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[摘 要]螺杆桩主要通过螺杆桩机螺杆钻具对土体等螺距向下挤土形成螺纹后等螺距返转提出钻具，然后进行水泥灌注成桩。本文主要介绍22米折塔螺杆电动履带式桩机的基本工作原理及各组成部分及其优缺点，并提出改进方法，以及实际施工效果。
[关键词]螺杆桩机；螺杆桩；加压力；提升力
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0388-02
22米折塔螺杆电动履带式桩机是新一代桩工机械产品，立柱采用矩形方管结构，三点支撑，利用油缸和钢丝绳辅助起落塔，既具有灵活的机动能力与施工效率，又具有极高的安全稳定性，并且塔和顶部滑轮组在运输时折叠放置，不必拆卸，减少了运输成本和转移场地的费用，该桩架已按JG/T5006—92桩架技术重要条件设计生产。
1.螺杆桩机的基本工作原理
螺杆桩机主要由动力头及螺杆钻具、行走履带、加压提升装置、电控系统、主塔及主平台等部分组成。螺杆桩是由带有自控装置的螺杆桩机，将特制的梯形螺纹钻杆按设定的旋转速度和纵向钻进速度钻至设定深度，在土体中形成螺纹。提钻过程中螺杆桩自动控制系统严格控制螺纹钻杆提升速度和反向旋转速度。螺杆桩属于挤压桩，不需去土，与机械加工中攻丝原理相似：加压同步钻进、提升同步反向旋出而形成螺纹，因此桩机卷扬机的选择是螺杆成形成败的关键所在[1]。
22米折塔螺杆电动履带式桩机是在原有的22米折塔长螺旋桩机的基础上，将螺杆桩引入到折塔桩机中。主塔在运输过程中采取折塔，主塔和顶部滑轮架不拆卸，通过折页折叠。行走方式改为电动履带式，避免了步履式桩架经常因支腿下陷而移动困难的情形。
3.1 30米主塔
主塔采用矩形方管结构，塔总高30米，前导向采用钢板与立柱相连，左右两侧焊有维修专用爬梯。顶部滑轮组上有四个平衡轮，加压和钻进时两头受力，使立柱不受弯，成为纯压杆。主塔通过液压油缸起落，工作时用斜支杆固定，通过调节斜支杆可调节主塔前后方向的垂直度。
3.2 动力头
动力头是桩机的回转输出机构。22米折塔螺杆电动履带式桩机由两台90KW直流电机并联驱动，直流电机通过三双环减速器进行大传动比减速，实现了动力头的大扭矩输出。动力头输出轴的内孔为特殊设计的内花键孔，与主动钻杆啮合向外输出回转扭矩和轴向力，输出扭矩为450KN.M。
3.3 螺杆钻具
螺杆钻具主要由钻头、梯形螺纹钻杆、光钻杆等组成，使用内、外六方接头连接，钻具内设有泥浆管，作为输送混凝土的通道。
3.4 履带底盘
本机选用电动履带行走方式，避免了液压履带冬天液压油上冻，影响施工的缺点。两侧履带由液压缸控制可灵活便捷展宽和收缩，可根据不同的地质状况调整宽度，整机工作时展宽可达4.6m，运输收缩时宽度3.3m，无需拆装履带就可整体运输。不会发生步履式桩架经常因支腿下陷而移动困难的情形，同时也增加了桩机工作时的稳定性，同时施工效率可提高2—3倍，没有桩位死角。该桩架行走是靠下部履带行走系统和行走电机、减速器和四轮一带，采用国家标准件，安全可靠，全部为机械传动[2]。
3.5 加压提升装置
为保证加压提升同步，螺杆桩机设计采用大直径、单层、双绕卷筒卷扬机作为加压提升主要部件；电机采用37KW交流电机，采用变频调速控制，实现无级调速，并根据动力头电机的转速自动实现跟踪调整。卷扬机直径0.98m，钢丝绳单层容绳150m，采用上下出绳，上面钢丝绳为提升使用，下面钢丝绳为加压使用。提升、加压绳形成闭环绕绳，使进出绳速相同。以往双卷筒卷扬机由于通过同比齿轮传动和钢丝绳所绕圈数不同，很难精确的测量绳速，造成成桩螺纹效果不好，选择单卷筒大直径双出绳卷扬可以准确的测量出提升加压的绳速。
3.6 电控系统
电控系统中，动力头选用2台DP590欧陆直流调速器对直流调速电机进行控制，实现恒功率钻进。主卷扬采用1台交流变频器控制主卷扬交流电机转速。电控系统采用三菱FX2N PLC及AD采集器对主卷扬编码器信号及动力头测速电机信号进行采集，经过PLC计算比较后通过DA传送给主卷扬的变频器和动力头直流调速器，分别对主卷扬和动力头速度进行匹配调整，使动力头旋转1圈钻具下降1个螺距，实现自动控制[3][4]。
5 结论
22米折塔螺杆电动履带式桩机应客户要求设计，主要的优点是：
1）在运输过程中主塔及顶部滑轮组避免拆卸，采用折叠的方式，便于运输。
2）履带采用电机驱动，避免由于冬天寒冷导致液压油凝固影响施工。
3）动力头采用直流电机，实现恒功率钻进，避免钻头遇到硬岩时憋钻。
4）提升加压主卷扬采用单卷筒双相输入输出结构，避免了双卷筒加压与提升绳绳速误差大的弊端，有效保证了绳速相等。
5）采用内置油箱，有效的节省了空间，油箱冷却采用水冷，有效降低了进回油温度。
参考文献
[1] 孙文，于兆水，姜超.螺杆桩机加压提升装置的设计[J].建筑机械，2012.11（上半月刊），112-116.
[2] 汪新军.方圆JZL-W型多功能电动履带式桩机[J].工程机械与维修，2006，35（3），32.
[3] 王万俊，张远鉴.螺旋桩机同步跟踪自动控制系统的研制[J].华中科技大学学报（自然科学版），2002，30（4），35-36.
[4] 侯庆国.LGZ-25型全液压螺杆桩钻机的研制与应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2010，37（8），37-40.
作者简介
张宗媛（1982-），女（汉族），科员，机械工程师，硕士研究生，研究方向：从事螺旋桩机设计工作。
[关键词]螺杆桩机；螺杆桩；加压力；提升力
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0388-02
22米折塔螺杆电动履带式桩机是新一代桩工机械产品，立柱采用矩形方管结构，三点支撑，利用油缸和钢丝绳辅助起落塔，既具有灵活的机动能力与施工效率，又具有极高的安全稳定性，并且塔和顶部滑轮组在运输时折叠放置，不必拆卸，减少了运输成本和转移场地的费用，该桩架已按JG/T5006—92桩架技术重要条件设计生产。
1.螺杆桩机的基本工作原理
螺杆桩机主要由动力头及螺杆钻具、行走履带、加压提升装置、电控系统、主塔及主平台等部分组成。螺杆桩是由带有自控装置的螺杆桩机，将特制的梯形螺纹钻杆按设定的旋转速度和纵向钻进速度钻至设定深度，在土体中形成螺纹。提钻过程中螺杆桩自动控制系统严格控制螺纹钻杆提升速度和反向旋转速度。螺杆桩属于挤压桩，不需去土，与机械加工中攻丝原理相似：加压同步钻进、提升同步反向旋出而形成螺纹，因此桩机卷扬机的选择是螺杆成形成败的关键所在[1]。
22米折塔螺杆电动履带式桩机是在原有的22米折塔长螺旋桩机的基础上，将螺杆桩引入到折塔桩机中。主塔在运输过程中采取折塔，主塔和顶部滑轮架不拆卸，通过折页折叠。行走方式改为电动履带式，避免了步履式桩架经常因支腿下陷而移动困难的情形。
3.1 30米主塔
主塔采用矩形方管结构，塔总高30米，前导向采用钢板与立柱相连，左右两侧焊有维修专用爬梯。顶部滑轮组上有四个平衡轮，加压和钻进时两头受力，使立柱不受弯，成为纯压杆。主塔通过液压油缸起落，工作时用斜支杆固定，通过调节斜支杆可调节主塔前后方向的垂直度。
3.2 动力头
动力头是桩机的回转输出机构。22米折塔螺杆电动履带式桩机由两台90KW直流电机并联驱动，直流电机通过三双环减速器进行大传动比减速，实现了动力头的大扭矩输出。动力头输出轴的内孔为特殊设计的内花键孔，与主动钻杆啮合向外输出回转扭矩和轴向力，输出扭矩为450KN.M。
3.3 螺杆钻具
螺杆钻具主要由钻头、梯形螺纹钻杆、光钻杆等组成，使用内、外六方接头连接，钻具内设有泥浆管，作为输送混凝土的通道。
3.4 履带底盘
本机选用电动履带行走方式，避免了液压履带冬天液压油上冻，影响施工的缺点。两侧履带由液压缸控制可灵活便捷展宽和收缩，可根据不同的地质状况调整宽度，整机工作时展宽可达4.6m，运输收缩时宽度3.3m，无需拆装履带就可整体运输。不会发生步履式桩架经常因支腿下陷而移动困难的情形，同时也增加了桩机工作时的稳定性，同时施工效率可提高2—3倍，没有桩位死角。该桩架行走是靠下部履带行走系统和行走电机、减速器和四轮一带，采用国家标准件，安全可靠，全部为机械传动[2]。
3.5 加压提升装置
为保证加压提升同步，螺杆桩机设计采用大直径、单层、双绕卷筒卷扬机作为加压提升主要部件；电机采用37KW交流电机，采用变频调速控制，实现无级调速，并根据动力头电机的转速自动实现跟踪调整。卷扬机直径0.98m，钢丝绳单层容绳150m，采用上下出绳，上面钢丝绳为提升使用，下面钢丝绳为加压使用。提升、加压绳形成闭环绕绳，使进出绳速相同。以往双卷筒卷扬机由于通过同比齿轮传动和钢丝绳所绕圈数不同，很难精确的测量绳速，造成成桩螺纹效果不好，选择单卷筒大直径双出绳卷扬可以准确的测量出提升加压的绳速。
3.6 电控系统
电控系统中，动力头选用2台DP590欧陆直流调速器对直流调速电机进行控制，实现恒功率钻进。主卷扬采用1台交流变频器控制主卷扬交流电机转速。电控系统采用三菱FX2N PLC及AD采集器对主卷扬编码器信号及动力头测速电机信号进行采集，经过PLC计算比较后通过DA传送给主卷扬的变频器和动力头直流调速器，分别对主卷扬和动力头速度进行匹配调整，使动力头旋转1圈钻具下降1个螺距，实现自动控制[3][4]。
5 结论
22米折塔螺杆电动履带式桩机应客户要求设计，主要的优点是：
1）在运输过程中主塔及顶部滑轮组避免拆卸，采用折叠的方式，便于运输。
2）履带采用电机驱动，避免由于冬天寒冷导致液压油凝固影响施工。
3）动力头采用直流电机，实现恒功率钻进，避免钻头遇到硬岩时憋钻。
4）提升加压主卷扬采用单卷筒双相输入输出结构，避免了双卷筒加压与提升绳绳速误差大的弊端，有效保证了绳速相等。
5）采用内置油箱，有效的节省了空间，油箱冷却采用水冷，有效降低了进回油温度。
参考文献
[1] 孙文，于兆水，姜超.螺杆桩机加压提升装置的设计[J].建筑机械，2012.11（上半月刊），112-116.
[2] 汪新军.方圆JZL-W型多功能电动履带式桩机[J].工程机械与维修，2006，35（3），32.
[3] 王万俊，张远鉴.螺旋桩机同步跟踪自动控制系统的研制[J].华中科技大学学报（自然科学版），2002，30（4），35-36.
[4] 侯庆国.LGZ-25型全液压螺杆桩钻机的研制与应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2010，37（8），37-40.
作者简介
张宗媛（1982-），女（汉族），科员，机械工程师，硕士研究生，研究方向：从事螺旋桩机设计工作。