旋挖钻机捞斗结构的设计

山西中北大学　梁伟　李国太

旋挖钻机捞斗结构的设计

山西中北大学梁伟李国太

旋挖钻机是一种适合于建筑工程中成孔作业的桩工机械，广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等施工工程中。在实际工况中，旋挖钻机出现故障是难免的。其中，以掉钻无法处理影响最大。处理不当甚至会造成工程工期的延误。本文简单分析了旋挖钻机掉钻这一工程事故产生的原因，并针对钻杆芯杆与方头的焊接处断裂造成的掉钻，设计了一种捞取结构，从而预防掉钻，节约施工成本。

旋挖钻机；旋挖钻杆；捞斗结构

1旋挖钻杆

旋挖钻杆是旋挖钻机进行钻孔作业的关键部件。目前，工程中所使用的旋挖钻杆主要为摩擦式钻杆主要包括摩阻杆和机锁式钻杆、机锁杆几种。摩阻杆只传递扭矩而不传递钻压。而机锁杆可以在各钻杆之间通过加压平台锁成一个刚性体对地层加压钻进。相比而言，摩阻杆的受力情况比较简单，事故发生率较机锁杆也明显减少。掉钻事故也多在机锁杆上发生。

2掉钻的原因及危害

在施工过程中，机锁杆一方面要承受动力头提供的大扭矩，使钻头做旋转切削动作；另一方面还要承受加压油缸通过动力头传递的加压力来实现钻头的加压钻进，同时考虑到冲击与振动的因素，钻杆的失效就常常出现在这个复杂的应力场中。而连接钻杆与钻斗的方头处是弯曲、扭转、压缩三种变形的组合。对钻杆方头处进行有限元分析得出，机锁式钻杆整体应力分布的最大应力出现在方头处，方头处的受力情况就机锁式钻杆整体而言属于应力集中点，这使得方头与钻杆焊接处极易折断而发生掉钻事故。从工厂的维修数据看，芯杆与方头焊接处断裂造成的掉钻事故也占多数。目前，掉钻事故的处理方法，主要有不捞取、人工捞取或在芯杆中装入钢丝绳或铁链进行捞取。但其对冲击载荷的承受能力较差，实际效果并不理想，或勉强捞出但对人力、物力造成很大的损耗，甚至严重影响工程进度。

3捞钻结构的设计

根据工程实际，并结合工人的经验，我们设计了一种捞取钻斗的结构主要用来预防掉钻和简化钻斗捞取方法，具体有以下两种方案。

方案1：在旋挖钻杆的芯杆内装入一提斗结构，该机构由心轴、弹簧、挡板和挡环组成（如图1）。首先把方头的内孔加工成台阶形状，然后取一心轴并在其一端焊接圆形挡板（挡板直径小于芯杆的内径），再把心轴装入方头的阶梯孔内，挡板与方头的台阶面接触，挡板与方头的内孔点焊（心轴就不会掉落，便于装配，同时也不影响方头与钻斗的装配）；其次在心轴的另一端装入挡环、弹簧，再在心轴端部焊接圆形挡板；最后把心轴装入芯杆中，并把挡环焊接到芯杆的内部，再完成方头与芯杆的焊接即可。

图1

图1中，挡板分别焊接在心轴两端；挡环与芯杆焊接；挡板与方头的内孔点焊；方头通过销轴与钻斗连接；弹簧装在挡板与挡环之间，起到缓冲冲击载荷的作用。

方案2：当方头的内孔孔径比较大时，可以不改变方头结构，而在心轴一端打孔，另一端同方案1，焊接圆形挡板，再套入弹簧、挡环，然后把挡环焊接在芯杆内部，再把心轴装入方头中，焊接芯杆与方头，心轴通过连接方头与钻斗的销轴连接。其中，芯杆内焊接的挡环要高于芯杆与方头焊接的焊缝一定的距离，这样就完成了捞斗机构的装配。当方头断裂后，芯杆与方头通过其内部的心轴连接起来，提升钻杆从而捞出钻斗。

图2

图2中，挡板焊接在心轴的一端；挡环与芯杆焊接，心轴的另一端用连接方头和钻头的销轴连接，方案2适合于方头内孔直径较大的情况，且可以减小心轴的长度。

4结语

以上两种方案在实际施工中已经有所应用，从售后维修的反应得出这种结构的效果还是可观的，节约了施工方捞钻的成本与工时。当然这种结构也有其自身的局限性，当钻杆在其他部位断裂时这种结构就发挥不了作用了，由于其较高的性价比且容易操作使用，也是一种不错的捞钻方法，希望能对施工有所帮助。

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梁伟，1987年11月出生，河南周口人，硕士，研究方向：深孔加工。