长螺旋钻机动力头振动原因分析与解决措施探讨

卜艳娇

摘 要：本文主要对长螺旋钻机动力头振动的原因进行分析，并且在此基础上提出解决的措施，通过实际的装机试验验证表明，对长螺旋钻机改进的效果比较明显。

关键词：长螺旋钻机；动力头；振动原因；解决措施；装机试验

长螺旋钻机动力头有三种，分别是行星动力头、液压动力头以及三环减速机构动力头。行星动力头与液压动力头的造价成本与维护成本比较高，因而应用的比较少，但是三环减速机构动力头因维护成本比较低，因而在使用的时候更具一定的可靠性[1]。由此可见，当前我国钻机应用最广泛的还是三环减速机构动力头。在工作期间，三环减速机械是由两个电机通过联轴器带动运转的，通过动力作用带动钻杆转动，进而实现钻孔的目的。当前，长螺旋钻机钻孔的最大直径长1.2米，深35米。因为钻杆长38米，因而在起钻的时候，动力头一般情况下是处在40米左右的机架上。高度如此之高，一旦动力头出现振动，整个机架就会跟着振动。如果共振的时候，机架就会振动的更加厉害，进而对机器的轴承以及机架的焊缝会造成一定的破坏，增加桩机的故障率，缩短了其寿命，对主机的安全性能也是无法有效的保障的[2]。

一、长螺旋钻机动力头振动的原因分析

（一）三环减速机构动力头的结构分析

三环减速机构动力头的结构主要是由箱体、两个输入曲轴、两个电机以及三个齿环板、大齿轮等主要的零部件组成，如下图一所示，每块齿环板两端的孔都与各自的曲轴联接。

（二）长螺旋钻机动力头的工作原理分析

三环减速机构动力头的动力源是装在箱体上的两台电力，每台电机的功率都是55kw，如上图一所示，两台电机分别通过各自的曲轴对自身的齿环板作平面重复的运动。齿环板会间歇性的对中间的大齿轮进行推动性的旋转，中间转动的大齿轮会带动装在主轴上的螺旋钻具转动。

（三）振动原因分析

长螺旋机动力头的每个零部件都是经过技术检测，是符合规定的标准的。对于每个转动的零部件同样也做了相关的动力平衡检测，排出了因为不平衡而造成的动力现象[3]。但是在具体的应用过程中依旧会存在一定的振动现象。下面从长螺旋钻机的机构以及传动路线两个方面对振动的原因进行分析。长螺旋钻机是两个动力源电机，分别通过其同步的曲轴，进而传给同一块齿环板的两端。一旦两个曲轴的动力源电机旋转受到不同阻力以及不同参数的影响，那么曲轴的角速度就无法实现同步[4]。齿环板是与曲轴连接在一起的，必然会受到不同程度的振动。也就是说，造成长螺旋机动力头振动的根本原因是两个曲轴在旋转的过程中角速度没有实现完全的统一。

二、解决长螺旋钻机动力头振动的措施

由三个齿轮组成一个同步传动的齿轮系，齿轮系的主要作用不是用于动力的传递，而是要保证两个输入曲轴的转角实现完全的一致，避免因为曲轴的旋转角速度不同产生一定的振动，可以说齿轮系存在的主要目的还是减少长螺旋机动力头的振动。

三、对同步齿轮主要参数进行确定

（一）确定同步齿轮的模数

一般情况下，不同步齿轮模数的确定只需要考虑强度就行，但是同步齿轮的模数确定主要还是考虑齿轮的分度，自然是齿轮分度越小越好。但是不仅仅是考虑分度，对于齿轮的磨损度也是要考虑的。因而在对同步齿轮模数进行确定时需要遵循一定的实验原则：m同 =m环×40%，m同是同步传动轮系中齿轮的模数，m环是齿环板齿的模数。比如480三环减速机，齿环板齿的模数是m环=20，那么同步传动系统中齿轮的模数就是m同 =20×40% =8。同步传动系统中齿轮的模数为m同=8比较合适。

（二）确定同步齿轮的宽度

关于同步齿轮的宽度的确定主要还是对轮辐的厚度以及齿宽的确定。对于齿轮的宽度不需要对其强度进行考虑，但是需要考虑齿轮的刚性[6]。通过实验得知，一般情况下，轮辐的厚度在20—25mm范围之内；齿轮的宽度在30—40mm范围之内。比如580三环减速机，其比较科学合理的轮辐厚度为25mm，齿轮的宽度为35mm。

（三）确定同步齿轮分度圆直径

在对同步齿轮分度圆直径进行确定之前首先要考虑两个同步轮的直径，尽量最大化的进行考虑。因为同步齿轮的直径越大，其齿轮的数量就越多，有利于实现同步传动。要按照箱体的空间大小尽可能大的同步齿轮分度圆直径，之后再根据中心距的尺寸对过渡轮的分度圆直径进行确定。比如，480 三环减速机同步轮分度圆直径最大可以是200mm，那么根据中心距480mm，过渡轮分度圆的直径D=480×2-200/2×2=760mm。

结语：

综上所述，想要解决动力头的振动问题可以应用新型同步轮系结构的三环减速机。不仅故障率有所减低，就连减速机的轴承寿命也会在一定程度上得到有效的延长，保障了长螺旋机的安全可靠性能。

参考文献

[1]潘建伟，黄潮松，尹登旺. 长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼成桩质量控制措施[J]. 施工技术，2014，06：5-7.

[2]张士学，李浩雷，朱毅. 旋挖钻机主要功能件的研析[J]. 建设机械技术与管理，2014，01：116-118.

[3]于立君，赵优. 某超高层建筑钻孔灌注桩的质量控制[J]. 长春工程学院学报（自然科学版），2014，02：26-29.

[4]周馥隆，张继光，朱章国，杨小军. 旋挖钻机的“挖潜”运动[J]. 工程机械与维修，2012，02：154-156+158-160+22.

[5]李智杰. 郑西高铁在含有姜石钙质结核层黄土地区CFG桩施工分析[J]. 交通世界（建养.机械），2012，09：136-137.

[6]于飞，焦生杰，葛鹏，夏北，王艳. 旋挖钻机动力头密封结构改进[J]. 建筑机械化，2012，11：54-55+73+4.

通过上文的分析，我们得知，长螺旋钻机动力头之所以出现振动，其原因还是两个曲轴在旋转的过程中没有实现完全的统一。解决曲轴旋转的同步的问题也就解决了动力头振动的问题[5]。为了有效的保障两个曲轴在旋转过程中实现同步，需要在不改变三环减速机构总体结构的基础上，分别在两个曲轴的输入段安装同步齿轮，要保证这两个同步齿轮的参数完全一致。在中间的主轴安装过渡齿轮，如上图二所示。