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1、1概述1.1旋挖钻机的主要构成部分1.1.1底盘结构底盘组件由加强上车体和可扩展行走部组成。上车体是钻机的机架，为整机的安装基础。上车体的中心装有液压系统的“中心回转接头”，将装于上车的液压系统工作油液传递到履带行走机构和履带伸缩机构。底盘主要包括车架及行走装置。行走装置则主要包括履带张紧装置、履带总成、驱动轮、承重轮、拖链轮及行走减速机等组成部分。早期的旋挖钻机由于是起重机外挂装置，因此采用的是起重机底盘或挖掘机底盘，现在也有一些厂家采用挖掘机底盘进行改装。其他一些厂家的旋挖钻机底盘一般为液压驱动、轨距可调、刚性焊接式车架、履带自行式的结构。目前国内旋挖钻机的底盘结构大小不一样，履带板宽度范
2、围一般在8001200mm之间，有些采用挖掘机底盘进行改装，有些采用国外厂家生产的专用旋挖钻机底盘。在底盘结构形式上也多种多样，有摆动伸缩式，有直接伸缩式，也有一些小型钻机采用非伸缩式底盘。国内的三一SYR220型旋挖钻机选用德国卡特彼勒330C底盘、内藏式液压可伸缩履带结构，该款履带提供较低的接地比压，提高施工时整机的稳定性和舒适性，且便于施工和运输。图1.11.底座 2.转台总成 3.回转支承 4.行走机构5.副卷扬总成 6.回转钻头 7.动力头 8.桅杆总成9.钻杆 10.提引起 11.滑轮杆1.1.2发动机系统旋挖钻机的发动机系统一般包括发动机、散热器、空滤器、消音器、燃油箱等。国外的
3、旋挖钻机一般采用梅赛德斯或卡特彼勒发动机。国内的旋挖钻机发动机有的选用国内的增压中冷式水冷发动机，也有的选用国内二汽东风康明斯发动机以适应不同客户的需求。其水散热器、空滤器等附件选用国内配套件，燃油箱自制。1.1.3变幅机构及钻桅的结构目前国内旋挖钻机的变幅机构一般采用两级变幅油缸，平行四边形连杆机构，上端以及变幅油缸两端具有万向节头便于调整。钻桅下端有液压垂直支腿，上端有两套轮滑机构，上下两端均可折叠，钻桅左右可调角度为5，前倾可调整角度为5，后倾可调整角度为15。三一集团SYR220型旋挖钻机的桅杆采用大箱形截面，为动力头和钻杆提供导向作用，具有良好的刚性和稳定性，抗冲击、耐振动、无需拆卸
4、的可折叠式结构能减少整机长度和高度，便于运输。采用流行的平行四边形结构，通过其上大臂油缸的作用，可使桅杆远离机体或靠近机体。通过桅杆角度的调整，可实现对桅杆工作幅度，运输状态桅杆高度，以及桅杆相对地面角度的调节，使其动作机动灵活，提高工作效率。1.1.4动力头的结构动力头是旋挖钻机的关键工作部件，其性能好坏直接影响钻机整机性能的发挥。动力头是钻机工作的动力源，主要作用是驱动钻杆、钻头回转，并能提供钻孔所需的加压力、提升力，能满足高速甩土和低速钻进两种工况。动力头为液压驱动，齿轮减速，钻进和抛土作业可实现双向旋钻，主要结构包括回转机构、动力驱动机构及支撑机构。回转机构主要有齿轮与钻杆互锁的套管，
5、以及由回转支承、密封等组成的两端支撑结构。动力驱动机构采用双变量马达带动减速机及小马达小减速机同时驱动钻进。抛土作业时，大减速机脱离，小马达小减速机工作，实现高速抛土。另外，支撑机构与滑槽、支座上盖与油缸连接件等组成部分，均为焊接结构件，充分考虑其内部润滑，有润滑油高度显示，加油口、放油口等，易于保养、维修。国内三一集团的动力头采用双变量液压马达驱动小齿轮，由小齿轮啮合大齿轮带动键套与钻杆配套，可根据不同地质条件自动无级改变旋转速度和输出扭矩。双速减速机还可实现高速甩土功能。动力头有独立的润滑、冷却和换速液压系统，确保动力头可靠高效地工作。SOILMEC R622HD钻机的动力头由三液压马达驱
6、动，其中有一马达同轴驱动齿轮，在反向抛土时，只依靠马达提供动力。国内的钻机一般只是有两液压马达提供动力，在反向抛土作业时，两马达均提供动力输出。意大利SOILMEC R622HD钻机的动力头反向旋转由单独机构实现，依靠此机构实现驱动齿轮与回转支承外齿轮的离合。国内的钻机是通过对减速器的更改来实现这一切的；国内的钻机与SOILMEC R622HD钻机及CMV钻机的动力头部分就机构上来讲，大体上是相似的，但SOILMEC R622HD钻机与CMV钻机的动力头更为相似，均为三液压马达驱动，减速器与液压马达之间有一抛土换向机构。由三马达正常驱动以单马达反向抛土驱动。CMV公司的钻机采用平行连杆机构加三
7、角形支承型式，动力头可按土层自动调整扭矩和转速。意马公司采用装有油浴式润滑的动力头。迈特公司系列旋挖钻机的动力头配有套管钻进增扭装置，钻机的摩擦钻杆驱动键的宽度和厚度较大，可锁式钻杆为短键嵌入式可保证快速加锁和解锁。从国际知名大公司的钻机产品我们可以看出带有离合机构的钻机是比较普遍的机型。采用恒定功率液压泵与变量液压马达配合，使动力头可根据地质条件自动改变其排量和压力，从而改变了输出扭矩及转速，即动力头具有土壤自适应特性；采用三档和离合器的减速机，用远程液压操纵换挡来实现钻机的低速钻进和高速抛土；液压换挡，操作简单方便，提高了机器的作业效率。采用2个小齿轮同时驱动1个处于同一水平内的大齿轮，有
8、利于增大齿轮所能传递的扭矩：齿轮中心连线为锐角三角形，使动力头结构紧凑。1.1.5转台的结构目前国内旋挖钻机的转台为整体焊接式结构，主纵梁为“工字”形截面，主要包括回转支承、转台主体、钻桅后支撑、配重等，钻桅后支撑位于配重前与转台主体用螺栓固定便于拆卸，配重采用分体铸造大圆弧结构，运输时可拆卸。国内旋挖钻机转台的结构不太一样，如R622-HD旋挖钻机回转平台整体上采用了高铰点、大截面结构，这也是2转台受力大、应力高的特点决定的。转台主梁为变截面工字梁结构，采用的是等强度设计，这种设计矩形梁设计具有重量轻、省材等优点。边梁设计与徐工集团RD18大致相同，采用大弧造型设计。转台上的布置与国内的具有
9、较大区别，在布置上显得更为紧凑些，主要区别是回转减速机前置，充分利用了前面的空间，主泵和液压油箱均放在转台左边，燃油箱放在转台右边油散热之前，这样管路布置不会太乱。后面配重也采用大圆弧设计，与边梁和机棚造型相适应。在整体紧凑，外观简洁同时，保证要求强度节省材料。1.1.6卷扬的结构国内外旋挖钻机的卷扬有主副卷扬两种。卷扬的结构采用卷扬减速机，具有卷扬、下方、制动功能，卷筒自行设计，主卷扬具有自由下方功能，而且能实现快、慢双速控制。主、副卷扬均配有压绳器。主卷扬是在钻进过程当中完成钻杆和钻头下放和提升等功能的机构，而副卷扬的主要功能是完成工地上所需的焊机钻头等附属物品的起吊。卷扬机构主要由液压马
10、达、内藏式卷扬减速器、卷扬筒、钢丝绳、压绳器等组成。卷扬减速器内部自带式摩擦片液压制动器，主要功能是停车制动；液压马达上带有液压制动阀。主卷扬的最大拉力由钻杆、钻斗、沙土的重量及起拔钻斗时阻力决定。1.1.7钻杆的结构旋挖钻机所使用的钻杆形式是决定钻机对地层的适应能力的重要因素。这是因为钻杆要将动力头的全部转矩一直传递到孔底的钻头上，并且还要将加压油缸的压力、动力头的自重和钻杆自重等钻压稳定地传递到几十米以下的钻头上，因此当钻进较硬的地层时，钻杆可能要同时承受大扭矩和大钻压，还要克服很大的弯矩，这样使得钻杆的受力条件变得非常复杂，如果钻杆本身的能力达不到要求，则很容易损坏。铠式钻杆可以分为摩擦
11、钻杆和锁紧钻杆两大类。摩擦钻杆是指钻杆上的键很只能靠摩擦来传递钻压的钻杆，而锁紧钻杆是指钻杆之间通过加压平台可以锁成一个刚性体对地层加压钻进的钻杆。摩擦咱干在提钻时不需要解锁，操作简单，但由于加压能力有限无法钻进较硬地层。锁紧钻杆的地层适应能力强，但需要解决提钻时可能对钻杆造成强烈冲击的问题。锁紧钻杆又可分为简单的加压式钻杆和六键式嵌岩钻杆。简单加压式钻杆只可以实现少量加压，因此不能真正适应坚硬地层的施工。而六键式嵌岩钻杆的加压平台宽大，可以稳定地传递较大钻压，又因为是六键结构，钻杆本身内抗失稳的能力很强，可以有效地克服钻杆细长杆效应。国内外的六键式嵌岩钻杆的简单锁紧式钻杆都可以实现加压，但是
12、这类钻杆也有不足，就是在提钻时必须先反转解锁，然后再卸土。正常的提钻顺序应该是钻杆由内向外依次上升，但是如果反转解锁不完全，就会造成某相邻两节钻杆尚未解锁就一起缩进外层钻杆，一般称为挂钻。而这两节钻杆继续往上运动时，受到轻微的扰动就会自动解锁，这样外面的钻杆就会悬空下落，对钻杆和动力头会形成强大的冲击。通常单节钻杆的质量为2t，假如钻杆从3m甚至8m高度自由落体冲击下来，冲击能量将非常大，如果没有保护装置，很容易造成动力头和钻杆的严重破坏。因此使用六键式或其他锁紧式加压钻杆必须配置动力头减振器。减振器包括弹簧装置和液压减振装置，能有效缓冲并吸收钻杆对动力头的冲击以及钻杆之间的冲击，保证锁紧式钻
13、杆的安全使用。国内外旋挖钻机的钻杆采用4节或5节伸缩内锁式钻杆，每节长度大约为13m，装配后总长不小于48m,采用高强度合金钢管，钻杆与动力头采用长牙嵌内锁式连接方式。顶端与上滑动板用无齿回转支承相连，下端带有弹簧缓冲，末节上端可滑转万向节与主卷钢丝绳相连，下端采用方形截面杆通过销轴与转头相连，每只钻头与方形截面杆相配，具有互换性。1.1.8钻头的结构钻头是决定旋挖钻机能否较好的适应复杂地层、提高功效的重要部件，目前国内外旋挖钻机的钻头共分3种常用的结构：短螺旋钻头（6002500mm）、回转斗钻头（8002500mm）和岩心钻钻头（8002500mm），如R622-HD旋挖钻机的钻头有:短螺
14、旋钻头、单层底旋挖钻头、 双层底旋挖钻头共四个（900、1000、800、1500）。目前国内外旋挖钻机钻头的3种常用的进土结构如下：（1）短螺旋钻头（如图1.2）。旋挖钻头主要以短螺旋钻头为主，靠螺旋叶片之间的间隙来容纳从孔底切削下来的土、沙砾等，这种钻头的结构简单、造价低。地层较好时，使用它也可达到好的效果，如果底层沙砾石较多或含水较多时，在提钻时很容易掉块，钻进效率低，甚至于不能成孔。 图1.2（2）单层底旋挖钻头（如图1.3）。在地下水位较高，含沙砾较多时的地层，大多数旋挖钻机均采用单层旋挖钻头钻进，用静压泥浆护壁，这种钻孔工艺已明显优于短螺旋钻头钻孔。最早的旋挖钻头是单层底，在底下方
15、有对称的两扇仅可向内方向打开的合页门。当钻头钻进时，孔底切削下来的土、沙砂经合页门压入头内；在提钻时，在斗内土砂的重力作用下，两扇门向下关闭以阻止砂土漏回孔内。由 图1.3于这种重力作用不是十分可靠，时常发生合页门关闭不严，造成砂土漏回孔内，降低了钻进效率，还会影响孔底清洁度。 （3）双层底旋挖钻头。其特点是两层底可以相对回转一个角度，以实现斗底进土口的打开与关闭。即在顺时针旋转切削时，底部的进土口味开放状态，当钻完一个回次后，将钻头逆时针旋转一个角度，致使进土口强行关闭，从而使切削物完整地保存在钻头内。实践表明，在复杂地层中，双层底钻头的钻进效率及孔底清洁度明显优于单层底钻头。1.2旋挖钻机
16、的工作原理旋挖钻机的基本工作原理是: 依靠动力头提供扭矩作用在钻杆和钻头上，使钻头作旋转切削的同时,加压油缸通过动力头传递加压力给钻杆和钻头,实现钻头的加压钻进。渣土进入钻头内,主卷扬提升钻杆钻头离开孔口。回转主机到一定角度,打开钻头底门,倒出渣土,合上斗门,回转对中孔位,下放钻杆,再次把钻头放入孔内,循环作业实现钻进。1.3旋挖钻机的使用范围随着我国国民经济的快速发展,基建工程大量上马,基础工程不断增多,旋挖钻机的使用也就越来越普及。旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械,广泛应用于高速铁路、客运专线、市政建设、公路桥梁、高层建筑等基础工程。配合不同钻具,适应于干式(短螺旋) 、
17、湿式 (回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业,旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活,施工效率高及多功能等特点。目前旋挖钻机已广泛应用于各种钻孔灌注桩工程。旋挖钻机可适用于各种地层中0 时，在一定的IF 作用下，所对应的IC 基本上与VCE无关。IC 与IF 之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。(3)光电耦合器可作为线性耦合器使用。在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于
18、开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。3.光电耦合器件主要性能研究光耦的基本结构是将光发射器(红外发光二极管、红外LED) 和光敏器(硅光电探测敏感器件) 的芯片封装在同一外壳内，并用透明树脂灌封充填作光传递介质，通常将光发射器的管脚作输入端，光敏器的引脚作为输出端，当输入端加电信号时，光发射器发出的光信号通过透明树脂光导介质投射到光敏器后，转换成电信号输出，实现了以光为媒介的电光电信号转换传输，并在电气上是完全隔离的。(1)隔离性能，输入端与输出端完全实现了电隔离，其绝缘电阻RISO一般均能达到10
19、10 以上，绝缘耐压VISO在低压时都可满足使用要求，高耐压一般能超过l kV，通过增加屏蔽有的可达10kV 以上。(2)光信号单向传输，输出信号对输入端无反馈，用光学器件限制光的范围可有效阻断电路或系统之间的电联系，但并不切断他们之间的信号传递。(3)通过增加保护装置使光信号不受电磁干扰，工作稳定可靠。(4)采取光学器件的保护和电磁屏蔽提高抗共模干扰能力，能很好地抑制干扰并消除噪音。(5)合理设计逻辑电路连接。可以使光发射和光敏器件的光谱匹配十分理想，响应速度快，传输效率高。从应用方面看，要求光耦在不同的应用场合，具有各自相应的特性，电流传输比CTR 大，线性度好，绝缘电压高，高速大容量，导通后压降小。光耦的耦合效率( 即CTR) 和隔离特性是其主要的诱人之处，研发的产品种类可满足不同场合的需求，提高电子线路的可靠性。4.光电耦合器件的作用由于光耦种类繁
