螺杆桩机上用的大扭矩动力头

摘要：螺杆桩是建筑桩基础中节能减排桩型，是压灌入混凝土挤土桩型。由于地质条件的复杂性，多样性（如硬夹层等），对成桩设备的动力头输出扭矩要求很高。本文主要介绍螺杆桩机上用的大扭矩动力头结构、特点及实用情况，该动力头具有机构简单，输出扭矩大，质量轻，调速范围大，噪音低，使用寿命长等优点。

关键词：螺杆桩;动力头;行星减速器;圆弧齿轮减速器

1.背景技术

在建筑桩基础领域中，螺杆桩已经大面积推广应用。现在的螺杆桩设备所用的动力头一是采用一级行星减速与三环齿减速相结合，输出扭矩在250KN·m之内，二是采用二级行星减速与斜齿轮减速相结合，输出扭矩在350KM·m之内，对软地层小桩径（如Φ400 – Φ500 ）螺杆桩的施工能基本满足要求，在较硬及复杂地层（如硬夹层）的施工及大桩径（如Φ600 – Φ700）的施工很难完成。三环齿减速和斜齿轮减速的输出扭矩如果增大，势必造成减速器体积的增大，整个动力头质量的增大。由于在桩基础施工过程中，动力头是悬挂在桩机主塔上，动力头质量直接影响桩机的行走稳定性和安全性。根据实际需要提供一种质量轻，输出扭矩大，结构简单，安装维护方便，噪音低，寿命长的动力头很有必要。

2.动力头的结构

如图1、2、3所示。

动力头是由调速电动机（1）、三级硬齿面行星减速器（2）、减速器联接架（3）、圆弧齿轮减速器（4）和混凝土注入器（5）等组成。圆弧齿轮减速器（4）的两件渐开线花键输入轴齿轮（6）对称设置;三级硬齿面行星减速器（2）的输出端内渐开线花键套通过减速器联接架（3）与圆弧齿轮减速器（4）的渐开线花键输出轴（6）相配合;混凝土注入器（5）位于圆弧齿轮减速器（4）中心主轴（23）的上方，其内套（33）与主轴（23）相联接;支架（29）與主轴上盖（8）相联接;调速电动机（1）与三级硬齿面行星减速器（2）相联。

2.1圆弧齿轮减速器的结构

此减速器为一双输入单输出结构减速器。两个输入端对称设置，输入端联接处为渐开线花键轴，输出端为一法兰盘。它是由输入轴齿轮（6）、透盖（7）、主轴上盖（8）、密封圈（9）、主轴套（10）、O型圈（11）、推力调心滚子轴承（12）、中心圆弧齿轮（13）、圆锥滚子轴承（14）、密封圈（15）、箱盖（16）、箱体（17）、闷盖（18）、推力球轴承（19）、平垫（20）、锁紧螺母（21）、键（22）、主轴（23）、输出法兰（24）、套（25）、主轴下盖（26）、键（27）、调整垫（28）、O型圈（34）和推力调心滚子轴承（35）等组成。箱盖（16）与箱体（17）通过螺栓等紧固件联接成为一刚性箱组件。主轴（23）通过键（27）与中心圆弧齿轮（13）相联接，通过主轴上盖（8）、推力调心滚子轴承（12）、调整垫（28）、推力球轴承（19）、推力调心滚子轴承（35）、主轴下盖（26）等件将主轴定位在刚性箱组件上;通过密封圈（9）、套（10）、O型圈（11）、O型圈（34）、套（25）实现箱内密封;通过键（22）、平垫（20）、锁紧螺母（21）将法兰（24）固定在主轴输出端。输入轴齿轮通过两组圆锥滚子轴承（14）及透盖（7）、闷盖（18）固定在刚性箱组件上，两组齿轮传动为圆弧齿轮啮合。

2.2混凝土注入器的结构

它是由支架（29）、密封套（30）、联接管（31）、密封圈组（32）、内套（33）等组成。支架（29）固定在主轴上盖（8）上，内套（33）与主轴（23）相联接，并随主轴转动，密封套（30）与内套（33）通过密封圈组（32）实现相对转动并密封。

3.动力头的结构特点

如图1、2、3所示。

3.1圆弧齿轮减速器采用圆弧齿轮啮合传动，没有根切现象，输入轴齿轮的齿数可取到6-8齿，与斜齿轮减速器相同速比的情况下，圆弧齿轮减速器的体积小得多;圆弧齿轮传动啮合齿轮的综合曲率半径较大，齿轮具有较高的接触强度，齿轮的承载力至少为渐开线斜齿轮传动的1.75-2倍;圆弧齿轮传动具有良好的磨合性能，啮合齿面积大，且啮合过程中主要是滚动摩擦，啮合齿面间的油膜较厚，啮合摩擦损失大为减小（约为渐开线齿轮传动的一半），传动效率高，可达0.99左右，噪声低。体积小，质量轻，传动比大，传动载荷大，传动效率高，噪声低是圆弧齿轮减速器的特点。

3.2三级硬齿面减速器与圆弧齿轮减速器采用渐开线花键联接，传动扭矩大，拆装维修方便。

3.3混凝土注入器各零件安装都有定位基准，保证了密封圈组的可靠密封作用，杜绝不同轴回转造成的密封圈组磨损过快，导致漏浆。

4.实际应用

在ZLG22A型螺杆桩机上采用了这种动力头装置，额定输出扭矩为450KN·m，转速0-10r/min，在实际施工中，对于较硬地层条件，复杂型（含硬夹层等）地质条件施工，大径（Φ600 – Φ700）螺杆桩质量都得到了开发单位的认可。

参考文献：

[1]沈保汉.螺杆灌注桩施工技术[J]建筑技术，2010.（5）417～419

[2]成大先.机械设计手册 （第五版） 第3卷，化学工业出版社，2008.1

[3]桩基工程手册编写委员会. 桩基工程手册[ M ].北京： 中国建筑工业出版社， 1995.

作者简介：郭海艳（1965-），女，满族，辽宁锦州人，大学本科，毕业于黑龙江科技学院机械设计专业，一直从事工程机械及相关科研项目研究工作，高级工程师。