CN100357530C - 多功能电动旋挖钻机 - Google Patents

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Abstract

一种通过电机驱动履带行走、动力头钻孔、卷扬机起重的多功能旋挖钻机。它将现有旋挖钻机由内燃机与高压液压系统组合的专用整体结构分解简化成廉价标准件组合的职能系统即电动的履带行走系统、旋挖动力头、卷扬机、液压系统等,从而大幅度降低制造难度与成本。它采用十字轴结构的折叠立柱与斜支撑构成三支点结构取代梯形连杆结构,安装连杆式支座的起架油缸起架后成随动状态由斜撑油缸控制立柱变幅,配重前后伸缩故不必改装只将钻具换为吊钩即可起重作业。它装有拖行轮转场拖运方便。其电机不需要养护不烧油不冒烟并且不经过液压能转换传递因而节能。这是一种容易生产组装、价廉、适合国情、便于维修运输的多用途节能环保型钻机。

Description

多功能电动旋挖钻机
技术领域
本发明涉及一种桩工机械,具体说是一种电动机驱动履带行走和钻孔、起重作业的三支点结构的多功能大口径深孔成孔钻机。
背景技术
旋挖钻机又称“回转斗钻机”,阿司特利(Earth Drill)钻机等,是一种大口径深孔成孔设备。因为采用“旋挖斗”或称为“回转斗”取土同时采用方形或圆形加键的伸缩钻杆加大钻孔深度,所以被称为“旋挖钻机”或称“回转斗钻机”。旋挖钻机曾有过多种型号,其中的步履式、导杆式和短立柱式,由于施工效率低、钻孔直径不够大、钻孔深度较浅等原因,现已很少见到。目前在施工现场最常见到的尚有两种:一种是用履带起重机改装而成的附着式,另一种是完全按国外结构引进仿制的形似挖掘机底盘改装通过梯形连杆机构和液压缸共同作用调整钻杆垂直度的全液压式。近年来全液压式迅速发展,逐步淘汰了比较笨重效率略低的履带起重机附着式,成为旋挖钻机的代表机型。旋挖法也成为大口径深孔的主要成孔法之一。
全液压式旋挖钻机与另一种大口径成孔设备“套管钻机”相比:轻巧灵活、成孔方法简单速度快,价格也相对便宜得多。必须用套管护壁时,它也可采用套管配合使用。全液压旋挖钻机与泥浆正反循环钻孔的工程钻机相比,其施工效率大约一台顶得上后者的20多台。施工时产生的污染环境的碱性泥浆也少得多。不过,它们之间的价格也大约相差20多倍。因此,全液压式旋挖钻机目前仍然是一种相当昂贵的中小型施工企业很难买得起的设备。正是因为价格原因,这种高效低污染的施工设备使用推广受到限制,而低效又高产污染泥浆的“泥浆循环工程钻机”至今仍在我国建设工地上广泛地使用。
全液压式旋挖钻机昂贵的主要原因是其专用的整体式结构很难以低成本生产组装。它采用大功率内燃机通过高压液压系统驱动履带行走和动力头钻孔,这种专用的整体式结构单件生产时难度大成本高,使用中必须精心养护,转移工地时必须用大型平板车装运。高效同时也高价的全液压式旋挖钻机,中小型施工企业买不起,一般的中小型工厂也很难制造出来。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:克服上述现有技术的不足,提供一种结构简单、容易组装生产、核心部件选用标准件而且制造成本低价格便宜,不烧油也不冒烟,低噪音而且节能,施工结束一拖就走运输方便,不但能高效率地钻大口径深孔而且不必改装就可以作为起重机使用可以强夯作业的多功能电动旋挖钻机。
本发明解决上述技术问题的方案是:一种以电能为动力源通过电机驱动履带行走和钻孔、起重作业的多功能电动旋挖钻机,其设有旋挖钻具、旋挖动力头、加压油缸、顶部滑轮组、折叠式立柱及立柱调整机构、起架油缸及支座、液压站、卷扬机、操作室、配电柜、配重、回转支承、支承座、伸缩履带行走系统,其特征在于:旋挖动力头采用电机通过减速器、齿轮箱驱动钻具钻孔;履带行走系采用电机通过变速箱、减速器带动驱动轮运动;卷扬机和液压站分别用电机驱动并且各自独立安装于专为它们而设的钻机平台上;折叠式立柱通过下端十字轴的横轴安装于钻机平台前端与斜支撑构成三支点结构并且通过斜撑油缸调整立柱垂直度;起架油缸通过连杆式支座安装于钻机平台;钻机平台安装四只液压支腿并且通过液压支腿升降钻机平台来安装和拆卸其下面的拖行轮;电动履带行走系统总成通过摆臂油缸和摆臂连杆带动履带摆臂开合而伸缩履带;配重通过油缸调节它在钻机半台后面的位置。
采用以上技术方案设计出的本发明多功能电动旋挖钻机与现有旋挖钻机相比,有以下的显著优点:
1.便宜。制造容易成本低,使用维修成本也低。
我们知道单件小批量生产的专用设备,其成本要大大高于具有相同功能的专业工厂生产的标准件的组合。小轿车与工程机械价格的差别源于其生产批量的巨大差别。本发明将原旋挖钻机的专用的整体式结构分解成由电动机、减速机等专业厂大批量生产的标准件组合成的职能独立子系统,使生产工艺大为简化,简化到小型工厂也有条件组装生产。这样一来,履带行走、钻孔作业和卷扬机提升等各独立职能系统的功能均未降低,但总的生产成本却大幅度降低了。各系统所用的电机加起来,其总价不足原内燃机的几分之一。不仅如此,电机与内燃机相比,几乎不需要养护维修,既省钱又耐用。
当电机取代内燃机为各独立系统的动力源后,其液压系统随之大大简化:简化到采用低压齿轮泵通过小功率的电机驱动就可以满足各油缸的动作要求,成本由此降低了相当大的幅度。
本发明采用调整立柱的三支点结构,比梯形连杆机构简单,成本低得多,而且钻孔作业时的整体刚度得到加强,操作简单容易。我们采用的摆臂开合式伸缩履带,也比箱式伸缩容易制造成本低。
本发明中几乎所有的各种改进都明显地降低了制造成本,但有一处应该指出:本发明增加了四只液压支腿和两组拖行轮,这是原全液压旋挖钻机所没有的。增加的液压支腿和拖行轮当然也增加了成本,但是微乎其微:油缸和车轮都是廉价的标准件。总成本测算结果:本发明的生产成本,还不足具有相同成孔能力和效率的全液压旋挖钻机的一半。成本低销价当然就会便宜。
2.多功能。不必改装就可作起重机使用。
本发明采用装有连杆式支座的起架油缸,起架后拔去连杆支座的后销轴并稍稍收缩活塞杆,如此一来起架油缸就不会干涉斜撑油缸对立柱倾斜度的调整而成为随动状态。这种结构使斜撑油缸不需要很长的行程即可对立柱倾斜度有相当大的调节能力。当立柱以足够大的倾角前倾作为起重机吊臂使用时,斜撑油缸起调幅作用,此时起架油缸及其连杆式支座则起防止变幅过大的限位保险作用。(此处说明一点:如果斜撑油缸行程足够长,则可同时完成起架调幅,但这种超长行程的油缸相当昂贵,而且单独使用不够安全。)专为起重而设计的伸缩式配重在起重时向后伸出以减少钻机重心偏移。我们还在履带架外侧设计有起重辅撑插座,起重时可以很方便地安装起重辅助支撑以增加整机的稳定性。综合以上各点:起架油缸的连杆式支座使立柱可以通过斜撑油缸得到所需要的变幅前倾角;立柱与钻机平台铰接的三支点结构又保护立柱起重时不会受到使它变形的弯矩;伸缩式的配重,平衡了起重时钻机重心的前移。因此,本发明不需要改装,将钻具换成吊钩就具备起重的功能。一机多用减少设备闲置率,对用户十分有利。
3.节能。有利于环保适宜城市建设施工。
本发明的主要耗能部件如动力头、行走系统、卷扬机等均由电动机驱动,不经过液压系统的能量转换和传递,仅为完成油缸的动作采用小功率低压的电动液压站,能量损耗显然要少很多。当成孔直径为2000mm时,现有各种旋挖钻机所配内燃机功率最小的也要224kw左右。而完成同样的工作,本发明动力头装配2台90kw电机共180kw就已足够。虽然此处的数据对比不能直接视为节能的比例,但是少一次液压能转换必将降低能耗提高效率是确定无疑的。
采用电机驱动产生的噪音比内燃机小,而且不冒烟。这有利于城建施工中减少噪音和空气污染。
综上所述:本发明成本低容易生产;耐用,便于维修运输;一机多用为用户节省设备投资;而且节能,减少噪音和空气污染。它的应用推广不仅有经济效益,而且有社会效益。
附图说明
下面通过附图,对本发明的结构特征作进一步描述。
图1本发明工作状态示意图。
图2本发明电动履带开合式伸缩示意图。
图3本发明十字轴结构示意图。
图4本发明履带行走驱动结构示意图
图5本发明拖运状态示意图。(小型机短距离拖运状态。长距离时动力头拆下)
图6本发明斜支撑手动锁合机构示意图。
图7本发明电动旋挖动力头结构简图。
图8本发明起重辅撑结构示意图。
图9本发明伸缩配重结构示意图。
图10本发明起重状态示意图。
图中:1.顶部滑轮组,2.折叠立柱(分顶、中、底三段),3.加压油缸,4.斜支撑(左右各1),5.起架油缸(左右各1),6.操作室,7.电动液压站,8.连杆支座(左右各1),9.斜撑油缸(2只),10.钻机平台,11.小卷扬机,12.主卷扬机,13.立柱支架,14.配电柜,15.伸缩配重,16.液压支腿(前后左右4只),17.电动履带行走系统总成(2条),18.起重辅撑支座(共4组),19.回转支承,20.十字轴横轴,21.起架固定销(左右各1),22.旋挖斗,23.电动旋挖动力头,24.伸缩钻杆(一套),25.上护架,26.履带摆臂连杆(左右各1),27.摆臂油缸,28.回转支承座,29.履带摆臂(4只),30.十字轴纵轴座,31.纵轴固定销,32.十字轴纵轴,33.履带行走电机(2台),34.变速箱(2台),35.行走减速器(2台),36.起重辅撑(4只),37.拖行轮(前后2组),38.钻机拖运牵引杆,39.中心销,40.复位簧,41.固定侧销,42.钢丝绳,43.绞轴,44.挡销,45.绞轴摇柄,46.动力头电机(2台),47.行星减速器(2台),48.小齿轮(2只),49.箱体,50.中心齿轮,51.空心主轴,52.配重伸出梁,53.配重油缸,54.配重体,55.滚杠,56.安全绳。
具体实施方式
图1是本发明的工作状态。图中展示本发明的结构特征:一个钻机平台10,其前后安装有4只液压支腿16,其下通过回转支承19与电动履带行走系统相联,其上分别安装有电动液压站7和电动卷扬机11和12。折叠立柱2通过底段下端的十字轴横轴20安装在钻机平台10前端,其中段下端与起架油缸5相联结,中段上端与斜支撑4相联结,斜支撑4通过其下端斜撑油缸9固定于钻机平台10上构成调整折叠立柱2的三支点结构。起架油缸5通过连杆支座8固定于钻机平台10上成随动状态。钻机平台是由两条纵梁和若干联结它们的横梁构成的箱形梁结构。
图2是本发明的电动履带开合式伸缩示意图。图中两条电动履带行走系统总成17通过履带摆臂29与回转支承座28以销轴相联。当摆臂油缸27回缩时,履带摆臂29张开;当摆臂油缸27伸长时履带摆臂29合拢。以此改变履带接地宽度。
图3表示本发明折叠立柱底段下端的十字轴结构。图中十字轴纵轴座30为一长方体,嵌在立柱2下端的长槽内,纵轴32将它们连成一体并在它们上部留有较大间隙,这间隙使它们之间可以绕纵轴作微小的摆动,间隙大小决定摆动幅度。横轴20穿过纵轴座30固定于钻机平台10的前端支座上。当拔去起架固定销21时,折叠立柱2连同其十字轴纵轴座30可绕横轴20在钻机平台10上前俯后仰,再当插上纵轴固定销31后,折叠立柱2即与纵轴座成为一体,只能前后方向一同转动而不能左右摆动。这就是十字轴的工作原理。纵轴固定销31同时也是动力头的限位销,可防止安装时动力头从立柱上脱落。
图4为本发明电动履带行走驱动结构示意图。履带行走电机33通过变速箱34和行走减速器35驱动履带行走。这与ZL97233755.5中所介绍的方案相近。实践证明也是成功的方案。但已发现有不足之处:其一是没有刹车,下基坑时可能溜坡出事故;其二是原变速箱笨重,联结处易损坏,因此本发明必须加以改进:行走电机33采用制动式起重或绕线电机,而变速箱34采用一级行星减速方式仍可用交换齿轮法变速,结构轻巧紧凑,将其与标准的行走减速器35相联,克服了原有技术的缺点。
图5是本发明拖运状态。图中折叠立柱2与斜支撑4均成折叠状,拖行轮37已安装在钻机平台10下,钻机拖运牵引杆38与牵引车上挂钩相连。图中的动力头未拆下。在短距离转移场地时动力头可以不拆,但拖运距离较长时动力头应该拆下。本发明具有自行起架自我吊装动力头的能力。
图6是本发明斜撑手动锁合机构示意图。拖运时上下两节斜撑成折叠状,复位簧40迫使中心销39脱离下节斜撑法兰。起架时两节斜撑成一直线后,转动摇柄45通过钢丝绳42将中心销39拉下插入下节斜撑法兰内孔,当挡销44固定摇柄45后便可安全从容地紧固上下节斜撑法兰上的各个固定螺栓。采用此机构可以在较低位置先将上下斜撑连接处初步固定,以保证人工进一步紧固法兰螺栓时的安全。
图7为本发明电动旋挖动力头结构示意简图。两台电动机46通过行星减速器47减速后,其下端的小齿轮48共同驱动大齿轮50带动空心主轴51转动。伸缩钻杆24由空心主轴51中间穿过,它们之间通过三条键传递钻孔扭矩和进给压力。进给压力由加压油缸3提供(参看图1),加压油缸3迫使动力头23整体下移,再通过动力头上空心主轴的三条键槽下压扣在一起的伸缩钻杆上的键使钻杆下端的旋挖斗钻入土中。提土前先略使电机反转从而使钻杆与空心主轴间的键与键槽脱扣,用主卷扬12提出旋挖斗22,转动钻机平台10卸土。
图8是本发明起重辅撑结构。其由钢管制成,长短可以伸缩接地通过丝杠调整。通过销轴安装在履带台车梁外侧起重辅撑支座18上。
图9是本发明伸缩配重结构示意图。图中,两条配重伸缩梁52插在钻机平台10的箱形梁中,由配重油缸53控制前后移动铸铁配重体54。为减小移动阻力,伸出梁52顶端上部和钻机平台箱形梁的出口端底面上装有小滚杠55。为降低成本也可在伸出梁52和配重体54中浇注铁屑砼取代铸铁配重。
图10表示本发明起重状态示意图。下面我们说明本发明如何作为起重机使用。此时,伸缩钻杆已拆去,主卷扬钢丝绳与起重吊钩相连。旋挖动力头在起重工作时间较长时必须拆去以防损坏,但临时吊装时间不长时也可不拆。起重作业前,必须在立柱底节十字轴处插上纵轴固定销31,使立柱只能前倾后仰变幅不得左右摆动。然后伸长斜撑油缸9调整立柱前倾至适当角度。此时起架油缸因连杆支座后方销轴已拔去成自由随动状态。当立柱前倾过大时,起架油缸5与连杆支座8被拉直,起到立柱前倾限位作用,现在同时有4只油缸拉住作为起架杆的立柱。但是为确保绝对安全,安全绳56还是必不可少的。安全绳56是一条绕过斜支撑上端铰座并固定再将两端分别固定于斜撑下铰座的钢丝绳。其长度与斜撑油缸伸长至极限位置后斜支撑总长相等。这样确保斜支撑变幅万无一失。为加大起重时的整体稳定性,起重时在两条履带架外侧可临时安装起重辅撑36。辅撑结构见附图8,共可安装4只。它由钢管制成,可以伸缩可以通过丝杠调节接地,使用时通过销轴安装在履带架外侧的起重辅撑支座18上,拔去销轴即可拆去。
我们再从钻机被拖运至工地开始即从图5所示状态开始说明它如何进入图1的工作状态:
首先,接通电源,支起4只液压支腿16,使拖行轮37全部离开地面悬空,再拆去拖行轮。然后收缩摆臂油缸27这就使摆臂连杆26逐渐撑开两条履带总成17一直到最宽位置(此过程参看图2)。这时收缩液压支腿,使履带平稳落地。
第二步:收缩两只起架油缸5,使折叠立柱2在立柱支架13的滚筒上后移,直至底段立柱成竖直状态。此时插入起架固定销21将立柱底段固定,拉直折叠立柱的顶段并且用螺栓将中段与顶段法兰牢牢固定。将主卷扬12小卷扬11的钢丝绳穿过顶部滑轮组1等各滑轮。
第三步,起架:同时伸长左右起架油缸5,随立柱2抬升,折叠状的斜支撑4在其折叠处被逐步拉直。当斜支撑4的上、下两节拉直成一条直线时,立刻转动绞轴摇柄45,通过钢丝绳42将斜撑中心销39拉下使其进入下节斜支撑的法兰盘内孔。插入挡销44将其固定,用螺栓将底段与中段立柱和上下两节斜支撑的法兰盘牢固连接。然后拔去连杆支座8后方的销轴并拔去起架固定销21,略回缩起架油缸5,使连杆支座8的后部与钻机平台上的销座脱离,此时左右两只起架油缸均成自由随动状态。
第四步,安装钻孔作业装置:连接加压油缸3与电动旋挖动力头23,收缩加压油缸3提升动力头23,拔去纵轴固定销31。将主卷扬12的钢丝绳与伸缩钻杆24的上端内杆顶部吊环连接固定,提升钻杆24将其置入动力头23内孔,下接旋挖斗22。检查各系统各部件是否位置准确,协调。即可开始钻孔作业。钻孔工作原理已如前述。立柱底段装有反映垂直度的角位移传感器,供操作人员调整钻孔垂直度误差。
钻孔作业完成转移工地时,以上各步逆向操作即可。如果拖运距离长,则需利用自我吊装能力拆下动力头。
本发明可以安装长螺旋钻孔机钻孔。因这项功能各种旋挖钻机都具备,故我们不再作专门介绍。当本发明专门用作长螺旋钻机时,对钻机平台、立柱、履带、卷扬机等结构要求与作旋挖钻机时有所不同,仍然具有起重功能。所以,我们以上介绍的钻机结构,完全可以不加改装只更换钻具动力头就变成一种电动履带长螺旋钻孔、起重两用型桩架。这种桩架履带行走系统采用有制动装置的起重电机通过一级行星交换齿轮变速箱、行走减速器与驱动轮联结,带动驱动轮运动履带行走。本发明用作桩架时与现在国内广泛应用的步履式桩架相比,机动性、稳定性、性能价格比,均优越很多,施工效率可成倍提高。与实用新型ZL97233755.5相比,改进后的电动履带行走系统更安全更轻巧耐用。
本发明中采用的与现有技术相同的部件如旋挖斗、伸缩钻杆、上护架、顶部滑轮组等及没有特殊要求的常规部件如拖行轮、操作室、配电柜、卷扬机等等,均不在本说明书中专门介绍。最后还应该说明:本发明可应用户要求:将手动斜支撑锁合机构用油缸取代摇柄变为自动锁合;可增加调频电源调速,使动力头换用短螺旋钻头取代旋挖斗时高速反转抛土;还可将电动液压系统功率加大用两台电机通过齿轮箱共同驱动一台大功率变量液压泵,仍用液压马达工作等等。但是所有这些局部变动都没有改变我们前述的主要技术特征:以各自独立的标准件组合取代整体式结构,电机取代内燃机;三支点结构取代梯形连杆机构与液压缸构成的立柱调整结构;起架油缸采用连杆式支座;立柱采用十字轴结构与钻机平台连接;配重通过油缸控制自动伸缩;履带行走采用制动电机驱动并通过摆臂开合方式伸缩等等。正是因为以上独特的技术方案,使电动旋挖钻机高效、节能、低噪音、不烧油冒烟、价廉、耐用、易运输、多功能。非常适合我国国情。

Claims (6)

1.一种多功能电动旋挖钻机,其设有旋挖动力头、旋挖钻具、液压站、卷扬机、顶部滑轮组、折叠式立柱及立柱调整机构、起架油缸及支座、配重、回转支承、履带行走系统,其特征在于:旋挖动力头采用电机通过减速器、齿轮箱驱动钻具钻孔;卷扬机和液压站通过电机驱动并各自独立安装于钻机平台上;折叠式立柱通过其底段下端的十字轴横轴安装于钻机平台前端、其中段上端与斜支撑铰接构成三支点结构并且通过斜撑油缸调整其倾斜角度;起架油缸与折叠立柱中段铰接并且通过连杆式支座安装于钻机平台上;配重通过油缸调整其在钻机平台后面的位置;钻机平台通过液压支腿升高平台后开合伸缩履带和装拆其下的拖行轮;履带行走系统采用电机通过变速箱减速器带动驱动轮运动。
2.如权利要求1所述的多功能电动旋挖钻机,其特征在于所说的履带行走系统采用有制动装置的起重电机通过一级行星交换齿轮变速箱、行走减速器与驱动轮联结,带动驱动轮运动履带行走。
3.如权利要求1所述的多功能电动旋挖钻机,其特征在于:所说的旋挖动力头采用两个电机通过两个行星减速器输出轴上的小齿轮共同驱动齿轮箱中空心主轴上的大齿轮,带动穿过空心主轴的伸缩钻杆转动。
4.如权利要求1所述的多功能电动旋挖钻机,其特征在于:所说的连杆式支座有三个销孔,其中间销孔通过销轴安装起架油缸,前后销孔通过销轴与钻机平台上的销座相联结。
5.如权利要求1所述的多功能电动旋挖钻机,其特征在于:所说的配重设有两条伸缩梁插入钻机平台的纵向箱形梁中并通过油缸控制插入深度调整配重体在钻机平台后方的位置。
6.如权利要求1或2所述的多功能电动旋挖钻机,其特征在于:所说的履带行走系统的履带台车梁内侧通过销轴与履带摆臂及履带摆臂连杆相联,通过伸缩摆臂油缸牵动履带摆臂连杆、开合履带摆臂改变履带接地宽度,外侧设有起重辅撑支座通过销轴装拆起重辅撑。
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