CN101824960A - 全液压螺杆钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全液压螺杆钻机，属于桩工机械领域，其结构包括履带底盘、上车底盘、桅杆、动力头、主卷扬机、工具卷扬机、液压动力站、操作室和钻具系统，上车底盘设置在履带底盘上，桅杆、主卷扬机、液压动力站、操作室均设置在上车底盘上，动力头设置在桅杆上，液压动力站与动力头、主卷扬机、工具卷扬机、履带底盘等部件的液压马达相连，动力头升降装置通过钢丝绳与主卷扬机联接；上述螺杆钻机回转测速、位移测量、中央处理运算器、调速控制器连接，形成闭环控制系统。本发明的全液压螺杆钻机，输出扭矩大，动力头回转速度和进给速度可形成定比例传动关系，且可无级调节该比例关系，动力头全行程给进，可适合于多种螺距的螺杆桩施工工艺。

Description

全液压螺杆钻机

(一)技术领域

本发明涉及一种桩工机械，具体地说就是一种应用于建筑基础、桥梁基础和高速公路或高速铁路基础等螺纹摩擦桩孔施工的全行程进给的全液压动力头式桩架钻机。

(二)背景技术

目前，螺杆桩施工工法已经被列为国家级一级工法、建设部科学技术项目计划、全国建设行业科技成果推广项目和人民日报《全国重点专利技术成果》推荐项目，该工法自批准以来一直受到施工设备的限制，目前还没有能够满足螺杆桩工法的专用设备，用长螺旋钻机改装的设备不能够很好地解决定比给进、速度无级调整问题，并且存在输出扭矩不足的缺陷。

(三)发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种全液压驱动、大扭矩输出、动力头回转速度和主卷扬机带动动力头的进给速度可形成稳定的成一定比例的传动关系，且可无级调节该比例关系，动力头可沿桅杆导轨全行程给进的全液压螺杆钻机。该钻机结构新颖，国内首次采用全液压技术，可适合于多种螺距的螺杆桩回转与螺距给进必须同步的施工工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

全液压螺杆钻机，包括履带底盘、上车底盘、桅杆、动力头、主卷扬机、工具卷扬机、液压动力站、操作室、钻具系统，上车底盘设置在履带底盘上，桅杆、主卷扬机、动力站、操作室均设置在上车底盘上，动力头设置在桅杆上，在主卷扬机钢丝绳的驱动下，动力头可沿桅杆导轨全行程升降，动力头的动力输出端与钻具系统的主动钻杆相联接，动力头的动力输入端(液压马达)和主卷扬机的动力输入端(液压马达)均与液压动力站相联接，动力头的升降装置通过钢丝绳与主卷扬机相联接。

上述动力头与回转测速传感器相连接，主卷扬机与位移测量传感器相连接，回转测速传感器和位移测量传感器又分别与中央处理运算器相连接，中央处理运算器又液压动力站的调速控制器相连接，控制器控制液压动力站压力液压油的流量输出，从而控制动力头的回转速度和主卷扬机的收放绳速度(既动力头的给进速度)形成闭环控制系统。

上述动力头回转速度和主卷扬机带动动力头的进给速度可形成稳定的成一定比例的传动关系，且可无级调节该比例关系，动力头可沿桅杆导轨全行程给进，可适合于多种螺距的螺杆桩回转与螺距给进必须同步的施工工艺。

上述回转测速传感器将动力头的转速脉冲信号输入到中央运算处理器内，与此同时，位移测量传感器将主卷扬机的收放绳速度(既动力头的给进速度)脉冲信号也输入到中央运算处理器内，中央处理器通过运算比较，如果两信号能达到预先设定的比例，则动力头的转速和主卷扬机的收放绳速度维持原状态；如果两信号不能达到预先设定的比例，则通过控制器向动力站的调速控制器发出调节信号，液压动力站压力液压油的流量输出根据控制器要求调整，从而控制动力头的回转速度和主卷扬机的收放绳速度(既动力头的给进速度)，通过闭环控制直到到预先设定的比例为止。

上述全液压螺杆钻机，其履带底盘的结构以H梁为主架，H梁前端为分别由液压弹簧顶起的两组张紧轮，后端为分别由液压马达+行星减速机驱动的驱动轮，两条履带分别绕过张紧轮和驱动轮，通过承重轮和支重轮与H梁联接，将H梁所承担的重量通过承重轮和支重轮传递于履带板，再由履带板传递于承载基础。

上述全液压螺杆钻机，其上车底盘是联接履带底盘和固定其他部件的基础，是由钢板焊接成型的箱梁式框架结构，大致外形为矩形，上车底盘可由四个独立控制的液压支腿支撑，分别调整各支腿高度可以进行上车底盘调平，保证钻孔垂直度。

上述全液压螺杆钻机，其桅杆是由四节方形桅杆体、地轮组和天轮组组成，桅杆体两侧焊接有固定动力头滑板的导轨，桅杆通过底座和销轴与上车底盘连接，由固定在上车底盘上的液压油缸实现桅杆起架，桅杆竖直后通过副撑与上车底盘连接在一起，桅杆、上车底盘和桅杆副撑形成稳固的三角形结构，使桅杆稳稳地立于上车底盘上，并能够承受足够的压力和扭力，起到承受动力头升降和扭转反作用力的作用。

上述全液压螺杆钻机，其钻具系统由滑移主动钻杆、三节光钻杆和一节螺杆组成，配合钻机可实现螺纹桩孔施工，钻具的联接为专用内六方插接式，通过六方传递扭矩，通过对称面上的一对抗剪销传递提升力。

上述滑移主动钻杆包括钻杆体和位于钻杆体下端部的输出用接头，钻杆体包括管体和纵向设置在管体上的两组或两组以上的“工”型传动键，在钻杆体的顶部设置有注浆接头，且在“工”型传动键上设置有定位销。该定位销和动力头的动力输出花键上的定位孔相配合。

上述滑移主动力钻杆，根据需要可选择任意一组“工”形传动键进行传递双向扭矩、轴向压力或提升力的工作，实现主动钻杆的可滑移性。使该全液压螺杆钻机能够施工孔深大于自身桅杆高度的钻孔。

上述全液压螺杆钻机，其动力头包括滑板、液压马达、行星减速机、小齿轮、动力头箱体、回转支承、向心轴承、大齿轮和芯管，滑板上设置有一动力头箱体，动力头箱体内中心部位装有一组回转支承、两组向心轴承和一个被回转支承和向心轴承架起来的芯管，回转支承外装有和芯管设置在一起的大齿轮，在芯管的左右两侧立式对称设置有依次联接的液压马达、行星减速机和小齿轮，小齿轮和大齿轮啮合在一起；

上述芯管的内壁上带有动力输出花键，花键上开设有定位孔；芯管的外壁上装有润滑向心轴承的润滑装置，该润滑装置包括装在芯管外壁上的用于驱动单向油泵的偏心轮，单向油泵安装于动力头箱体的正前方。

上述滑板还设置有动力头升降装置和动力头联接装置，动力头升降装置包括分别通过销轴联接在滑板上部和下部的上滑轮和下滑轮；动力头联接装置包括滑板上与桅杆联接的卡瓦，卡瓦上装有衬板及用于调节衬板与导轨间隙的调整螺钉。

上述全液压螺杆钻机，其主卷扬机包括主动卷筒、从动卷筒和机架，主动卷筒和从动卷筒水平平行设置在机架上，且主动卷筒与动力机构连接。

上述主动卷筒和从动卷筒的同一端部分别设置有齿数相同的主动齿轮和从动齿轮，上述主动齿轮和从动齿轮啮合联接。

上述主动卷筒和从动卷筒的直径相同，钢丝绳在主动卷筒和从动卷筒上的绕向相同，并且绕绳起始位置一样，但是起始绕绳时间不同：当主动卷筒绕满时，从动卷筒刚刚开始缠绕。

上述主动卷筒和从动卷筒上开设有规则的卷筒绳槽，卷筒绳槽与设置在机架上的排绳器配合使用规则排绳。排绳器包括压绳磙、杠杆和拉伸弹簧，压绳磙设置在主动卷筒和从动卷筒的下方，其两端分别与两个杠杆的中部相连接，杠杆的一端固定在机架上，杠杆的另一端与拉伸弹簧的下端部相连接，拉伸弹簧的上端部固定在机架上。

上述从动卷筒上安装有测速用的测速齿轮，测速齿轮与测量装置相接，测量装置通过位移测量传感器与控制器相连接。

缠绕在主卷扬机上的上下两钢丝绳分别绕过天轮组和地轮组与动力头滑板上的动滑轮形成双绳滑轮组，并将死绳端固定于天轮架和地轮架上，形成升降给进系统。动力头在下两钢丝绳的牵引下可沿桅杆导轨全行程上下滑移，实现全孔给进钻进。

上述全液压螺杆钻机，其工具卷扬机是一个由液压马达和行星减速机驱动的单筒卷扬机，用于施工过程中辅助工具或钻具的提吊或拖拉。

上述全液压螺杆钻机，其液压动力站是钻机的动力输入部件，是产生压力液压油供给钻机各执行元件液压能的核心，主要由三组液压泵单元、液压油箱、散热器组成，三个电动机分别驱动三个不同的液压泵，三个液压泵分别与动力头马达、主卷扬机马达、工具卷扬机马达和履带底盘驱动马达相连接。三组液压泵单元呈“品”字形平行布置，液压泵朝向相同，均朝向矩形的液压油箱，液压油箱是容纳和储存液压油的部件，同时与散热器共同形成散热系统。

上述全液压螺杆钻机，其操作室是钻机的指挥中心，内部布置有行走控制阀、工具卷扬机控制阀、动力头升降控制开关、动力头回转控制开关、动力头转速控制开关、动力头升降速度控制开关、上车底盘回转控制开关、自动控制开关和相关的显示、指示等仪表和按钮，操作室为上方和前方均透明的单开门的封闭空间，门带锁，室壁内衬隔热保温层，内有顶灯照明。

本发明的全液压螺杆钻机与现有技术相比，所产生的有益效果是，输出扭矩大，动力头回转速度和主卷扬机带动动力头的进给速度可形成稳定的成一定比例的传动关系，且可无级调节该比例关系，动力头可沿桅杆导轨全行程给进，可适合于多种螺距的螺杆桩回转与螺距给进必须同步的施工工艺，并且采用滑移主动力钻杆使钻机能够施工孔深大于自身桅杆高度的钻孔。

(四)附图说明

附图1为本发明的立体结构示意图；

图中，1、履带底盘，2、上车底盘，3、桅杆，4、动力头，5、主卷扬机，6、工具卷扬机，7、液压动力站，8、操作室，9、钻具系统，10、回转测速传感器，11、位移测量传感器。

附图2为图1的闭环控制原理框图。

附图3为图1中动力头的主视剖面结构示意图；

附图4为图3的俯视剖面结构示意图；

附图5为图3的右视剖面结构示意图。

图中，1、滑板，2、液压马达，3、行星减速机，4、小齿轮，5、箱体，6、回转支承，7、轴承，8、大齿轮，9、芯管，10、偏心轮，11、单向油泵，12、挂板，13、下压盖，14、固定螺栓，15、上滑轮，16、下滑轮，17、卡瓦，18、衬板，19、销轴，20、螺钉，21、销轴，22、花键，23、定位孔。

附图6为图1中主卷扬机的主视结构示意图；

附图7为图6的俯视剖面结构示意图；

附图8为图6的A-A向剖视结构示意图。

图中，1、液压马达，2、行星减速机，3、主动卷筒，4、从动卷筒，5、机架，6、排绳器，7、测速齿轮，8、测速装置，9、主动齿轮，10、从动齿轮，11、卷筒绳槽，12、压绳磙，13、杠杆，14、拉伸弹簧。

附图9为图1中滑移主动钻杆的结构示意图。

图中，1、注浆弯管，2、静止内管，3、可旋转外壳，4、轴承，5、管体，6、传动键，7、定位销，8、接头，9、密封件。

(五)具体实施方式

下面结合附图1-9对本发明的全液压螺杆钻机作以下详细地说明。

如附图1所示，本发明的全液压螺杆钻机，其结构包括履带底盘1、上车底盘2、桅杆3、动力头4、主卷扬机5、工具卷扬机6、液压动力站7、操作室8、钻具系统9，上车底盘2设置在履带底盘1上，桅杆3、主卷扬机5、工具卷扬机6、液压动力站7、操作室8均设置在上车底盘2上，动力头4滑动设置在桅杆3上，动力头4的动力输出端与钻具系统9的主动钻杆相联接，动力头4的动力输入端(液压马达)和主卷扬机5的动力输入端(液压马达)均与液压动力站7相联接，动力头4的升降装置通过钢丝绳与主卷扬机5相联接；

上述全液压螺杆钻机，其钻具系统9由滑移主动钻杆、三节光钻杆和一节螺杆组成，配合钻机可实现螺纹桩孔施工，钻具的联接为专用内六方插接式，通过六方传递扭矩，通过对称面上的一对抗剪销传递提升力。

上述全液压螺杆钻机，其履带底盘1的结构以H梁为主架，H梁前端为分别由液压弹簧顶起的两组张紧轮，后端为分别由液压马达+行星减速机驱动的驱动轮，两条履带分别绕过张紧轮和驱动轮，通过承重轮和支重轮与H梁联接，将H梁所承担的重量通过承重轮和支重轮传递于履带板，再由履带板传递于承载基础。

上述全液压螺杆钻机，其上车底盘2是联接履带底盘1和固定其他部件的基础，是由钢板焊接成型的箱梁式框架结构，大致外形为矩形，上车底盘2可由四个独立控制的液压支腿支撑，分别调整各支腿高度可以进行上车底盘调平，保证钻孔垂直度。

上述全液压螺杆钻机，其桅杆3是由四节方形桅杆体、地轮组和天轮组组成，桅杆体两侧焊接有固定动力头滑板的导轨，从桅杆顶端至底端导轨为一直线，动力头4可沿导轨全行程滑移，桅杆3通过底座和销轴与上车底盘2连接，由固定在上车底盘2上的液压油缸实现桅杆起架，桅杆3竖直后通过副撑与上车底盘2连接在一起，桅杆3、上车底盘2和桅杆副撑形成稳固的三角形结构，使桅杆3稳稳地立于上车底盘2上，并能够承受足够的压力和扭力，起到承受动力头升降和扭转反作用力的作用。

上述全液压螺杆钻机，其工具卷扬机6是一个由液压马达和行星减速机驱动的单筒卷扬机，用于施工过程中辅助工具或钻具的提吊或拖拉。

上述全液压螺杆钻机，其液压动力站7是钻机的动力输入部件，是产生压力油供给钻机各执行元件液压能的核心，主要由三组液压泵单元、液压油箱、散热器组成，三个电动机分别驱动三个不同的液压泵，三个液压泵分别与动力头驱动马达、主卷扬机驱动马达、工具卷扬机6驱动马达和履带驱动马达相连接。上述三组液压泵单元呈“品”字形平行布置，液压泵朝向相同，均朝向矩形的液压油箱，液压油箱是容纳和储存液压油的部件，同时与散热器共同形成散热系统。

上述全液压螺杆钻机，其操作室8是钻机的指挥中心，内部布置有行走控制阀、工具卷扬机控制阀、动力头升降控制开关、动力头回转控制开关、动力头转速控制开关、动力头升降速度控制开关、上车底盘回转控制开关、自动控制开关和相关的显示、指示等仪表和按钮，操作室为上方和前方均透明的单开门的封闭空间，门带锁，室壁内衬隔热保温层，内有顶灯照明。

如附图2所示，上述动力头4与回转测速传感器10相连接，主卷扬机5与位移测量传感器11相连接，回转测速传感器10和位移测量传感器11又分别与中央处理运算器相连接，中央处理运算器又与液压动力站7的调速控制器相连接，控制器控制液压动力站压力液压油的流量输出，从而控制动力头4的回转速度和主卷扬机5的收放绳速度(既动力头的给进速度)形成闭环控制系统。

上述回转测速传感器10将动力头4的转速脉冲信号输入到中央运算处理器内，与此同时，位移测量传感器11将主卷扬机5的收放绳速度(既动力头的给进速度)脉冲信号也输入到中央运算处理器内，中央处理器通过运算比较，如果两信号能达到预先设定的比例，则动力头4的转速和主卷扬机5的收放绳速度维持原状态；如果两信号不能达到预先设定的比例，则通过控制器向液压动力站7的调速控制器发出调节信号，液压动力站压力液压油的流量输出根据控制器要求调整，从而控制动力头4的回转速度和主卷扬机5的收放绳速度(既动力头的给进速度)，通过闭环控制直到到预先设定的比例为止。

如附图3、4、5所示，上述全液压螺杆钻机，其动力头包括滑板1、液压马达2、行星减速机3、小齿轮4、箱体5、回转支承6、轴承7、大齿轮8和芯管9，滑板1上设置有一动力头箱体5，动力头箱体5内中心部位装有一组回转支承6、两组向心轴承7和一个被回转支承6和向心轴承7架起来的芯管9，回转支承6外装有和芯管9设置在一起的大齿轮8，在芯管9的左右两侧立式对称设置有依次联接的液压马达2、行星减速机3和小齿轮4，小齿轮4和大齿轮8啮合在一起。

上述芯管的9内壁上带有动力输出花键22，花键22上开设有定位孔23；芯管9的外壁上装有润滑向心轴承的润滑装置，该润滑装置包括装在芯管外壁上的用于驱动单向油泵的偏心轮，单向油泵安装于动力头箱体5的正前方。

上述滑板1还设置有动力头升降装置和动力头联接装置，动力头升降装置包括分别通过销轴联接在滑板上部和下部的上滑轮15和下滑轮16；动力头联接装置包括滑板1上与桅杆联接的卡瓦17，卡瓦17上装有衬板18及用于调节衬板18与导轨间隙的调整螺钉20。

如附图6、7、8所示，上述全液压螺杆钻机，其主卷扬机包括主动卷筒3、从动卷筒4和机架5，主动卷筒3和从动卷筒4水平平行设置在机架5上，且主动卷筒3与动力机构连接。

上述主动卷筒3和从动卷筒4的同一端部分别设置有齿数相同的主动齿轮9和从动齿轮10，上述主动齿轮9和从动齿轮10啮合联接。

上述主动卷筒3和从动卷筒4的直径相同，钢丝绳在主动卷筒3和从动卷筒4上的绕向相同，并且绕绳起始位置一样，但是起始绕绳时间不同：当主动卷筒3绕满时，从动卷筒4刚刚开始缠绕。

上述主动卷筒3和从动卷筒4上开设有规则的卷筒绳槽11，卷筒绳槽11与设置在机架5上的排绳器配合使用规则排绳。排绳器包括压绳磙12、杠杆13和拉伸弹簧14，压绳磙12设置在主动卷筒3和从动卷筒4的下方，其两端分别与两个杠杆13的中部相连接，杠杆13的一端固定在机架5上，杠杆13的另一端与拉伸弹簧14的下端部相连接，拉伸弹簧14的上端部固定在机架5上。

上述从动卷筒4上安装有测速用的测速齿轮7，测速齿轮7与测量装置8相接，测量装置8通过位移测量传感器与控制器相连接。

缠绕在主卷扬机上的上下两钢丝绳分别绕过天轮组和地轮组与动力头滑板上的动滑轮形成双绳滑轮组，并将死绳端固定于天轮架和地轮架上，形成升降给进系统。动力头在下两钢丝绳的牵引下可沿桅杆导轨全行程上下滑移，实现全孔给进钻进。

如附图9所示，上述滑移主动钻杆包括钻杆体和位于钻杆体下端部的输出用接头，钻杆体包括管体5和纵向设置在管体5上的两组或两组以上的“工”型传动键6，在钻杆体的顶部设置有注浆接头，且在“工”型传动键6上设置有定位销7，该定位销7和动力头的动力输出花键上的定位孔相配合。根据需要可选择任意一组“工”形传动键6进行传递双向扭矩、轴向压力或提升力的工作，实现主动钻杆的可滑移性。使该全液压螺杆钻机能够施工孔深大于自身桅杆高度的钻孔。

本发明的全液压螺杆钻机其加工制作简单方便，按说明书附图所示加工制作即可。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (9)

1.全液压螺杆钻机，包括履带底盘、上车底盘、桅杆、动力头、主卷扬机、液压动力站、操作室、钻具系统，其特征在于，上车底盘设置在履带底盘上，桅杆、主卷扬机、液压动力站、操作室均设置在上车底盘上，动力头设置在桅杆上，动力头的动力输出端与钻具系统的主动钻杆相联接，动力头的动力输入端和主卷扬机的动力输入端均与液压动力站相联接，动力头的升降装置通过钢丝绳与主卷扬机相联接；上述动力头与回转测速传感器相连接，主卷扬机与位移测量传感器相连接，回转测速传感器和位移测量传感器又分别与中央处理运算器相连接，中央处理运算器又与液压动力站的调速控制器相连接，控制器控制液压动力站压力液压油的流量输出，从而控制动力头的回转速度和主卷扬机的收放绳速度形成闭环控制系统。

2.根据权利要求1所述的全液压螺杆钻机，其特征在于，液压动力站包括三组液压泵单元、液压油箱和散热器，三个电动机分别驱动三个不同的液压泵，三个液压泵分别与动力头、主卷扬机和工具卷扬机及其他液压执行元件相连接，实现了全液压传动。

3.根据权利要求1所述的全液压螺杆钻机，其特征在于，钻具系统包括由上而下依次相互联接的滑移主动钻杆、三节光钻杆和一节螺杆。

4.根据权利要求3所述的全液压螺杆钻机，其特征在于，滑移主动钻杆包括钻杆体和位于钻杆体下端部的输出用接头，钻杆体包括管体和纵向设置在管体上的两组或两组以上的“工”型传动键，在钻杆体的顶部设置有注浆接头，且在“工”型传动键上设置有定位销。

5.根据权利要求1所述的全液压螺杆钻机，其特征在于，动力头包括滑板、液压马达、行星减速机、小齿轮、动力头箱体、回转支承、向心轴承、大齿轮和芯管，滑板上设置有一动力头箱体，动力头箱体内中心部位装有一组回转支承、两组向心轴承和一个被回转支承和向心轴承架起来的芯管，回转支承外装有和芯管设置在一起的大齿轮，在芯管的左右两侧立式对称设置有依次联接的液压马达、行星减速机和小齿轮，小齿轮和大齿轮啮合在一起；

上述芯管的内壁上带有动力输出花键，花键上开设有定位孔；芯管的外壁上装有润滑向心轴承的润滑装置；

上述滑板还设置有滑轮升降装置和动力头联接装置。

6.根据权利要求1所述的全液压螺杆钻机，其特征在于，主卷扬机包括主动卷筒、从动卷筒和机架，主动卷筒和从动卷筒水平平行设置在机架上，且主动卷筒与动力机构连接；

上述主动卷筒和从动卷筒的同一端部分别设置有齿数相同的主动齿轮和从动齿轮，上述主动齿轮和从动齿轮啮合联接；

上述主动卷筒和从动卷筒的直径相同，钢丝绳在主动卷筒和从动卷筒上的绕向相同，并且绕绳起始位置一样，但是起始绕绳时间不同：当主动卷筒绕满时，从动卷筒刚刚开始缠绕。

7.根据权利要求6所述的全液压螺杆钻机，其特征在于，主动卷筒和从动卷筒上分别开设有规则的卷筒绳槽，卷筒绳槽与设置在机架上的排绳器配合使用规则排绳。

8.根据权利要求7所述的全液压螺杆钻机，其特征在于，排绳器包括压绳磙、杠杆和拉伸弹簧，压绳磙设置在主动卷筒和从动卷筒的下方，其两端分别与两个杠杆的中部相连接，杠杆的一端固定在机架上，杠杆的另一端与拉伸弹簧的下端部相连接，拉伸弹簧的上端部固定在机架上。

9.根据权利要求1所述的全液压螺杆钻机，其特征在于，上车底盘上还设置有与液压动力站相联接的工具卷扬机。

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