CN104649172B - 一种旋挖钻机及其卷筒、卷扬系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋挖钻机及其卷筒、卷扬系统。该卷筒分为第一段和第二段，所述第一段和第二段上设置有旋向相反的绳槽，所述第一段和第二段之间设置有中间过渡台，用于引导绳索从第一段的第二层卷绕至第二段的第一层。本发明在满载荷时，绳索可位于第二段的第一层，由卷筒直接承受负荷，接触应力低，绳索使用寿命长。本发明能充分利用动力系统的性能，此外还可降低作业时绳索经过常规爬台的频率。

Description

一种旋挖钻机及其卷筒、卷扬系统

技术领域

本发明主要涉及桩工机械技术领域，具体地说，涉及一种旋挖钻机卷筒、卷扬系统，以及设置有该卷筒、卷扬系统的旋挖钻机。

背景技术

随着我国国民经济建设的快速发展，各种大型工程的加速建设，桩孔施工现场对旋挖钻机的需求越来越广泛。旋挖钻机通常使用伸缩式钻杆，该钻杆连接卷扬系统，该卷扬系统一般包括可转动的卷筒，以及在卷筒上卷绕的绳索(一般为钢丝绳)。

随着钢丝绳的下放，外层钻杆重量逐步由动力头承担。也就是说，当深度为0～L(L为单节钻杆长度)时，钢丝绳及卷筒承担全部钻杆重量，深度为(L～2L)时，钢丝绳及卷筒承担的重量等于全部钻杆重量减去一节杆的重量，并依此类推。

现有技术中，旋挖钻机采用的卷筒通常为多层缠绕的双折线卷筒，钢丝绳绳端固定在卷筒一端，并向另一端缠绕，第一层缠满后经爬台上二层继续缠绕。这就造成了卷筒上的第二层钢丝绳载荷大于第一层钢丝绳，钢丝绳的层间接触压力很大；并且在马达减速机配置相同的情况下，由于第二层钢丝绳缠绕直径大于第一层钢丝绳缠绕直径，其输出的拉力要小于第一层钢丝绳拉力，然而其载荷却大于第一层钢丝绳载荷，受力不够合理，不能充分发挥液压动力系统的性能。

此外，旋挖钻机运输状态的钢丝绳在卷筒上缠绕的圈数要大于工作状态钢丝绳在卷筒上缠绕的圈数。为了保证钢丝绳的使用寿命，设计时钢丝绳的缠绕层数一般不大于二层，工作时一般缠绕到卷筒二层的一半左右。这样在施工过程中，由于二层钢丝绳容绳量较少，钢丝绳需要经常经过爬台在二层与一层之间切换，在切换过程中钢丝绳的支撑条件较差，接触压力高，极易造成钢丝绳报废。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种旋挖钻机卷筒，可解决现有技术中绳索受力不合理、易于疲劳损坏的缺陷或至少其中之一。

本发明的旋挖钻机卷筒，分为第一段和第二段，所述第一段和第二段上设置有旋向相反的绳槽，所述第一段和第二段之间设置有中间过渡台，用于引导绳索从第一段的第二层卷绕至第二段的第一层。

进一步地，所述第一段和第二段的直径相同。

进一步地，所述旋挖钻机卷筒的外壁沿周向依次分为第一平行区、第一交叉区、第二平行区、第二交叉区，所述第一平行区、第二平行区的绳槽与旋挖钻机卷筒的轴线垂直，各平行区的绳槽与相邻交叉区的绳槽形成双折线。

进一步地，所述第一段的端部设置有爬台，用于引导钢丝绳从第一段的第一层卷绕至第一段的第二层。

本发明的另一个方面，还提供一种旋挖钻机卷扬系统，包括可转动的卷筒，以及在所述卷筒上卷绕的绳索，所述卷筒分为第一段和第二段，所述绳索的第一端固定在所述卷筒上，所述绳索在所述第一段上卷绕二层后，在所述第二段开始卷绕第一层，所述绳索的第二端连接旋挖钻机的钻杆。

进一步地，所述绳索在所述第二段卷绕二层后，在所述第一段开始卷绕第三层。

进一步地，所述第一段和第二段之间设置有中间过渡台，用于引导绳索从第一段的第二层卷绕至第二段的第一层。

进一步地，所述第一段和/或第二段上设置有用于引导钢丝绳的双折线绳槽。

进一步地，所述第二段上设置有螺旋绳槽。

本发明的另一个方面，还提供一种旋挖钻机，所述旋挖钻机设置有前述任一项的旋挖钻机卷筒，或者前述任一项的旋挖钻机卷扬系统。

本发明的旋挖钻机卷扬系统，将卷筒分为第一段和第二段，在满载荷时，绳索可位于第二段的第一层，由卷筒直接承受负荷，相对于现有技术由第一层绳索支撑而言，本发明接触应力低，因而能提高绳索的使用寿命。

由于满载工作时的绳索缠绕直径与卷筒直径相同，在使用同样动力系统的前提下，相同扭矩能承受更大载荷，可更充分地利用动力系统的性能。另外，由于本发明降低了常规爬台的使用频率和绳索经过爬台的载荷，改善了绳索受力状态。

在进一步的技术方案中，本发明在第一段和第二段之间设置中间过渡台，与常规卷筒位于端部的爬台相比，该中间过渡台不存在绳索轴向反向的问题，故受力状态好，挤压小，避免了绳索的疲劳损坏。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一实施例的旋挖钻机卷扬系统的原理图；

图2是本发明一实施例的旋挖钻机卷筒的结构示意图；

图3是本发明一实施例的旋挖钻机卷筒的绳槽展开图。

附图标记说明：

卷筒-100 绳索-200

第一段-110 第二段-120

中间过渡台-130 爬台-140

第一交叉区过渡台-131 第一平行区过渡台-13a

第二交叉区过渡台-132 第一平行区-111

第二平行区-112 第一交叉区-121

第二交叉区-122

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了表述上的清楚简要，本发明使用了术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”，其主要用于区分不同的部件，但不对部件进行具体限制。

图1所示是本发明一实施例的旋挖钻机卷扬系统的原理图，该卷扬系统用于在旋挖钻机的钻进作业过程中收放钻杆。该卷扬系统至少包括可转动的卷筒100，以及在卷筒100上卷绕的绳索200，卷筒100以一个方向转动时，绳索200放出；卷筒100以另一个方向转动时，绳索200收回。该卷筒100还可连接马达、减速机等动力及传动系统，具体可参考现有及改进的技术。该绳索200优选为旋挖钻机领域常用的钢丝绳，当然也可以为其它可能。

前述卷筒100分为第一段110和第二段120，绳索200的第一段110固定在卷筒100上，固定位置可以是第一段110、第二段120的其中一个，或者其它可能。绳索200在第一段110上卷绕二层后，在第二段120开始卷绕第一层，绳索200的第二端(直接或间接)连接旋挖钻机的钻杆。

在图1所示的原理图中，标号0-18表示绳索200卷绕的次序，其中标号0指绳索200的固定端，标号1-4形成第一段110的第一层，标号5-9形成第一段110的第二层，之后从9卷绕至10，即从第一段110的第二层卷绕至第二段120的第一层，标号10-13形成第二段120的第一层，标号14-18形成第二段120的第二层。

为了符合旋挖钻机的实际使用工况，并且保证绳索200的使用寿命，优选在绳索收拢状态，即旋挖钻机运输状态时，绳索200在第一段110卷绕二层，在第二段120卷绕二层。当然，还可在第二段20卷绕二层后，在第一段110开始卷绕第三层，能提高绳索200的总长度，满足旋挖钻机的实际使用需要。

作为一种最佳使用方案，优选旋挖钻机的作业过程如下：准备作业时，第二段120的第二层绳索200放出，以便于连接钻杆与绕过滑轮；开始作业时(满载荷状态)，绳索200仅位于第二段120的第一层(即图1中10-13所示位置)；在之后的作业时，随着钻杆的进一步下放，第一段110的第二层及第一层卷绕的绳索200也逐渐地放出。

根据旋挖钻机绳索的受力特点，发现其载荷随钻孔深度的增加而减小，反应到绳索200上即为距离固定端越远受力越大。前述实施例通过改变绳索200在卷筒100上的缠绕次序，使得绳索200在满载时由卷筒100支撑，降低钢丝绳的接触应力，相对于现有技术由第一层绳索支撑而言，能显著提高绳索200的使用寿命。此外，由于满载工作时的绳索缠绕直径与卷筒直径相同，在使用同样动力系统的前提下，相同扭矩能承受更大载荷，可更充分地利用动力系统的性能。

为了便于绳索200之间的相互挤压，优选第一段110和第二段120之间设置有中间过渡台130，用于引导绳索200从第一段110的第二层卷绕至第二段120的第一层。与常规卷筒位于端部的爬台相比，该中间过渡台130不存在绳索轴向反向的问题，故受力状态好，挤压小，避免了绳索的疲劳损坏。

为了对绳索200在卷筒100第一层的卷绕起到导向作用，卷筒100外壁还可设置多种可能结构的绳槽。优选第一段110和/或第二段120上设置有用于引导钢丝绳的双折线绳槽。由于第一段110和第二段120上的绳索200旋向不同，各双折线的方向也相应不同。作为另一种可能方式，第二段120上设置有螺旋绳槽，同样能够实现本发明的技术效果。各段上层的绳索200可位于下层相邻的绳索200中间所形成的区域，如图1中的标号6位于标号3和标号4的上方中间。

图2所示本发明一实施例的旋挖钻机卷筒100的结构示意图，分为第一段110和第二段120，第一段110和第二段120上设置有旋向相反的绳槽，第一段110和第二段120之间设置有中间过渡台130，用于引导绳索200从第一段110的第二层卷绕至第二段120的第一层。第一段110和第二段120的绳槽的其中一个为左旋，则另一个为右旋。

需要说明书的是，图2所示的绳槽数量与图1所示的绳槽数量并不一致，各图仅是原理性和示意性表示，以便于更清楚的说明本申请的技术方案，本发明并不受限于绳槽的具体数量。此外，本领域技术人员应当清楚，该绳槽还可以采用多种可能的绳索引导部件作为等同替代。

由于各绳槽主要是用于引导第一层的绳索200，而中间过渡台130是为了实现绳索200从上第二层至第一层的过渡，因而中间过渡台130部分位置的高度要高于绳槽的高度。前述高度是指各部件顶部至卷筒轴线的距离。中间过渡台130可引导绳索200卷绕少于一圈，也可多于一圈，如卷绕270°、630°或其它多种可能，本发明并不受限于此。卷绕圈数增加时，中间过渡台130的宽度相应增加。

作为一种优选，参考图3所示的旋挖钻机卷筒100的绳槽展开图，该卷筒100的外壁沿周向依次分为第一平行区111、第一交叉区121、第二平行区112、第二交叉区122，第一平行区111、第二平行区112的绳槽与旋挖钻机卷筒100的轴线垂直，各平行区的绳槽与相邻交叉区的绳槽形成双折线。当然，前述各平行区和交叉区也分为第一段和第二段。在图3中，270°-360°的位置形成第一平行区111，0-90°的位置形成第一交叉区121，90°-180°的位置形成第二平行区112，180°-270°的位置形成第二交叉区122。当然，也可在其它多种可能的角度范围分区。

相应地，中间过渡台130优选包括第一交叉区过渡台131、第一平行区渡台13a和第二交叉区过渡台132，实现从第一段110第二层至第二段120第一层的P/2(P为卷筒节距)换向。该中间过渡台130不存在绳索轴向反向的问题，故受力状态好，挤压小，避免了绳索200的疲劳损坏。

此外，优选卷筒100的第一段110的端部设置有爬台140，用于引导钢丝绳从第一段110的第一层卷绕至第一段110的第二层。当然，卷筒100的第二段120端部也可设置爬台140。

除了前述实施例的旋挖钻机卷扬系统及卷筒100外，本发明还提供一种设置有前述实施例的旋挖钻机。该旋挖钻机的其它结构如钻杆、动力系统等可参考现有及改进的技术，本文在此不进行赘述。本发明的旋挖钻机具有绳索受力好、挤压小、使用寿命长等优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种旋挖钻机卷筒(100)，其特征在于，所述旋挖钻机卷筒(100)分为第一段(110)和第二段(120)，所述第一段(110)和第二段(120)上设置有旋向相反的绳槽，所述第一段(110)和第二段(120)之间设置有中间过渡台(130)，用于引导绳索(200)从第一段(110)的第二层卷绕至第二段(120)的第一层，绳索(200)在所述第二段(120)卷绕二层后，在所述第一段(110)开始卷绕第三层。

2.根据权利要求1所述的旋挖钻机卷筒(100)，其特征在于，所述第一段(110)和第二段(120)的直径相同。

3.根据权利要求1所述的旋挖钻机卷筒(100)，其特征在于，所述旋挖钻机卷筒(100)的外壁沿周向依次分为第一平行区(111)、第一交叉区(121)、第二平行区(112)、第二交叉区(122)，所述第一平行区(111)、第二平行区(112)的绳槽与旋挖钻机卷筒(100)的轴线垂直，各平行区的绳槽与相邻交叉区的绳槽形成双折线。

4.根据权利要求1-3任一项所述的旋挖钻机卷筒(100)，其特征在于，所述第一段(110)的端部设置有爬台(140)，用于引导绳索(200)从第一段(110)的第一层卷绕至第一段(110)的第二层。

5.一种旋挖钻机卷扬系统，包括可转动的卷筒(100)，以及在所述卷筒(100)上卷绕的绳索(200)，其特征在于，所述卷筒(100)分为第一段(110)和第二段(120)，所述绳索(200)的第一端固定在所述卷筒(100)上，所述绳索(200)在所述第一段(110)上卷绕二层后，在所述第二段(120)开始卷绕第一层，所述绳索(200)的第二端连接旋挖钻机的钻杆，所述绳索(200)在所述第二段(120)卷绕二层后，在所述第一段(110)开始卷绕第三层。

6.根据权利要求5所述的旋挖钻机卷扬系统，其特征在于，所述第一段(110)和第二段(120)之间设置有中间过渡台(130)，用于引导绳索(200)从第一段(110)的第二层卷绕至第二段(120)的第一层。

7.根据权利要求5-6任一项所述的旋挖钻机卷扬系统，其特征在于，所述第一段(110)和/或第二段(120)上设置有用于引导绳索(200)的双折线绳槽。

8.根据权利要求5-6任一项所述的旋挖钻机卷扬系统，其特征在于，所述第二段(120)上设置有螺旋绳槽。

9.一种旋挖钻机，其特征在于，所述旋挖钻机设置有权利要求1-4任一项所述的旋挖钻机卷筒(100)，或者权利要求5-8任一项所述的旋挖钻机卷扬系统。