无钻杆钻孔机液压支护装置研究

　　随着我国经济的飞速发展,基础建设规模越来越大,基建项目越来越多,且建筑物正朝着高、大、重的方向发展,这为地基基础施工所使用的施工机械———钻孔机的普及与发展提供了良好的机遇,特别是青藏线等一批大工程的上马,极大地推动了我国桩工机械的发展[1].目前我国桩工机械技术普遍达到了国外90年代初的水平,并且已经实现了系列化、成套化.随着新技术的发展与应用,钻孔机最近几年得到了飞速发展^[2].

　　传统的钻孔机是由机械本体(底盘)、立柱和钻具3大部件组成.钻具通过钢丝绳悬挂在立柱上,动力头驱动钻杆、进而驱动钻具进行掘削岩土的作业,岩土对钻具的反作用力通过钻杆和动力头传递给机械本体(底盘),通过底盘与地面之间的摩擦力进行抵消[3].钻具的驱动扭矩和最大钻孔深度是钻孔机设计的两个关键参数.

　　由于最大钻孔深度是钻孔机设计的一个关键参数,最大钻孔深度的变化将直接导致钻孔机结构的变化,还会影响整机的稳定性和机动性,场内转移和转场均受到很大限制.

　　无钻杆钻孔机[4]由于采用了钢丝绳悬挂钻具的结构形式,使最大钻孔深度不再受其结构的限制,同时立柱也缩短了很多,增强了钻孔机的工程适应性,可真正实现钻孔机的微型化、多功能化、自动化和智能化.

　　1　无钻杆钻孔机结构

　　无钻杆钻孔机采用普通汽车式或履带式钻孔机的底盘结构;立柱高度大大缩短;钻具由绕过立柱顶部额头上滑轮的钢丝绳悬挂,其运动由卷扬机驱动;立柱上布置短轨道;不使用动力头结构,而仅加装一个回转定位套筒;将动力头与钻具合为一体;内藏式加压油缸布置在钻具的内部;整个钻具的上部安装一个液压支护装置,钻具在回转掘削岩土时的反作用力通过该装置传递给孔内壁进行抵销.因此液压支护装置是无钻杆钻孔机的关键技术之一.

　　2　液压支护装置的研究

　　液压支护装置结构如图1所示,由支护板、万向铰、支护液压缸(3或4个)、液压缸铰座、支撑平台板组成.支撑平台板下部连接钻具连接板和加压油缸,使钻具在回转切削岩土时的掘削扭矩能传递到该板上,并且钻进时能获得加压力.支护液压缸外伸时,使支护板挤压孔的内壁,支护板受到与其运动(或运动趋势)相反的摩擦阻力矩的作用,依靠该摩擦阻力矩来抵消钻具的掘削扭矩.因此支护液压缸的布置方式和液压力的大小是无钻杆钻孔机液压支护装置的关键技术所在.

　　钻具在切土过程中,钻具支护装置要受到孔壁施加给支护液压缸的反作用力F和加压油缸的反作用力-Fj的作用,要抵消这两个力对钻具的作用,使无钻杆钻孔机正常工作,支护液压缸就必须与沿支护平板径向方向成一定角度,并且与支护平板轴向成一定夹角,如图2所示.液压支护装置均受到两个力的作用:孔内壁面给支护液压缸的反作用力Ff=-F(与支护液压缸的推力大小相等,方向相反,作用在同一条直线上)和回转斗体施加的掘削扭矩M.