆、钻头回转，并能提供钻孔所需的加压力、提升力，能满足高速甩土和低速钻进2种工况。动力头驱动钻杆、钻头回转时应能根据不同的土壤地质条件自动调整转速与扭矩，以满足不断变化的工况。国内的动力头为液压驱动，齿轮减速，可实现双向钻进和抛土作业，主要包括回转机构、动力驱动机构及支撑机构。回转机构主要有齿轮与钻杆互锁的套管，两端支撑采用回转支承、密封等组成。动力驱动机构采用双变量马达带动减速机及小马达小减速机同时驱动钻进。抛土作业时，大减速机脱离，小马达小减速机工作，实现高速抛土。

另外，支撑机构由滑槽、支座上盖与油缸连接件等组成，均为焊接结构件，应充分考虑其内部润滑，应有润滑油高度显示，加油口、放油口等，易于保养、维修。从国际知名大公司的钻孔机产品我们可以看出带有离合机构的钻孔机是比较普遍的机型。采用 恒 功 率泵与变量液压马达配合，使动力头可根据地质条件自动改变其排量和压力，从而改变了输出扭矩及转速，即使动力头具有土壤自适应特性；采用带三挡或离合器的减速机，用远程液压操纵换档来实现钻孔机的低速钻进和高速抛土；液压换档，操作简单方便，提高了机器的作业效率。

采用2个小齿轮同时驱动I个大齿轮且3个齿轮处于同一水平面，有利于倍增大齿轮所能传递的扭矩；齿轮中心连线为锐角三角形，使动力头结构紧凑。大齿轮与空心轴被联接为一体；空心轴内壁上均布有3条牙嵌板，其牙嵌钻进时与钻杆上的外牙嵌嵌合，可有效地传递扭矩和加压力；空心轴反转时，牙嵌即可分离。此结构不仅实现了轴的功能，也加强了轴的强度和刚度。动力头上、下箱体均为焊接结构，外形轮廓为一条包括几条圆弧及几条切线的封闭曲线；此结构不仅具有足够的强度和刚度，而且具有良好的工艺性。

2.5 转台的结构

目前国内旋挖钻机的转台为整体焊接式结构，主纵梁为“工字梁”形截面，主要包括回转支承、转台主体、钻桅后支撑、配重组成，钻桅后支撑位于配重前与转台主体用螺栓固定，便于拆卸，配重采用分体铸造大圆弧结构，运输时可拆卸。