钻机设计.doc

摘要
随着我国基本建设的不断加速,正反循环钻机由于其成本低廉、市场需求旺盛、盈利能力强而受到很多企业追捧。4万亿基础建设投资的逐步到位,其中公路、铁路建设占大部分比例,这也为正反循环钻机提供了广阔的市场需求。
从国内外的现状来分析,正反循环钻机在以下几方面还存在着问题:第一,现有回转式反循环钻机成孔直径小,一般都在1米以下。由于铁路、公路、桥梁建设要求的桩孔直径大都在1米以上,这极大的限制了正反循环钻机的使用范围。第二,现有回转式反循环钻机多采用重锤加压,只适用于较软的土层,无法适用于岩层较复杂的地形。
针对以上几方面问题,本文对正反循环钻机的钻进性能做了改进,主要包括以下两反面内容:第一,动力头采用渐开线行星齿轮传动,在提高钻进性能(最大成孔直径可达2m,最大钻孔深度可达80m)的同时,保证了动力头的紧凑性、对称性,这有利于保证桩孔的垂直度。第二,采用了纵向进给机构,大大提高了钻进性能(可钻进f2级的岩土)。该机构由带小功率电机的卷扬机和滑轮组组成,可实现微速进给、快速提升,大大提高了成孔质量和成孔效率。另外,本钻机采用全电力驱动,有利于实现速度控制。
本文主要内容包括正反循环钻机的总体设计、动力头的设计、起升/进给机构的设计以及配套设备的选型。
1绪论
引言
正反循环桩孔钻机是在传统无循环成孔钻机的基础上发展起来的新机型。该机将传统的无循环钻进工艺改成先进的反循环钻进工艺,克服了无循环钻进造成的孔底重复破碎的致命弱点,使钻效提高数倍之多,给成孔钻机注入了新的活力。同时该钻机又保留了冲击钻机结构简单、可靠、操作维修方便的优点。在目前灌注桩施工中取得较好的效果,使这种钻机在岩土钻掘的领域中占有重要的一席之地。冲击反循环多采用泵吸反循环方式,也可采用气举反循环,前者配砂石泵,后者配空压机。
课题研究的意义及目的
近几年,随着我国基本建设的不断加速,反循环钻机由于其成本低廉、市场需求旺盛、盈利能力强而受到很多企业追捧。
正反循环桩孔钻机是在传统无循环成孔钻机的基础上发展起来的新机型。该机将传统的无循环钻进工艺改成先进的反循环钻进工艺,克服了无循环钻进造成的孔底重复破碎的致命弱点,使钻效提高数倍之多,给成孔钻机注入了新的活力。
该类钻机主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工,在灌注桩基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。
总之,我国基础建设特别是高铁建设为桩工机械行业提供了巨大的发展空间,也对桩工机械企业及其产品提出了更高的要求。对于旋挖钻机的研究能够促进桩工机械行业的发展,为我国未来几年的基础建设提供了物质保障。

意大利马塞伦蒂公司生产的机械式MR-2型反循环钻机是一种拖车装钻机。采用卷扬冲击方式,冲击钻进时由两台同步卷扬机提落钻头来完成。为确保两台卷扬机同步,配有补偿机构,采用泵吸反循环方式。
日本神户制钢生产的KPC-1200型冲击反循环钻机采用液压驱动方式,由液压马达通过传动装置分别带动提排渣管的卷筒卷扬机和冲击钻进用的双筒同步卷扬机,用离合器的离合进行冲击,通过自动控制装置可自动调节冲击行程和次数。排渣方式以气举反循环为主。冲击钻进时用套管跟进护壁。
国内技术现状:目前国内生产循环钻机厂商主要有上海探矿机械厂、山东探矿机械厂、黄海机械厂。
上海探矿机械厂GPS系列产品以机械传动、重锤加压、砂石泵反循环排渣为主要特点占据半壁江山,曾研发冲击与回转一体化钻机未果。
国产循环钻机存在的主要问题如下:
⑴现有回转式反循环钻机成孔直径小,一般都在1米以下。由于铁路、公路、桥梁建设要求的桩孔直径大都在1米以上,这极大的限制了正反循环钻机的使用范围。现有回转式反循环钻机多采用重锤加压,只适用于较软的土层,无法适用于岩层较复杂的地形。
⑵产品模仿甚至抄袭现象严重,创新不足,缺少自己的特点,销售上只能拼价格。旋挖钻机对资金和技术的要求都非常高,有的企业不愿意在技术上投入,只看到眼前利益,这样的企业也许在市场高峰时能赚到钱,但不可能长久。
⑶国产配套件的质量应进一步提高,如钻杆、钻具。遇到坚硬地层施工困难,像郑西线的某些地层有大量卵石,国产钻机与国外钻机相比差距很明显,钻具问题需要主机厂与配套件厂联合攻关。
⑷施工配套工艺工法研究不够。我国地域辽阔,在南方较软地区或在含有大量卵石地层,单一旋挖钻机成孔困难,需要一些其他设备配合才能施工。国外广泛使用套管式钻机配合施工,国内可采用振动桩锤沉拔大深度钢护筒配合施工。
2 正反循环钻机总体设计

设计题目分析
表2-1 设计题目分析与分析结果一览表
分类层次
目标系统类属
基本功能
基本约束
基本难点
一级分类
桩机
打桩
打入或钻进性能