旋挖钻机自动加压技术研究

孙黎明

摘 要：旋挖钻机是一种灌注桩成孔施工用设备。而旋挖钻机自动加压技术可在灌注桩孔内将钻头下降至预定深度后自动加压，促使旋起土体挤压入钻头内，施工效率较高，且移动方便。本文以旋挖钻机自动加压技术为研究对象，阐述了旋挖钻机自动加压技术应用机理。并结合具体旋挖钻机自动加压系统，对旋挖钻机自动加压技术实现及应用效果进行了简单的分析。

关键词：旋挖钻机；自动加压；动力头

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.022

1 旋挖钻机自动加压技术应用机理

旋挖钻机自动加压系统主要包括液压履带式伸缩底盘、伸缩式钻杆、垂直度自动检测、垂直度自动调整、自动起落可折叠钻桅、控制装置、比例调压装置、加压油缸环向阀（加压负载反馈油口）、孔深数码显示器等几个模块。在实际运行中，垂直度自动检测及调整装置直接与加压负载反馈油口相连，将获取的旋挖钻机动力头负载信息传递给控制装置。控制比例调压装置调定压力。并根据旋转钻机动力头负载状态，自动调整加压油缸加压压力。最后驱动伸缩式钻杆、液压履带式伸缩底盘、自动起落可折叠钻桅运动，实现自动加压控制。

2 旋挖钻机自动加压技术应用措施

2.1 系统概述

某工程基础施工用旋挖钻机自动控制系统为150kNm旋挖钻机液压系统，该旋挖钻机液压系统轴向柱塞变量泵容积效率、机械效率分别为0.96、0.98；主泵最大流量为250.354L/min；先导泵流量及功率分别为21.26L/min、1.29kW；冷却泵流量及功率为33.56L/min、9.06kW；牵引力为246.58kN，驱动轮扭矩为50.987kN·m。

2.2 旋挖钻机自动加压技术实现过程

旋挖钻机自动加压技术主要是通过检测动力头工作压力，判断动力头输出扭矩状态。在输出扭矩低于设定值时判定加压力偏小，经PLC控制器，调整电比例溢流阀电流，促使加压力增加。反之则判定加压力偏大，经PLC控制器，调整电比例溢流阀电流，促使加压力减小。在具体实施过程中，首先，技术人员可将电比例溢流阀P口，与多路阀下端面加压联下方相连。随后将LS反馈油口设置在加压联二次溢流阀门一侧。同时调节旋挖钻机至加压动作，促使加压缸憋压，观察记录电比例溢流阀电压随电流变化曲线，如图1所示。

通过对图1数据进行分析，可得出电流有效范围在90.0mA-310.0mA之间，对应压力区间为2.1MPa-10.4MPa。在压力区间确定后，将换向阀阀口开至最大，驱动油缸全速运行。即提升加压缸空压压力至20.0MPa，将加压压力控制下限定位6.00MPa。并下放压力至6.00MPa。

其次，技术人员可动力头阀块测压口与压力传感器相连接。同时依据预先编写的控制程序，载入PLC控制器。随后在显示器中选择自动加压模式（高速模式、普通模式、入岩模式）。其中显示器高速加压模式旋挖钻机动力头压力设定为12.0MPa，为自动加压模式；显示器普通加压模式中，旋挖钻机动力头压力设定为20.0MPa，为自动加压模式；显示器入岩模式中，旋挖钻机动力头压力设定为260MPa，为自动加压模式。具体旋挖钻机动力头压力设定值主要通过设定扭矩，计算得出。

最后，技术人员可利用压力传感器，检测加压缸自动压力调节模式下的旋挖钻机动力头压力。并将压力信号反馈给控制器，将其与显示器高速加压、普通加压、入岩模式下旋挖钻机动力头压力设定值进行对比分析。在旋挖钻机动力头实际测量压力在程序设定值以下时，进行压力增大；而在旋挖钻机动力头实际测量壓力在程序设定值以上时，减小压力。以达到旋挖钻机动力头恒定扭矩输出，旋挖钻机平稳钻进的目的。

2.3 旋挖钻机自动加压技术加压效果测试

在旋挖钻机自动测试过程中，主要选择XR300型150kNm旋挖钻机，配置钻具为1.1m截齿钻头及机锁杆，实验地层为强风化岩层。非自动加压模式下，在5.0m/h的施工效率，记录旋挖钻机手动操作动力头压力与加压压力比例关系。随后在自动加压模式下，操纵旋挖钻机加压手柄控制在最大开度，记录旋挖钻机动力头压力、加压压力间比例关系，具体测试结果见图2。

如图2所示，图2上部为自动加压压力曲线，而下部为旋挖钻机动力头运行压力曲线。通过对图2中数据间分析可得出，在旋挖钻机自动加压模式下，随着旋挖钻机动力头工作压力的变化，加压压力可实现自动适应性调整。如在12s时间拐点，旋挖钻机动力头压力增加，加压力自适应进行减小；而在58s时间拐点，旋挖钻机动力头压力减小，加压力自适应进行压力。且整体旋挖钻机施工效率由5.0m/h提升至6.0m/h。整体旋挖钻机加压模式效率提升20.0%以上。且由于试验区域地质情况影响，旋挖钻机施工压力变化空间较小。

3 总结

综上所述，旋挖钻机是市政建设、公路桥梁、地下连续墙、铁路等基础施工主要用设备，而旋挖钻机施工自动加压技术的应用，可以有效提高旋挖钻机施工效率。因此，根据不同地层及同一地层的不同深度变化，施工技术人员可综合分析钻头大小、斗齿角度、切削力需求等因素，依据理论力学、弹塑性力学、材料力学理论，引入PLC控制程序，设定高速加压、普通加压、入岩模式等不同加压模式。并根据具体岩层特点，调整加压参数设定值，保证基础施工效率。

参考文献：

[1]朱绍鑫.浅谈旋挖钻机在福建区域的施工工法[J].福建建材，2018（03）：212.