盧兆會(huì)(東北煤田地質(zhì)局一二八勘探隊(duì),遼寧沈陽110122)
螺桿樁機(jī)專用卷揚(yáng)機(jī)的研制
盧兆會(huì)(東北煤田地質(zhì)局一二八勘探隊(duì),遼寧沈陽110122)
螺桿樁是建筑樁基礎(chǔ)中的一種新型節(jié)能減排樁,是非排土樁。它具有承載力高、成本低、無泥漿護(hù)壁、無振動(dòng),是國(guó)家一級(jí)工法樁。它的施工對(duì)設(shè)備的同步控制技術(shù)要求很高。提升和加壓卷揚(yáng)機(jī)是同步控制技術(shù)的關(guān)鍵部件,由原來的雙卷筒卷揚(yáng)機(jī)改為大徑單排繩、正反雙出繩的單卷筒卷揚(yáng)機(jī),簡(jiǎn)化了同步控程序,提高了同步控制精度和施工效率。
螺桿樁機(jī);單排繩正反雙出繩;雙制動(dòng);同步控制技術(shù)
螺桿樁機(jī)是建筑樁基礎(chǔ)螺桿樁施工的專用設(shè)備。螺桿樁是一種新型的節(jié)能減排擠土樁,具有無排土、承載力強(qiáng)、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)。其形狀像一根螺絲桿,它的上部是一柱體段,下部是一螺牙段。螺牙段與周圍巖土的結(jié)合形式像一旋合的螺旋副,螺牙的抗剪切能力決定了螺桿樁的承載能力。可見螺牙段周圍巖土的抗剪切能力不僅與巖土的性質(zhì)有關(guān),還與擠孔成螺牙的工藝有關(guān)。螺桿樁施工工法要求,螺桿鉆具每轉(zhuǎn)一周,鉆具向下鉆進(jìn)或向上提升一個(gè)螺距,保證巖土所成螺牙的穩(wěn)定性,防止產(chǎn)生螺牙被擾動(dòng),從而影響成樁的承載能力。螺桿樁機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是鉆具旋轉(zhuǎn)與鉆進(jìn)(或提升)速度同步性控制,即鉆具每轉(zhuǎn)一周,鉆具向下鉆進(jìn)(或向上提升)一個(gè)螺距,從而保證樁孔壁所成螺牙巖土的無擾動(dòng),保證原始巖土的應(yīng)力狀態(tài)。鉆具的旋轉(zhuǎn)是由直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭減速器而產(chǎn)生的,直流調(diào)速電機(jī)、動(dòng)力頭減速器及鉆具間皆為剛性聯(lián)接。鉆具的向下鉆進(jìn)及向上提升分別是通過主卷揚(yáng)加壓鋼絲繩和提升鋼絲繩帶動(dòng)動(dòng)力頭減速器來實(shí)現(xiàn)的。鉆具同步技術(shù)的控制是以鉆具的設(shè)定轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn),通過加壓和提升鋼絲繩的速度傳感器反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)主卷揚(yáng)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足同步控制要求。
原有的卷揚(yáng)機(jī)采用單調(diào)速電機(jī)通過減速器帶動(dòng)兩個(gè)卷筒分別工作。一個(gè)卷筒用于提升,另一個(gè)卷筒用于加壓,兩卷筒間是通過齒輪換向進(jìn)行分別工作。由于螺桿樁機(jī)安裝和運(yùn)輸?shù)南拗?,兩卷筒均采用鋼絲繩多層纏繞的方式,最多可到8~9層之多。這樣卷筒在收放繩時(shí)繩速變化較大,特別是鋼絲繩的不規(guī)則纏繞,會(huì)造成繩速的突變,會(huì)給控制系統(tǒng)帶來很大的麻煩。通常情況下,卷揚(yáng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是根據(jù)繩速傳感器的反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)的,繩速的不穩(wěn)定性、無規(guī)律性變化直接影響了同步控制的效果,導(dǎo)致施工中所成的巖土螺牙抗剪強(qiáng)度降低,從而影響了成樁的承載能力。
針對(duì)螺桿樁機(jī)上卷揚(yáng)機(jī)存在的諸多問題,為了有效地推廣螺桿樁,經(jīng)過隊(duì)里機(jī)械技術(shù)人員的共同努力,通過反復(fù)試驗(yàn),研制了螺桿樁機(jī)專用的新型卷揚(yáng)機(jī),并應(yīng)用到施工現(xiàn)場(chǎng),得到了很好的評(píng)價(jià)。
如圖1所示,它是由交流變頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)、大直徑、單卷筒、單排繩、正反雙出繩、內(nèi)藏減速器組成,卷筒纏繩方式如圖2所示,實(shí)現(xiàn)了鉆具提升繩、加壓繩的同速控制,即提升時(shí),提升繩收繩速度與加壓繩的放繩速度相同;加壓時(shí),加壓繩的收繩速度與提升繩的放繩速度相同。在整個(gè)加壓提升的過程中,繩的速度是均衡的。通過利用提升和加壓繩的速度傳感器反饋信號(hào),很容易滿足螺桿樁的同步技術(shù)要求,簡(jiǎn)化了控制程序,提高了同步技術(shù)精度。保證了螺桿樁的推廣和應(yīng)用。
圖1 卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 卷揚(yáng)機(jī)繞繩示意圖
(1)采用單排繩、正反雙出繩的單卷筒結(jié)構(gòu),利用單排繩、正反雙出繩的纏繞方式,實(shí)現(xiàn)了一個(gè)卷筒完成了兩個(gè)卷筒的功能,即提升和加壓,兩繩同速提升和加壓,使動(dòng)力頭及鉆頭裝置豎向的移動(dòng)速度完由卷筒控制,不因動(dòng)力頭及鉆具裝置的自重而改變。提升和加壓操作更加簡(jiǎn)單,只改變一下電機(jī)的轉(zhuǎn)向即可。在提升和加壓的過程中,繩速變化很小,有利于螺桿樁施工的同步控制技術(shù),簡(jiǎn)化了控制程序,同時(shí)杜絕螺桿樁的巖土螺牙擾動(dòng)。
(2)單排繩卷筒繩速均勻,簡(jiǎn)化了螺桿樁機(jī)同步控制技術(shù),極大的提高了同步精度,成樁合格率達(dá)100%,杜絕了螺桿樁螺牙擾動(dòng)的發(fā)生。
(3)采用帶電磁制動(dòng)器的交流變頻電機(jī)通過內(nèi)藏式硬齒面減速器驅(qū)動(dòng)單卷筒,卷筒的內(nèi)部又設(shè)置了一內(nèi)藏式電磁制動(dòng)器,實(shí)現(xiàn)了雙制動(dòng)。制動(dòng)力矩大,安全可靠。交流變頻控制,故障率低,節(jié)能實(shí)用性強(qiáng)。
(4)結(jié)構(gòu)緊湊,操作簡(jiǎn)單,優(yōu)化了螺桿樁機(jī)上各組成部分的安裝部位,優(yōu)化了人機(jī)工程功能。
(5)簡(jiǎn)化了同步控制技術(shù),杜絕了螺桿樁周圍巖土螺牙的擾動(dòng)。
通過用戶分別在吉林的長(zhǎng)春市、梅河口市、延吉市、黑龍江的哈爾濱市、遼寧的鞍山市、朝陽市、盤錦市、本溪市等地區(qū)的施工,成樁合格率100%,施工效率提高30%左右,特別是在復(fù)雜地層(如流塑層)地區(qū)的施工,優(yōu)勢(shì)突出。得到了開發(fā)單位和施工單位的好評(píng),為施工單位創(chuàng)造了可觀的收益,為開發(fā)單位節(jié)省了建筑成本,推動(dòng)了節(jié)能減排螺桿樁的廣泛應(yīng)用。
[1]彭桂皎.中國(guó)螺桿樁技術(shù)[M].海南卓典高科技開以有限公司中國(guó)螺桿樁技術(shù)推廣中心,2009.
[2]成大先,主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第五版)第3卷.化學(xué)工業(yè)出版社.
[3]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5007-2002)[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.
[4]楊可楨,程光蘊(yùn),主編.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).高等教育出版社.
TU85
A
2095-2066(2016)34-0084-02
2016-11-22
盧兆會(huì)(1967-),男,遼寧沈陽人,高級(jí)工程師,黑龍江礦業(yè)學(xué)院畢業(yè),從事機(jī)械設(shè)計(jì)及制造工作。