CN103590747B - 旋挖钻机桅杆防偏斜装置及具有其的旋挖钻机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋挖钻机桅杆防偏斜装置，包括桅杆以及安装在所述桅杆上的转盘，所述桅杆可相对于所述转盘偏摆转动，所述桅杆的两侧各设有一套防偏斜机构，每套防偏斜机构包括油缸以及轴杆，所述油缸在所述桅杆的侧向竖直设置，所述油缸的一端连接在所述桅杆上，所述轴杆设置在所述转盘上且朝向所述油缸的另一端伸出，在钻孔作业时岩土对所述桅杆施加的横向反作用力使所述桅杆发生转动趋势时，所述转盘通过所述轴杆对所述桅杆施加被动的支反力以限制所述桅杆发生转动。本发明提供的防偏斜装置，可以保证旋挖钻机在实施钻孔时，桅杆不会发生偏斜，从而保证了钻孔不会发生偏斜。
Description
技术领域
本发明属于工程机械钻孔设备技术领域，特别是关于一种防止旋挖钻机的桅杆出现偏斜的装置及具有其的旋挖钻机。
背景技术
旋挖钻机是建筑基础工程成孔作业中常用的施工机械，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，可用于粘土、淤泥、砂土、硬胶泥、冻土层、化岩层、中风基岩、微风化基岩等多种土层的施工。
旋挖钻机的核心工作元件是动力头、钻杆和钻头，而桅杆是为这些核心工作元件提供运动导向、位置调整和动力传递，且承受钻机钻进等多种载荷，因此桅杆的工作状态尤其是其垂直度将直接影响钻孔的垂直度，是钻孔最重要的控制指标。钻孔偏斜，则视为无法满足施工需求，是不允许出现的情况。
图1是其中一种旋挖钻机的局部结构示意图，图2是图1的左视图，图3是图1的转盘处的立体结构示意图，请参图1至图3，该旋挖钻机包括桅杆11、桅杆油缸12、转盘13、以及连接体14。桅杆油缸12铰接连接在连接体14与桅杆11之间，用于调节桅杆11的角度。连接体14一方面通过转盘13与桅杆11相连，另一方面与设置在旋挖钻机的车架底盘上的变幅机构(图未示)相连，变幅机构可以调节桅杆11的上下位置。转盘13包括圆盘部131、轴套部132、以及将轴套部132与圆盘部131连接的多个立板133。桅杆11上设置有转盘座111，转盘13的圆盘部131安置在转盘座111上，通过两块压板15防止圆盘部131脱离转盘座111，两块压板15通过螺栓16固定至转盘座111上，使圆盘部131的一部分边缘卡在压板15与转盘座111之间，但圆盘部131与压板15之间具有间隙，因此圆盘部131可以在转盘座111内做一定幅度的转动，使桅杆11与转盘13之间构成转动副，桅杆11可以绕着转盘13做一定角度的左右摆动，以适应地面不平整时的钻孔作业。
当旋挖钻机就位，准备钻孔之前，先通过电气传感器检测桅杆11的垂直度，若不直，则自动控制两根桅杆油缸12动作，对桅杆11进行调垂，具体实现方法是，利用销轴17将连接体14分别铰接连接至转盘13的轴套部132和变幅机构上。如此，转盘13通过连接体14、变幅机构连接于车架底盘，是相对不动的定子；桅杆11相对于转盘13可左右摆动，是转子。桅杆11转动的动力是两根桅杆油缸12，通过控制桅杆油缸12的伸缩长度，最终控制桅杆11的摆动角度。其中，调垂的结果是：桅杆的指向与地面是否平整无关，桅杆始终保持铅垂，桅杆的延长线指向地心。
桅杆调垂之后，初始时处于垂直状态。当钻进至较硬地层时，由于岩土对钻头有横向的反作用力，传导至桅杆上，就是给了桅杆一个很大的转矩M。通过分析得知，该转矩M很难与桅杆油缸产生的水平力矩平衡，桅杆始终有向一侧倾斜的趋势。因此，目前的旋挖钻机会导致钻孔时，桅杆发生一定的偏斜，进而影响钻孔的垂直度。实际调研过程也发现，桅杆在实施钻孔时，桅杆发生偏斜的情况时有发生，比较常见。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种旋挖钻机桅杆防偏斜装置，以解决现有技术中桅杆在实施钻孔时发生偏斜的问题。
本发明的实施例提供一种旋挖钻机桅杆防偏斜装置，包括桅杆以及安装在所述桅杆上的转盘，所述桅杆可相对于所述转盘偏摆转动，所述桅杆的两侧各设有一套防偏斜机构，每套防偏斜机构包括油缸以及轴杆，所述油缸在所述桅杆的侧向竖直设置，所述油缸的一端连接在所述桅杆上，所述轴杆设置在所述转盘上且朝向所述油缸的另一端伸出，在钻孔作业时岩土对所述桅杆施加的横向反作用力使所述桅杆发生转动趋势时，所述转盘通过防偏斜机构对所述桅杆施加被动的支反力以限制所述桅杆发生转动。
进一步地，所述两套防偏斜机构相对于所述桅杆的中心线对称地设置于所述桅杆的两侧。
进一步地，每套防偏斜机构还包括油缸座，所述油缸座设置在所述桅杆上，所述油缸与所述桅杆连接的一端安装在所述油缸座上。
进一步地，所述油缸包括缸套和可伸缩地设置在所述缸套内的活塞杆，所述缸套固定安装在所述油缸座上，所述轴杆朝向所述活塞杆的端部伸出。
进一步地，所述轴杆固定连接在所述转盘上，所述轴杆与所述桅杆的侧面之间具有间隙；每套防偏斜机构还包括楔形块，所述楔形块固定连接在所述活塞杆的伸出端上，且所述楔形块夹在所述轴杆与所述桅杆的侧面之间的间隙内，所述楔形块具有与所述轴杆接触配合的楔形面，所述轴杆与所述桅杆的侧面之间的间隙大小介于所述楔形块的最大厚度与最小厚度之间，所述活塞杆带动所述楔形块伸出时，所述楔形块被夹紧在所述轴杆与所述桅杆的侧面之间。
进一步地，所述油缸座位于所述轴杆的下方，所述楔形块的厚度从上至下厚度逐渐增大，所述活塞杆伸出时带动所述楔形块向上伸出并夹紧在所述轴杆与所述桅杆的侧面之间。
进一步地，所述转盘包括圆盘部，所述轴杆固定连接在所述圆盘部上且与所述圆盘部垂直。
进一步地，所述转盘包括圆盘部，所述轴杆固定连接至所述圆盘部上，所述活塞杆的伸出端设有轴杆孔，所述轴杆可转动地穿设在所述轴杆孔内。
进一步地，所述桅杆的侧向设有第一耳板，所述缸套的外壁设有与所述第一耳板对应的第二耳板，所述第一耳板和所述第二耳板固定连接在一起。
本发明的实施例还提供一种旋挖钻机，所述旋挖钻机具有上述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：上述实施例提供的旋挖钻机桅杆防偏斜装置，在钻孔作业时岩土对桅杆施加的横向反作用力F土使桅杆发生转动趋势时，转盘通过防偏斜机构对桅杆施加被动的支反力F支，使支反力F支的转矩可以与横向反作用力F土的转矩相互平衡或抵消，可以保证旋挖钻机在实施钻孔时，桅杆不会发生偏斜，从而保证了钻孔不会发生偏斜，满足了施工需求，避免了不合格钻孔的发生，通过采用一套包括油缸以及轴杆等机械构件在内的防偏斜机构来实现桅杆的限位，限位可靠、振动小，且防偏斜机构采用油缸控制，与电控程序相结合，易于实现自动化操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是其中一种旋挖钻机的局部结构示意图。
图2是图1的左视图。
图3是图1的转盘处的立体结构示意图。
图4是本发明实施例提出的旋挖钻机桅杆防偏斜装置的结构示意图。
图5是图4的旋挖钻机桅杆防偏斜装置于另一角度的结构示意图。
图6是图4的旋挖钻机桅杆防偏斜装置于平整地面上的状态示意图。
图7是图4的旋挖钻机桅杆防偏斜装置于倾斜地面上的状态示意图。
图8是防偏斜机构的受力分析示意图。
图9是本发明另一实施例提出的旋挖钻机桅杆防偏斜装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
图4是本发明实施例提出的旋挖钻机桅杆防偏斜装置的结构示意图，图5是图4的旋挖钻机桅杆防偏斜装置于另一角度的结构示意图，请参图4与图5，该防偏斜装置包括桅杆21以及安装在桅杆21上的转盘23，转盘23可通过销轴及连接体(可参图1)与设置在旋挖钻机的车架底盘上的变幅机构(图未示)相连，桅杆21可相对于转盘23在一定角度范围内左右偏摆转动。
转盘23包括圆盘部231、轴套部232、以及将轴套部232与圆盘部231连接的多个立板233。轴套部232、圆盘部231及多个立板233之间相互焊接成一个整体。桅杆21上设置有转盘座211，转盘23的圆盘部231安置在转盘座211上，通过两块压板25防止圆盘部231脱离转盘座211，两块压板25通过螺栓26固定至转盘座211上，使圆盘部231的一部分边缘卡在压板25与转盘座211之间，但圆盘部231与压板25之间具有间隙，因此圆盘部231可以在转盘座211内做一定幅度的转动，使桅杆21与转盘23之间构成转动副，也就是说，桅杆21可以绕着转盘23在一定角度范围内左右摆动，以适应地面不平整时的钻孔作业。
桅杆21的两侧在与转盘23位于同一高度的位置各设有一套防偏斜机构30，每套防偏斜机构30包括油缸31、油缸座32、轴杆33、以及楔形块34，该两套防偏斜机构30相对于桅杆21的中心线对称设置于桅杆21的两侧。
轴杆33固定连接在转盘23上，轴杆33可以通过焊接的方式固定在转盘23上，也可以与转盘23制成一体。在本实施例中，轴杆33固定连接在转盘23的圆盘部231上且朝向桅杆21凸伸，圆盘部231朝向桅杆21的侧向延伸设有连接板234，轴杆33固定连接在连接板234上且与圆盘部231垂直，轴杆33与桅杆21的侧面之间具有间隙。轴杆33优选为圆柱体结构，但不限于此。
油缸座32设置在桅杆21上且位于桅杆21的侧向，油缸31在桅杆21的侧向竖直设置。油缸31的一端连接在桅杆21上，轴杆33从转盘23上朝向油缸31的另一端伸出，在本实施例中，油缸31与桅杆21连接的一端安装在油缸座32上。更具体地，油缸31包括缸套311和可伸缩地设置在缸套311内的活塞杆312，缸套311固定安装在油缸座32上，轴杆33朝向活塞杆312的端部伸出。为将油缸31稳固地安装在桅杆21的侧向上，桅杆21的侧向于油缸座32上方还延伸设有第一耳板212，缸套311的外壁设有与第一耳板212对应的第二耳板313，第一耳板212和第二耳板313之间通过销钉或螺栓(图未标)固定连接在一起。
楔形块34固定连接在活塞杆312伸出缸套311的伸出端上，且楔形块34夹在轴杆33与桅杆21的侧面之间的间隙内，楔形块34具有与轴杆33接触配合的楔形面。在本实施例中，油缸座32位于轴杆33的下方，楔形块34从上至下其厚度逐渐增大，轴杆33与桅杆21的侧面之间的间隙介于楔形块34的最大厚度与最小厚度之间，因此楔形块34的顶部可以进入轴杆33与桅杆21的侧面之间的间隙内，油缸31的活塞杆312带动楔形块34向上伸出时，楔形块34将被夹紧在轴杆33与桅杆21的侧面之间，轴杆33通过楔形块34向桅杆21施加一个作用力。
图6是图4的旋挖钻机桅杆防偏斜装置于平整地面上的状态示意图，请参图6，上述防偏斜装置在平整地面上的工作原理为：旋挖钻机就位，地面平整，将桅杆21调垂；在调垂的同时，同步控制桅杆21两侧的油缸31，将活塞杆312伸出，楔形块34向上运动并卡入轴杆33与桅杆21之间的间隙，此时两侧油缸31的活塞杆312伸出长度相同，均为L0；调垂完毕，桅杆21、转盘23、以及两侧油缸31的相对位置如图6所示，其中桅杆21被调垂(即指向地心)，且由于地面平整，转盘23跟随车架底盘也呈水平状态；在钻孔作业时，岩土对桅杆21施加的横向反作用力F土有使桅杆21发生转动的趋势，其中横向反作用力F土中的“横向”的意思为与桅杆21的竖直方向相垂直的方向。以图6为例，图6中的岩土对桅杆21施加的横向反作用力F土有使桅杆21发生顺时针转动的趋势，转动中心为转盘23的中心，其产生的转矩为M＝F土*L1，其中：
F土为岩土对桅杆21的横向反作用力；
L1为F土相对转动中心的力臂长度；
由于两侧的楔形块34被油缸31顶起并夹紧在轴杆33与桅杆21的侧面之间，在桅杆21发生顺时针转动趋势时，转盘23将通过左侧的轴杆33对桅杆21施加被动的支反力F支(F支是被动力，其大小随着F土的变化而变化)，该支反力F支从左侧的轴杆33经过楔形块34施加在桅杆21上，该支反力F支有使桅杆21发生逆时针转动的趋势以限制桅杆21发生转动，转动中心同样为转盘23的中心，其产生的转矩为M’＝F支*L2，而右侧的轴杆33对楔形块34不施加支反力，或其施加的力很小可以忽略不计，其中：
F支为轴杆33对桅杆21施加的支反力；
L2为F支相对转动中心的力臂长度；
当M＝M’时，力矩平衡，桅杆21固定不动。
图7是图4的旋挖钻机桅杆防偏斜装置于倾斜地面上的状态示意图，请参图7，上述防偏斜装置在倾斜地面上的工作原理为：旋挖钻机就位，地面倾斜一定角度，开启钻机自动调垂功能；在调垂的同时，同步伸缩两根油缸31，左侧的油缸31缩至L3，右侧的油缸31伸至L4，始终保持两侧的楔形块34处于被压紧状态；调垂完毕，桅杆21、转盘23、以及两侧油缸31的相对位置如图7所示，其中桅杆21被调垂(即指向地心)，但转盘23跟随车架底盘由于地面倾斜的原因而呈一定角度的倾斜；同上分析，岩土施加在桅杆21上的转矩M同样被M’所抵消，阻止了桅杆21发生偏斜，也就是说，无论地面朝任何方向倾斜，通过两侧油缸31的伸缩，在桅杆21调垂之后，两侧楔形块34始终保持被轴杆33压紧的状态，岩土对桅杆21的横向反作用力F土所产生的转矩可以与其中一侧的轴杆33对桅杆21被动施加的支反力F支所产生的转矩相互抵消，在实施钻孔时，桅杆21都不会发生偏斜。
图8是防偏斜机构的受力分析示意图，请参图8，楔形块34较小的α倾角设计使油缸31的轴向受力Fy非常小,较大的横向力Fx通过楔形块34最终传递至桅杆21,使得通过较小尺寸的油缸31阻止桅杆21偏斜的功能得以实现。
上述实施例采用楔形块34与轴杆33的配合模式，也可以采用其他方式替代。图9是本发明另一实施例提出的旋挖钻机桅杆防偏斜装置的结构示意图，请参图9，本实施例与上述实施例的区别在于，轴杆33连接在转盘23的圆盘部231与活塞杆312的伸出端之间，转盘23的圆盘部231与活塞杆312的伸出端之间通过轴杆33铰接连接在一起，例如轴杆33可以固定连接至圆盘部231上，活塞杆312的伸出端可以设有轴杆孔314，轴杆33可转动地穿设在轴杆孔314内，如此，活塞杆312的伸出端不再设置上述实施例的楔形块34，活塞杆312的伸出端与桅杆21之间也不需接触。本实施例的防偏斜装置在钻孔作业时，假如岩土对桅杆21的横向反作用力F土有使桅杆21发生顺时针转动的趋势，转动中心为转盘23的中心，其产生的转矩为M＝F土*L1；在桅杆21发生顺时针转动趋势时，使得桅杆21左侧的轴杆33受到向上的力，该左侧的轴杆33对桅杆21施加的支反力F支向下，桅杆21右侧的轴杆33受到向下的力，该右侧的轴杆33对桅杆21施加的支反力F支’向上(F支和F支’均是被动力，其大小随着F土的变化而变化)，支反力F支和F支’从左右两侧的轴杆33经过活塞杆312、缸套311、及油缸座32的传递后最终施加在桅杆21上，支反力F支和F支’有使桅杆21发生逆时针转动的趋势，转动中心同样为转盘23的中心，此时左、右两侧的轴杆33对桅杆21同时产生逆时针方向的转矩，可标示为M’＝(F支+F支’)*L5，其中L5为F支和F支’相对转动中心的力臂长度；当M＝M’时，力矩平衡，桅杆21固定不动，阻止了桅杆21发生偏斜。也就是说，无论地面是平整还是朝任何方向倾斜，通过两侧油缸31的伸缩，在桅杆21调垂之后，岩土对桅杆21的横向反作用力F土所产生的转矩可以与其中一侧的轴杆33对桅杆21被动施加的支反力F支和F支’所产生的转矩相互抵消，在实施钻孔时，桅杆21都不会发生偏斜。
本发明实施例提出的旋挖钻机桅杆防偏斜装置，在钻孔作业时岩土对桅杆施加的横向反作用力F土使桅杆发生转动趋势时，转盘通过轴杆对桅杆施加被动的支反力F支，使支反力F支的转矩可以与横向反作用力F土的转矩相互平衡或抵消，可以保证旋挖钻机在实施钻孔时，桅杆不会发生偏斜，从而保证了钻孔不会发生偏斜，满足了施工需求，避免了不合格钻孔的发生，通过采用一套包括油缸以及轴杆等机械构件在内的防偏斜机构来实现桅杆的限位，限位可靠、振动小，且防偏斜机构采用油缸控制，与电控程序相结合，易于实现自动化操作。
本发明还提供一种旋挖钻机，该旋挖钻机具有上述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种旋挖钻机桅杆防偏斜装置，包括桅杆(21)以及安装在所述桅杆(21)上的转盘(23)，所述桅杆(21)可相对于所述转盘(23)偏摆转动，其特征在于：所述桅杆(21)的两侧各设有一套防偏斜机构(30)，每套防偏斜机构(30)包括油缸(31)以及轴杆(33)，所述油缸(31)在所述桅杆(21)的侧向竖直设置，所述油缸(31)的一端连接在所述桅杆(21)上，所述轴杆(33)设置在所述转盘(23)上且朝向所述油缸(31)的另一端伸出，在钻孔作业时岩土对所述桅杆(21)施加的横向反作用力(F土)使所述桅杆(21)发生转动趋势时，所述转盘(23)通过防偏斜机构(30)对所述桅杆(21)施加被动的支反力(F支)以限制所述桅杆(21)发生转动。
2.如权利要求1所述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置，其特征在于：两套防偏斜机构(30)相对于所述桅杆(21)的中心线对称地设置于所述桅杆(21)的两侧。
3.如权利要求1所述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置，其特征在于：每套防偏斜机构(30)还包括油缸座(32)，所述油缸座(32)设置在所述桅杆(21)上，所述油缸(31)与所述桅杆(21)连接的一端安装在所述油缸座(32)上。
4.如权利要求3所述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置，其特征在于：所述油缸(31)包括缸套(311)和可伸缩地设置在所述缸套(311)内的活塞杆(312)，所述缸套(311)固定安装在所述油缸座(32)上，所述轴杆(33)朝向所述活塞杆(312)的端部伸出。
5.如权利要求4所述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置，其特征在于：所述轴杆(33)固定连接在所述转盘(23)上，所述轴杆(33)与所述桅杆(21)的侧面之间具有间隙；每套防偏斜机构(30)还包括楔形块(34)，所述楔形块(34)固定连接在所述活塞杆(312)的伸出端上，且所述楔形块(34)夹在所述轴杆(33)与所述桅杆(21)的侧面之间的间隙内，所述楔形块(34)具有与所述轴杆(33)接触配合的楔形面，所述轴杆(33)与所述桅杆(21)的侧面之间的间隙大小介于所述楔形块(34)的最大厚度与最小厚度之间，所述活塞杆(312)带动所述楔形块(34)伸出时，所述楔形块(34)被夹紧在所述轴杆(33)与所述桅杆(21)的侧面之间。
6.如权利要求5所述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置，其特征在于：所述油缸座(32)位于所述轴杆(33)的下方，所述楔形块(34)的厚度从上至下厚度逐渐增大，所述活塞杆(312)伸出时带动所述楔形块(34)向上伸出并夹紧在所述轴杆(33)与所述桅杆(21)的侧面之间。
7.如权利要求5所述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置，其特征在于：所述转盘(23)包括圆盘部(231)，所述轴杆(33)固定连接在所述圆盘部(231)上且与所述圆盘部(231)垂直。
8.如权利要求4所述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置，其特征在于：所述转盘(23)包括圆盘部(231)，所述轴杆(33)固定连接至所述圆盘部(231)上，所述活塞杆(312)的伸出端设有轴杆孔(314)，所述轴杆(33)可转动地穿设在所述轴杆孔(314)内。
9.如权利要求4所述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置，其特征在于：所述桅杆(21)的侧向设有第一耳板(212)，所述缸套(311)的外壁设有与所述第一耳板(212)对应的第二耳板(313)，所述第一耳板(212)和所述第二耳板(313)固定连接在一起。
10.一种旋挖钻机，其特征在于：所述旋挖钻机具有如权利要求1至9任一项所述的旋挖钻机桅杆防偏斜装置。
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