送电线路旋桩机研制及应用

2020-04-18朱克亮黄成云刘大平

安徽电气工程职业技术学院学报 2020年1期

潘康，朱克亮，黄成云，刘军，刘大平

(1.安徽送变电工程有限公司，安徽合肥 231202；2.国网安徽省电力有限公司建设分公司, 安徽合肥 231202；3.国网安徽省电力有限公司，安徽合肥 230009)

0 引言

在送电线路施工中，钻桩[1-3]是常用的工器具，起到使受力绳索等工器具着地承力的作用。一般施工用的钻桩根据桩径、桩长，有三种规格：φ32×1.2 m、φ32×1.5 m、φ36×1.8 m。钻桩头部呈环状，便于旋入(出)时工器具的固定，根部加工成尖端，便于钻入土层。图1是常见的φ36×1.8 m钻桩示意图。

图1 钻桩示意图

钻桩在地面的设置通常采用人工旋入(出)的方式。施工时，钻桩竖直放置，头部在上，根部在下。工人将撬棍或钢管穿过钻桩头部呈对称布置，人员也以钻桩为中心对称布置，形成一个力偶，使钻桩旋转。

通过人工方式旋入(出)钻桩，在地面锚线等需要大量钻桩的场所，所需人工多，需要的施工时间长，导致施工成本高，施工效率低。

近年来，国网公司全面深入推进机械化[4]施工，要求深化机械化施工实施范围，特别是推崇创新应用轻型、便于运输的施工装备。

为此，迫切需要研发送电线路旋桩机[5]，用机械力代替人力进行钻桩的旋入(出)施工。通过查询相关资料，可以了解到国内市场存在以下几种产品：

(1)传统的电机螺旋桩机，需要电力作为动力，不适用于野外施工。

(2)防汛抢险液压式旋桩机，由于适用领域不同，送电线路施工用的钻桩无法与该设备连接安装，且该设备重量较重，不易携带。

(3)挖坑机(用来栽树挖坑用)采用汽油机作为动力，动力小，钻进深度只能达到0.8 m，不能满足送电线路施工需要。

笔者所在的攻关小组，成员中有不少是送电线路施工方面的专家，经过攻关，成功研制送电线路旋桩机。下面从技术原理、结构功能、应用效果等方面进行介绍。

图2 技术原理示意图

1 技术原理

如图2所示，送电线路旋桩机的技术原理：发动机带动液压泵，液压泵的机械能转化为液压油的压力能[6]，液压油通过液压油管驱动液压马达[7,8]，压力能转化为机械能，液压马达通过链接口带动下方的钻桩旋转。

2 结构功能

送电线路旋桩机由三大组件构成，如图3所示。

图3 结构示意图

组件一是柴油发动机和液压泵，两者通过螺栓连接，形成一个整体，其中柴油发动机底部与推车之间用螺栓连接，这样便于运输。相对于汽油机，柴油发动机具有转速慢、扭矩大的特性，符合现场施工需要。柴油发动机带动液压泵工作，将液压油从液压油箱中抽出，泵进液压马达。经过技术参数分析及多次试验，采用常柴186F型柴油发动机和排量6 mL/r的齿轮油泵。

组件二是液压油箱和液压换向阀，其中液压油箱底部与推车之间用螺栓连接，便于运输。液压换向阀用螺栓固定在推车的侧架上。通过扳动液压换向阀上的档位，可以控制液压马达的开启和旋转方向。

组件三是液压马达、支架、把手和链接口，液压马达通过支架与链接口相连接，链接口下端与钻桩头部连接。经过多次试验，液压马达采用体积小、重量轻、压强20 MPa、扭矩1000 Nm的摆线液压马达。液压马达的下部用钢板焊接成四个平面围成的支架，每个平面中部设有两个螺栓孔，用于连接把手。把手采用圆钢管制作，弯头朝下，更有益于操作人员手持稳固。施工用钻桩一般有φ32、φ36两种直径，钻桩头的尺寸不一样，配套的链接口内口尺寸也不一样。为便于应用，设计加工了两种规格的链接口，分别适用于φ32、φ36两种直径的钻桩。送电线路旋桩机在工作时，钻桩头插进对应规格的链接口内，这样有益于对钻桩头部的固定和达到使用效果。

组件一、二由同一人操作，组件三由两个工人对向扶持把手操作。通过将重量较重的柴油发动机、液压油箱分别放在手推车上，化整为零，实现了运输上的便利，运到工地后再化零为整，用液压油管连接各部件，从而实现旋桩机的功能。

液压油管的设置及作用：送电线路旋桩机共有5根液压油管。液压泵通过一根3 m的液压油管与液压油箱连通，用于吸取液压油；在液压泵的作用下，液压油通过另一根3 m的液压油管输送到液压换向阀，经过液压换向阀的控制，液压油再通过一根5 m的液压油管输送到液压马达；驱动液压马达做功后，液压油通过一根5 m的液压油管回流到液压换向阀，再通过一根0.7 m的液压油管回流到液压油箱，完成一次循环。

3 应用效果

为了检验送电线路旋桩机的应用效果，笔者选择了一处空旷场地，进行了一次人工和送电线路旋桩机这两种方式的旋入(出)钻桩的对比实验。

如图4所示，左边采用传统的人工方式旋入(出)钻桩，右边应用送电线路旋桩机旋入(出)钻桩。实验结果表明：对于常用的φ32×1.2 m、φ32×1.5 m、φ36×1.8 m三种钻桩，采用人工旋入(出)钻桩，每根钻桩从开始旋入到旋出，除去期间使用时间外，5人操作(中间一人扶持钻桩桩身，两侧各两人用人力旋转钻桩)，大概需要8分钟。而应用送电线路旋桩机，单根钻桩旋入(出)总时间控制在3分钟内；整套送电线路旋桩机装置共3人操作(一人在旁边操作控制开关，两人对向扶持把手操作)。经测算比人工方式旋入(出)钻桩提高施工效率77.5%。

送电线路旋桩机研制成功后，在安徽宿州地区送电线路工程中进行应用，获得良好的经济效益和社会效益。研制成果已申报国网安徽省电力有限公司创新型专业化施工装备成果。

图4 对比实验示意图

4 后续改进和优化

在工程应用中，使用送电线路旋桩机时需要三人操作。如何进一步优化，减少操作人员，提高施工效率是笔者所在的攻关小组进一步研究的内容。攻关小组以工地常见的小型挖机为载体，将送电线路旋桩机的三大组件的功能集成在挖机上，研制出一种多用途车载液压旋桩机。平时作为小型挖机使用，若作为旋桩机使用时，将挖机的铲斗卸下，空出的位置处安装液压马达+链接口组成的组件。挖机悬臂上固定有两根液压油管，在不同的工作状态下分别作为进油管和回油管。液压马达通过液压油管与挖机驾驶室内的由柴油机、液压油箱、液压泵、液压换向阀等组成的动力系统连接。在驾驶室内通过操作开关可以控制旋桩机的工作状态。经多次试验，研制成功的多用途车载液压旋桩机，可以实现一定区域的连续钻桩。使用时，只需两人操作：见图5，图5(a)是地面上一人将钻桩安装在旋桩机下端的链接口上，图5(b)是一个操作人员在驾驶室内操作控制开关，实现旋桩机的水平、上下移动、旋入(出)等功能。应用这种旋桩机比改进前提升施工效率33%以上。该多用途车载液压旋桩机在将铲斗恢复安装后，依旧保持原小挖机功能，具有一机多用的优点。但这种旋桩机也有它的缺点：体积较大，较为笨重，受到地形和交通的影响较大，一般应用在交通便利的塔位或使用钻桩较多的牵张场。