羅鑒

摘 要：介紹了機械式、全液壓式、機液一體式強夯機的發(fā)展歷程以及各自優(yōu)劣點，著重介紹了市場上最認(rèn)可的機液一體式強夯機，重點提出了強夯機以后發(fā)展的技術(shù)方向。

關(guān)鍵詞：變幅臂架式；強夯機；強夯法；機液一體式臂架

中圖分類號：TB 文獻標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.093

變幅臂架式強夯機（以下簡稱為強夯機）是眾多強夯設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種專業(yè)用于土石方填平后夯實工程的機械設(shè)備，是一種基于強夯法原理設(shè)計的工程機械。其工作原理是將很重的錘（一般10～25噸）從很高處（一般15～30米以內(nèi)）自由落下，形成很大的沖擊，使土層達到很高的致密度，并使之具有很大的承載力。該設(shè)備具有作業(yè)頻率高、設(shè)備頻繁承受破壞性沖擊載荷、作業(yè)環(huán)境惡劣等特點，廣泛應(yīng)用于機場建設(shè)、圍海造田等建設(shè)工程中。

1 強夯機的三大驅(qū)動類型及其發(fā)展歷程

強夯機根據(jù)動力系統(tǒng)的驅(qū)動原理可分為機械式、機液一體式、全液壓三大類。早期的強夯機大多是機械式，如杭重W200A、QH550以及撫挖50t，由于整體采用機械傳動，使得設(shè)備體積龐大、自重大，運輸成本高昂，而且強夯能級不高，自動控制水平又往往較低，工作效率普遍較低，但機械式也有一些優(yōu)點，比如主卷揚、變幅卷揚采用機械傳動，功率損失小，同時機械式維修方便，使用成本較低，而且經(jīng)久耐用。

近幾年隨著土地資源日趨緊張，加之國家對耕地的保護，出現(xiàn)了大量的填方地基，給強夯機開拓了寬闊的市場。一些工程機械的龍頭企業(yè)，尤其是生產(chǎn)履帶起重機的廠家，如三一、中聯(lián)、徐工等開始紛紛涉足該領(lǐng)域，它們借助其在履帶起重機上的豐富經(jīng)驗以及液壓系統(tǒng)，推出的新產(chǎn)品全是全液壓式，而且車架采用箱型梁結(jié)構(gòu)，比起老舊的機械式模式，更加科學(xué)、合理。如三一重工SQH400，中聯(lián)重科ZTM300、ZTM500機型，都是在原先成熟的履帶起重機基礎(chǔ)上，只是針對強夯工況做了一些升級改進，如提高發(fā)動機功率，取消副卷揚，增加臂架頂節(jié)的鶴頭等。以設(shè)計能級為300t.m的中聯(lián)ZTM300為例，整機自重只有49噸，而同能級的杭重機械式QH550則要超過65噸。在車輛自重大幅降低之后，車輛的通過性得到了大幅提升，也為轉(zhuǎn)場運輸帶來了極大的便利，而且通過液壓節(jié)能技術(shù)，顯著降低了發(fā)動機的燃油消耗，同時液壓控制操縱輕便、靈活、高效，再結(jié)合電氣控制系統(tǒng)，能大幅提高整機的自動控制水平。

相比機械式強夯機，全液壓式的技術(shù)優(yōu)勢是顯而易見的，它讓傳統(tǒng)強夯機卸掉了笨重的機械結(jié)構(gòu)，讓操作人員有了更舒適的操作體驗，它完全將強夯機技術(shù)水平提升到了一個更高層次，這也是整個行業(yè)技術(shù)發(fā)展的一大方向。

全液壓式強夯機推出的前幾年，得到了用戶的極大青睞。尤其價格方面，由于全液壓式成本要低很多，售價自然也比機械式要便宜很多，在2008年基礎(chǔ)建設(shè)大紅火的時候，一些工程地質(zhì)單位甚至一個訂單就是二、三十臺，中聯(lián)重科僅在2、3年內(nèi)，就風(fēng)風(fēng)火火賣了三四百臺。然而全液壓式強夯機并沒有得到持續(xù)的發(fā)展，在客戶后續(xù)使用過程中，甚至在使用之初，問題開始不斷的顯現(xiàn)：如車架結(jié)構(gòu)簡單的從履帶起重機改造過來之后，存在結(jié)構(gòu)強度局部偏弱，導(dǎo)致臂架以及底盤容易變形、開裂；更為嚴(yán)峻的是強夯機落錘瞬間，臂架會將巨大的沖擊力反作用給液壓系統(tǒng)，導(dǎo)致液壓元器件故障率高，雖然后來有部分企業(yè)嘗試性的改用性能優(yōu)異的進口液壓件，但仍沒有很大的改善。直到現(xiàn)在，全液壓式仍然不太適合400t.m以上的大能級強夯作業(yè)，像中聯(lián)ZTM300強夯機，客戶一般只用在200t.m能級以下的強夯作業(yè)，或者直接把它改裝成履帶起重機使用。

近幾年，由于市場上存在大量無法作業(yè)而又較新的全液壓式強夯機，所以也出現(xiàn)了一些專業(yè)改造強夯機的企業(yè)，如起步較早的山東泰安大地，以及后來涉足的杭重機械，它們將全液壓式改造成后來市場較認(rèn)可的機液一體式，改造費用也較低，像杭重改造一臺費用差不多在32萬以內(nèi)，山東泰安大地差不多在20萬以內(nèi)，這樣既可以讓客戶把手頭上無法使用的全液壓式強夯機能夠重新利用起來，而且比起購買新機，也要實惠很多。在2015年，杭重機械還一度與中聯(lián)重科接洽，協(xié)商改造中聯(lián)重科現(xiàn)在庫存的四五百臺全液壓式強夯機，后來因為整個工程機械行業(yè)的整體復(fù)蘇而不了了之。

強夯機在作業(yè)過程中，落錘瞬間的沖擊力是破壞性的，液壓系統(tǒng)雖然讓結(jié)構(gòu)變得更加簡便，讓操作更加輕便，但是無法承受這瞬間的巨大沖擊，該技術(shù)難題，現(xiàn)在依然存在，這也使得如今的全液壓式只能局限在低能級作業(yè)范圍內(nèi)，在面對接連不斷的質(zhì)量問題甚至退貨后，中聯(lián)、徐工等公司已相繼退出了強夯行業(yè)，如今還在生產(chǎn)全液壓式的大企業(yè)已為數(shù)不多，只剩撫挖、宇通、三一等企業(yè)。隨著廠家及客戶越來越理性，全液壓式已慢慢從原先的以低價競爭轉(zhuǎn)換到了以注重質(zhì)量為主。

全液壓式強夯機給生產(chǎn)傳統(tǒng)機械式強夯機的廠家的沖擊是巨大的，整個行業(yè)也得到了重新洗牌。面對嚴(yán)峻的行業(yè)形勢，杭重工程機械也曾一度低迷，但憑借三十多年的行業(yè)經(jīng)驗以及擁有一批資深的設(shè)計團隊，在徹底了解了全液壓式的優(yōu)劣點后，于2011年首次在國內(nèi)推出了機液一體式強夯機HZQH3000，并獲得了浙江省科技進步二等獎。它的驅(qū)動模式是將柴油發(fā)動機的輸出扭矩一部分通過減速器直接將動力傳遞給主卷揚及變幅機構(gòu)，這一部分動力采用機械傳動；另一部分扭矩輸送到液壓主泵，主泵輸出的扭矩主要用于車輛行走以及一些其它輔助機構(gòu)，如操作手柄、平衡油缸、展闊油缸等，這樣既充分利用了液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢，同時又避開了臂架劇烈擺動時對液壓系統(tǒng)的巨大沖擊。隨著市場的不斷驗證，機液一體式的這種傳動模式已得到了用戶的廣泛認(rèn)可，現(xiàn)今，機液一體式強夯機已占據(jù)了絕大部分市場份額，尤其在高能級的強夯作業(yè)。

雖然強夯機應(yīng)用已經(jīng)有一定的歷史，但其技術(shù)發(fā)展似乎落后于其應(yīng)用，隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，以及國家政策的鼓勵引導(dǎo)，預(yù)計強夯機未來的技術(shù)需求將體現(xiàn)在以下幾點。

2 強夯機發(fā)展的技術(shù)方向

2.1 智能化及安全性

智能化是強夯機的大勢所趨，強夯機通過一遍又一遍的高處落錘，已達到夯實地基的目的，因此，作業(yè)具有重復(fù)性高的特點，如果能實現(xiàn)通過設(shè)置好的控制程序讓設(shè)備自動強夯，就會大幅降低作業(yè)人員工作量。另一方面，通過智能化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可以讓遠在千里的相關(guān)工程師了解到設(shè)備的使用情況，以及針對數(shù)據(jù)的異常情況，能對強夯機的技術(shù)故障有一個粗略的了解。此外，系統(tǒng)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)還能為強夯機的壽命和動態(tài)特性的研究提供數(shù)據(jù)支持。

三一重工2013年發(fā)布的SQH401強夯機首次采用了智能操控系統(tǒng)與智能施工管理系統(tǒng)，能實時顯示夯擊深度，并實現(xiàn)一鍵啟動自動循環(huán)夯擊，同時，作業(yè)人員能在150米遠的距離范圍內(nèi)遙控操作，能使強夯作業(yè)更安全，更輕松。另外，該設(shè)備設(shè)置有眾多保護裝置及故障自我診斷功能，這極大的避免了帶病作業(yè)的危險狀況，也能使設(shè)備在故障之處，就能及時的被發(fā)現(xiàn)或自我修復(fù)，大幅提高了現(xiàn)場作業(yè)安全性以及減少機器故障停工的時間。

杭重HZQH4000CS機液一體式強夯機，該機型同樣安裝有多重傳感器及檢測儀，如水平傳感器、測速儀、關(guān)鍵部位的應(yīng)力檢測儀以及打樁下沉量自動檢測系統(tǒng)等，也為智能化邁出了一大步。

2.2 非脫鉤技術(shù)的廣泛應(yīng)用

目前，強夯機落錘主要通過脫鉤方式，夯錘下落時，它是與吊鉤在空中脫開的，呈自由下落狀態(tài)。其原理是將鋼絲繩一端栓于主機上，一端栓于吊鉤上，當(dāng)主卷揚將夯錘提升到一定高度，鋼絲繩就會繃緊，直至將吊鉤的開口拉到朝下，夯錘就自動滑落了。對于這種脫鉤落錘方式，無論如何都需要人工掛鉤，這不但給作業(yè)人員帶來較大的安全隱患，而且也降低了作業(yè)效率。

非脫鉤方式是夯錘在下落時不與吊鉤脫開，它是與夯錘一起下落、提升。該方式需要有較高的技術(shù)要求：卷揚機構(gòu)要具備承受沖擊的能力；要有良好的制動器，并配有相應(yīng)檢測裝置，以使得夯錘落地瞬間，能夠自動剎住卷揚，以制止出現(xiàn)亂繩現(xiàn)象。

德國利勃海爾是國際上率先開展非脫鉤技術(shù)研究的公司，現(xiàn)在它的非脫鉤技術(shù)已經(jīng)很成熟，在國際上有比較高的聲譽，并在全球許多國家都申請有專利保護。幾年前，國內(nèi)各大企業(yè)就紛紛開始此項技術(shù)的研究與開發(fā)，如三一重工于2013年在北京BICES展上發(fā)布了首臺非脫鉤油缸強夯機SQH401，雖然實際效果與德國利勃海爾還存在一定的差距，但隨著相關(guān)技術(shù)的逐漸成熟，非脫鉤技術(shù)將會在行業(yè)內(nèi)廣泛普及。

2.3 局部輕量化設(shè)計

強夯機不同于其它工程機械，它的使用環(huán)境十分惡劣，而且設(shè)備頻繁承受破壞性沖擊，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，往往需要給它富足的安全系數(shù)，用以應(yīng)對瞬間的巨大沖擊，但這也造成了強夯機過于笨重，局部設(shè)計不科學(xué)的現(xiàn)象。

隨著有限元分析的逐漸普及，以及客戶對設(shè)備的要求的不斷提高，在確保安全的情況下，局部輕量化設(shè)計還是必需的。當(dāng)然，盲目的輕量化設(shè)計也會給設(shè)備及企業(yè)帶來極大的風(fēng)險，如杭重在2009年開發(fā)的一款輕量化的臂架，在客戶使用過程中，接連出現(xiàn)臂架開裂、扭曲等缺陷，給公司帶來了不小的經(jīng)濟損失。

2.4 更加舒適的作業(yè)設(shè)備

強夯機作業(yè)時的振動要比一般工程機械大得多，這對操作人員的身體健康影響是挺大的，隨著人們生活條件的不斷提高，設(shè)計出更加舒適的作業(yè)設(shè)備已是當(dāng)務(wù)之急。一方面需要有更加符合人機工程學(xué)的操作設(shè)備，如駕駛室的多重減震，操作手柄的舒適性，配備帶阻尼的座椅、舒適的空調(diào)以及其它娛樂、消遣設(shè)備；另一方面需采取有效的措施來降低沖擊，亦或采取以下方法：

（1）增加臂架截面積能提高臂架的整體剛度，繼而減少臂架的晃動幅度，在某些高能級強夯機上，大截面臂架也有一定的使用。

（2）科學(xué)優(yōu)化彈性阻尼部件，如優(yōu)化好防筋桿上的阻尼彈簧，使之能最大程度的吸收臂架沖擊力，同時，合理布局輔助門架裝置，使傳遞過來的臂架沖擊力，能均勻分散到各個支撐點，切不可讓沖擊力聚集在結(jié)構(gòu)的某一處，此外，還可以在轉(zhuǎn)臺尾部增加支撐油缸，也能在一定程度上降低設(shè)備的振動。

此外，強夯機后期的維修便捷性、拆裝便利性等需求也應(yīng)是企業(yè)關(guān)注的方法。如采用模塊化設(shè)計理念，像中聯(lián)ZTM300具備平衡重自裝卸的功能，20噸重的平衡重可利用自身的變幅卷揚及A型架就能自我拆裝，這極大的方便了設(shè)備的轉(zhuǎn)場與運輸，特別是一些道路條件差、無法及時配置起重機的偏遠地區(qū)，更能發(fā)揮這些功能的優(yōu)勢。

2.5 能級兩極化趨勢

隨著強夯機使用范圍和施工領(lǐng)域的不斷擴大，為不斷滿足施工要求，強夯機的設(shè)計應(yīng)用正向高、低能級兩極化發(fā)展。

目前市場應(yīng)用最廣泛的能級（無門架）一般在300～400t·m左右，對圍海造田、吹沙填海、高海拔機場建設(shè)等各類大規(guī)模強夯地基施工，需要能級（無門架）在600～1600 t·m左右的高能級設(shè)備。同時，在建造高速、工廠、房屋地基等時，也有用到夯擊速度快、移動便捷、能級在50～200t·m的微型強夯機。

2.6 節(jié)能和環(huán)保

節(jié)能和環(huán)保是強夯機今后發(fā)展的趨勢和基本要求。隨著國家對環(huán)境保護得越來越嚴(yán)格，強夯機的排放標(biāo)準(zhǔn)也會越來越高，在建造工廠、房屋地基時的噪音也會有較高的規(guī)范。

當(dāng)前，強夯機的優(yōu)化設(shè)計發(fā)展也需要以環(huán)保節(jié)能減排理念為基礎(chǔ)，并且在機械生產(chǎn)過程中對于機械組成部件的改良及機械設(shè)計的創(chuàng)新都有著直接的影響，所以實現(xiàn)強夯機的節(jié)能環(huán)保應(yīng)用對于行業(yè)未來的發(fā)展也有著深遠的意義。

3 結(jié)語

強夯機通過幾十年的發(fā)展，已從最初的代用強夯機發(fā)展到了現(xiàn)今的專業(yè)強夯機，性能都得到了全方位的提升，而且能級范圍也在不斷的擴大，由于許多新技術(shù)新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，現(xiàn)在所開發(fā)的強夯機已經(jīng)更加專業(yè)化，更具實用性。但隨著市場需求的不斷變化，相關(guān)技術(shù)水平的不斷革新如液壓元器件，以及作業(yè)人員對設(shè)備的操作性能、智能化水平的要求越來越高，強夯機還要不斷的努力與探索。

參考文獻

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