螺杆桩机专用卷扬机的研制

卢兆会（东北煤田地质局一二八勘探队，辽宁沈阳110122）

螺杆桩机专用卷扬机的研制

卢兆会（东北煤田地质局一二八勘探队，辽宁沈阳110122）

螺杆桩是建筑桩基础中的一种新型节能减排桩，是非排土桩。它具有承载力高、成本低、无泥浆护壁、无振动，是国家一级工法桩。它的施工对设备的同步控制技术要求很高。提升和加压卷扬机是同步控制技术的关键部件，由原来的双卷筒卷扬机改为大径单排绳、正反双出绳的单卷筒卷扬机，简化了同步控程序，提高了同步控制精度和施工效率。

螺杆桩机；单排绳正反双出绳；双制动；同步控制技术

1 概述

螺杆桩机是建筑桩基础螺杆桩施工的专用设备。螺杆桩是一种新型的节能减排挤土桩，具有无排土、承载力强、施工成本低等优点。其形状像一根螺丝杆，它的上部是一柱体段，下部是一螺牙段。螺牙段与周围岩土的结合形式像一旋合的螺旋副，螺牙的抗剪切能力决定了螺杆桩的承载能力。可见螺牙段周围岩土的抗剪切能力不仅与岩土的性质有关，还与挤孔成螺牙的工艺有关。螺杆桩施工工法要求，螺杆钻具每转一周，钻具向下钻进或向上提升一个螺距，保证岩土所成螺牙的稳定性，防止产生螺牙被扰动，从而影响成桩的承载能力。螺杆桩机的关键技术是钻具旋转与钻进（或提升）速度同步性控制，即钻具每转一周，钻具向下钻进（或向上提升）一个螺距，从而保证桩孔壁所成螺牙岩土的无扰动，保证原始岩土的应力状态。钻具的旋转是由直流调速电机驱动动力头减速器而产生的，直流调速电机、动力头减速器及钻具间皆为刚性联接。钻具的向下钻进及向上提升分别是通过主卷扬加压钢丝绳和提升钢丝绳带动动力头减速器来实现的。钻具同步技术的控制是以钻具的设定转速为基准，通过加压和提升钢丝绳的速度传感器反馈信号来调节主卷扬调速电机的转速，以满足同步控制要求。

原有的卷扬机采用单调速电机通过减速器带动两个卷筒分别工作。一个卷筒用于提升，另一个卷筒用于加压，两卷筒间是通过齿轮换向进行分别工作。由于螺杆桩机安装和运输的限制，两卷筒均采用钢丝绳多层缠绕的方式，最多可到8～9层之多。这样卷筒在收放绳时绳速变化较大，特别是钢丝绳的不规则缠绕，会造成绳速的突变，会给控制系统带来很大的麻烦。通常情况下，卷扬机的转速是根据绳速传感器的反馈信号来调节的，绳速的不稳定性、无规律性变化直接影响了同步控制的效果，导致施工中所成的岩土螺牙抗剪强度降低，从而影响了成桩的承载能力。

针对螺杆桩机上卷扬机存在的诸多问题，为了有效地推广螺杆桩，经过队里机械技术人员的共同努力，通过反复试验，研制了螺杆桩机专用的新型卷扬机，并应用到施工现场，得到了很好的评价。

2 主要结构

如图1所示，它是由交流变频电动机带动、大直径、单卷筒、单排绳、正反双出绳、内藏减速器组成，卷筒缠绳方式如图2所示，实现了钻具提升绳、加压绳的同速控制，即提升时，提升绳收绳速度与加压绳的放绳速度相同；加压时，加压绳的收绳速度与提升绳的放绳速度相同。在整个加压提升的过程中，绳的速度是均衡的。通过利用提升和加压绳的速度传感器反馈信号，很容易满足螺杆桩的同步技术要求，简化了控制程序，提高了同步技术精度。保证了螺杆桩的推广和应用。

3 主要特点

图1 卷扬机结构示意图

图2 卷扬机绕绳示意图

（1）采用单排绳、正反双出绳的单卷筒结构，利用单排绳、正反双出绳的缠绕方式，实现了一个卷筒完成了两个卷筒的功能，即提升和加压，两绳同速提升和加压，使动力头及钻头装置竖向的移动速度完由卷筒控制，不因动力头及钻具装置的自重而改变。提升和加压操作更加简单，只改变一下电机的转向即可。在提升和加压的过程中，绳速变化很小，有利于螺杆桩施工的同步控制技术，简化了控制程序，同时杜绝螺杆桩的岩土螺牙扰动。

（2）单排绳卷筒绳速均匀，简化了螺杆桩机同步控制技术，极大的提高了同步精度，成桩合格率达100%，杜绝了螺杆桩螺牙扰动的发生。

（3）采用带电磁制动器的交流变频电机通过内藏式硬齿面减速器驱动单卷筒，卷筒的内部又设置了一内藏式电磁制动器，实现了双制动。制动力矩大，安全可靠。交流变频控制，故障率低，节能实用性强。

（4）结构紧凑，操作简单，优化了螺杆桩机上各组成部分的安装部位，优化了人机工程功能。

（5）简化了同步控制技术，杜绝了螺杆桩周围岩土螺牙的扰动。

4 结束语

通过用户分别在吉林的长春市、梅河口市、延吉市、黑龙江的哈尔滨市、辽宁的鞍山市、朝阳市、盘锦市、本溪市等地区的施工，成桩合格率100%，施工效率提高30%左右，特别是在复杂地层（如流塑层）地区的施工，优势突出。得到了开发单位和施工单位的好评，为施工单位创造了可观的收益，为开发单位节省了建筑成本，推动了节能减排螺杆桩的广泛应用。

[1]彭桂皎.中国螺杆桩技术[M].海南卓典高科技开以有限公司中国螺杆桩技术推广中心，2009.

[2]成大先，主编.《机械设计手册》（第五版）第3卷.化学工业出版社.

[3]《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）［S］.中国建筑工业出版社，2002.

[4]杨可桢，程光蕴，主编.机械设计基础.高等教育出版社.

TU85

A

2095-2066（2016）34-0084-02

2016-11-22

卢兆会（1967-），男，辽宁沈阳人，高级工程师，黑龙江矿业学院毕业，从事机械设计及制造工作。