1、摘 要旋挖钻机是一种技术含量和机电液集成度高的大口径桩基础工程高端成孔装备，具有钻孔效率高、质量好、噪声低等优点，广泛应用于铁路公路桥梁、高层建筑等各种桩基础工程的施工，并且在桩基础工程中扮演着越来越重要的角色。针对目前国内市场上大中型旋挖钻机占据主导地位的现状，为填补市场缺陷，本文主要是设计一种适合小型旋挖钻机的液压系统。通过分析旋挖钻机的现有问题，提出了解决动力头马达易坏和变幅油缸联接座开裂等问题的相应办法，并对比了主卷扬的三种常见控制方案，从中提出了综合各自优点的新方案。本文完成的主要内容包括分析旋挖钻机现有问题并提出解决办法，旋挖钻机液压系统的设计，液压元件计算选型和泵站设计。关键词:
2、 旋挖钻机; 动力头马达; 变幅油缸; 控制方案; 泵站ABSTRACTRotary Drilling Rig is a kind of high-end equipment of the most technology and the highest Electro-hydraulic integrated in the large-diameter pile foundation engineering. With the advantages of high efficiency of drilling，good quality，low noise and so on, it is wi
3、dely used in the construction of a variety of pile foundations, like railway and highway bridges, and tall buildings. And its playing a more and more important role in the pile foundation engineering. As the large and medium rotary drilling rig is now dominating the domestic market, to fill the shor
4、tage of the market, the paper is to design a kind of hydraulic system for the small rotary drilling rig. Through analyzing the existing problems of the rotary drilling rig, the paper proposed the corresponding methods to solve the problems of the breaking of the power unit motor and the cracking of
5、the connecting part of the luffing cylinder, compared three usual control schemes of the main winch, and raised a new control scheme which combined their advantages. The main content includes analyzing the existing problems of the rotary drilling rig and raising solutions, design of the hydraulic sy
6、stem of the rotary drilling rig, calculating and selecting the hydraulic components, and the design of pumping station. Keywords: rotary drilling rig, power unit motor, luffing cylinder, control scheme, pumping station目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1旋挖钻机简介11.2旋挖钻机的优点21.3旋挖钻机的发展历史与国内研究现状31.3.1旋挖钻机的发展历史31.3
7、.2国内研究现状41.4本论文的主要内容和意义6第2章 旋挖钻机液压系统分析与设计72.1旋挖钻机现有问题及其液压系统分析72.2旋挖钻机液压系统的设计72.2.1主阀和辅助阀控制部分设计72.2.2动力头马达液压回路设计92.2.3主卷扬液压回路设计102.2.4副卷扬液压回路设计122.2.5左右行走马达液压回路132.2.6上车回转液压回路设计142.2.7变幅油缸液压回路设计142.2.8加压液压回路设计162.2.9履带展宽油缸液压回路设计16第3章 液压元件计算和选型183.1执行元件的计算和选型183.1.1动臂变幅油缸的计算选型183.1.2加压油缸的计算选型193.1.3履带
8、展宽油缸的计算选型203.1.4桅杆变幅油缸的计算选型203.1.5动力头马达的计算选型213.1.6副卷扬马达的计算选型213.1.7主卷扬马达的计算选型223.1.8行走马达的计算选型233.1.9回转马达的计算选型233.2泵的计算和选型243.2.1主泵的选型243.2.2辅助泵的选型243.2.3伺服泵的选型253.3阀类元件的选型253.3.1主阀和辅助阀的选型253.3.2压力控制阀的选型253.3.3流量控制阀的选型283.3.4方向控制阀的选型283.4辅助元件及工作介质的选择293.4.1油箱的容量计算与选型293.4.2过滤器的选型293.4.3空气滤清器的选型303.4
9、.4液压工作介质的确定303.5液压系统主要性能验算313.5.1液压系统效率的估算313.5.2液压系统发热量计算323.5.3液压系统散热计算323.5.4冷却器的选型32第4章 液压系统的结构设计334.1液压装置结构类型的确定334.2泵站的设计334.2.1泵组布置方式的选择334.2.2液压油箱的设计34第5章 总结36致 谢37参考文献38附录39第1章 绪论1.1旋挖钻机简介旋挖钻机是用回转斗、短螺旋钻头或其它作业装置进行干、湿钻进，逐次取土、反复循环作业成孔的机械设备。该钻机采用无循环工艺施工钻孔灌注桩，该工艺方法具有钻进速度快、质量好、成孔深度深、噪声低等优点，广泛应用于铁
10、路公路桥梁、高层建筑、水利工程和城市交通建设等桩基础工程的施工。旋挖钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、伸缩式钻杆、自行起落可折叠钻桅带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制负荷传感，具有操作舒适、轻便等特点。主、副两个卷扬可适用于工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具，适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业,还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能，主要用于公路桥梁、市政建设、工业和民用建筑、地下连续墙水利、防渗护坡等基础施工。旋挖钻机的主要结构包括(如图1-1所示)：底盘机构 旋挖钻机的底盘一般为液压驱动，刚性焊接式车架，
11、轨距可调，履带自行式的结构。底盘主要包括车架和行走装置，行走装置主要由履带张紧装置、履带总成、驱动轮、导向轮、承重轮、托链轮及行走减速机等组成。上车部分 由底架、回转台、发动机、驾驶室和配重等组成；图1-1 旋挖钻机结构示意图桅杆部分 由鹅头、上桅杆、中桅杆、下桅杆、主卷扬机、加压液压缸等部件组成，它是钻杆、动力头的安装支承部件及其工作进尺的导向；变幅机构 由动臂、支撑杆、变幅液压缸、立桅液压缸等部件组成，通过液压缸的作用，可以使桅杆远离机体或靠近机体，改变桅杆的角度；可以调节桅杆的工作幅度和运输状态桅杆的高度；钻挖系统 主要由钻杆、动力头和钻具组成。钻杆一般采用多节可伸缩式钻杆；钻具又分为旋
12、挖钻斗、螺旋钻头、筒式钻头和扩底钻头等，在施工中一般根据地质报告反馈的地层选用不同的钻具；动力头由减速机、液压马达、减速齿轮箱、减振防护装置等组成；液压系统 主要由液压系统回路、辅助液压系统回路、先导系统回路、动力头润滑系统和冷却系统等部分组成；电气系统 其主要功能有发动机启动、熄火监测、发动机转速自动控制、桅杆角度监测、报警、钻孔深度监测、调整、故障监测、建议钻进参数、触摸屏显示系统和系统报警等。1.2旋挖钻机的优点成孔速度快。比起传统的循环钻机或冲击钻机，旋挖钻机由于钻头直接从孔内提取岩土，故成孔速度快。施工现场环保、干净。旋挖钻机由钻头旋挖取土，钻杆将钻头提出孔外再卸土旋挖钻机的泥浆仅仅
13、用来护壁，而不用于排渣，成孔所用泥浆基本上等于孔的体积，且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。旋挖钻机使用较少的泥浆，即可满足钻孔护壁的需要，因而施工现场整洁，对环境造成的污染小，同时降低了施工成本。行动方便，旋挖钻机具有履带底盘，可以自行走，钻进前对孔的定位非常准确、方便。适应地层能力强。旋挖钻机配有不同钻头，可用于对付沙层、土层、卵砾石、岩层等不同地质，不受地域限制。适用各种桩基工程。旋挖钻机除用于旋挖钻进外，经简单改装后，还可以用于长螺旋、地下连续墙等施工，适用范围极其广泛。机动性强，旋挖钻机能独立作业。钻机的安装、拆卸无需辅助设施来完成，且能适应复杂地形的工地。占用空间小，能靠墙操作
14、。使用方便、维修简单。旋挖钻机的主要部件均为较为普遍的原产地部件厂家提供（如泵、发动机、马达、减速机等），可直接得到原产地厂家的售后服务支持。同时，设备结构简单，故障率低。孔口回填土对钻孔桩的影响少。旋挖钻机一般配备2米左右的孔口护筒（如孔口回填土较厚可加长），而且钻机本身可埋设护筒，这样也尽量避免了孔口回填土对钻孔桩的影响。孔口掉泥、产生的沉渣少，水下导管灌注混凝土，是一种非常成熟的灌桩工艺，可避免孔口掉泥、灌注过程中产生的沉渣带来的不利影响。1.3旋挖钻机的发展历史与国内研究现状1.3.1旋挖钻机的发展历史旋挖钻机是在回转斗钻机和全套管钻机的基础上发展起来的。第二次世界大战之前，美国CAL
15、WELD(卡尔维尔特)首先研制出回转斗、短螺旋钻机。二十世纪五十年代，发过BENOTO（贝洛特）将全套管钻机应用于桩基基础施工，而后由欧洲各国将其组合并不断完善，发展成为今天的多功能组合模式。欧洲的旋挖钻机首先是意大利土力公司从美国引进安装在重载汽车上和履带式起重机上的钻机，其动力头固定，不能自行安装套管，因而难以适应硬质地层。1948年，意大利迈特公司首先研制成功旋挖钻机，之后于1960年德国维尔特和盖尔茨盖特公司同时开发了可动式动力头。接着1975年德国宝峨公司研制了配有伸缩钻杆的BG7型钻机。该钻机易于配置摇管装置，直接从底盘提供整机动力，而且配置可锁式钻杆能够实现加压钻进，钻孔扭矩大，可实现在紧密砂砾层和岩层的钻孔施工，由于以上优点，该型钻机得到了广大施工单位的广泛认可，极大地促进了旋挖钻机的发展。后来随着技术的不断的进步和钻机作业功能的扩大，旋挖钻机特别是配置可动式动力头的旋挖钻机逐渐成为混凝土灌注桩钻进成孔施工的主流机械设备。旋挖钻机在日本被称为土钻，最早于1960年从美国CALWELD公司引入。同年，加藤制作所开发了15-H型旋挖钻机。1965
