趙宏強(qiáng)，高淑蓉，林宏武

（1.中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖南長沙410083；2.山河智能裝備股份有限公司技術(shù)中心，湖南長沙410100）

1 概述

隨著太陽能利用的普及與推廣，太陽能硅光板架設(shè)量愈來愈大，目前硅光板的支撐大量采用螺旋地樁。螺旋地樁結(jié)構(gòu)簡單、成本低，施工速度快，不需水泥澆注，避免污染環(huán)境，并且可回收利用，對地表破壞少，易于恢復(fù)原地形地貌。另外螺旋地樁還廣泛應(yīng)用于簡易房屋基礎(chǔ)、帳篷、籬笆、鐵絲網(wǎng)、高速公路與鐵路隔離網(wǎng)、路標(biāo)、路牌、廣告牌、燈箱、旗桿、電桿等固定支撐上。目前小型螺旋地樁的鉆進(jìn)大量采用人工手動旋入鉆進(jìn)，中型螺旋地樁采用電動工具旋入鉆進(jìn)，大型螺旋地樁采用專門機(jī)器旋入鉆進(jìn)。為了提高工作效率、降低勞動強(qiáng)度和提高作業(yè)的安全性，所有螺旋地樁都可以采用螺旋地樁鉆機(jī)鉆進(jìn)。

2 山河智能螺旋地樁鉆機(jī)結(jié)構(gòu)

本文介紹一種結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動性好、旋轉(zhuǎn)扭矩大、轉(zhuǎn)速高、能滿足多種螺旋地樁鉆進(jìn)要求、作業(yè)范圍廣、能耗低、鉆進(jìn)速度快、效率高、操縱輕便靈活、維護(hù)簡便、使用成本低、環(huán)境友好的螺旋地樁鉆機(jī)。它包括行走底盤、推土鏟、平臺旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平臺、司機(jī)室、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動臂、動臂舉升油缸、鉆架、鉆架仰俯油缸、旋轉(zhuǎn)動力頭、油缸鋼絲繩推進(jìn)系統(tǒng)、導(dǎo)向器、傾角傳感器、顯示屏和操作控制系統(tǒng)等。

螺旋地樁鉆機(jī)利用通用的液壓挖掘機(jī)為基礎(chǔ)，在挖掘機(jī)的動臂前端用鉆架、推進(jìn)系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)動力頭取代挖掘機(jī)的斗桿和鏟斗來進(jìn)行螺旋地樁的鉆進(jìn)。采用挖掘機(jī)行走底盤，驅(qū)動力大，機(jī)動靈活，性能穩(wěn)定可靠。底盤上安裝有推土鏟，可以平整地面，支起時(shí)可以穩(wěn)定機(jī)器，便于定位。底盤與平臺之間采用液壓馬達(dá)驅(qū)動的平臺旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使平臺相對底盤可360度全旋轉(zhuǎn)，工作靈活方便。動臂與平臺間裝有動臂舉升油缸，通過油缸伸縮，可使動臂上升或下降，從而提升或下放鉆架。動臂與鉆架之間裝有鉆架仰俯油缸，鉆架上安裝有傾角傳感器，通過油缸的伸縮可使鉆架進(jìn)行仰俯運(yùn)動，使鉆架到達(dá)指定的工作點(diǎn)和指定的鉆進(jìn)角度，安裝在司機(jī)室內(nèi)的顯示屏可顯示鉆架的傾斜度，便于操作人員操作機(jī)器，能快速定位和抵住工作面，有利于鉆進(jìn)定位和提高鉆進(jìn)精度。它作業(yè)范圍廣，一次行走定位能鉆多個(gè)螺旋地樁，節(jié)省輔助作業(yè)時(shí)間，提高工作效率。鉆架角度可調(diào)，能滿足多方位鉆進(jìn)螺旋地樁的要求。旋轉(zhuǎn)動力頭通過液壓馬達(dá)和齒輪減速機(jī)使螺旋地樁驅(qū)動聯(lián)結(jié)裝置旋轉(zhuǎn)，帶動螺旋地樁轉(zhuǎn)動，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。旋轉(zhuǎn)扭矩大、轉(zhuǎn)速高，鉆進(jìn)速度快。螺旋地樁驅(qū)動聯(lián)結(jié)裝置能快速安裝和脫開螺旋地樁，不需要擰多個(gè)螺栓，節(jié)省作業(yè)時(shí)間，提高工作效率。不同尺寸和安裝形式的螺旋地樁，可采用相應(yīng)尺寸和安裝形式的螺旋地樁驅(qū)動聯(lián)結(jié)裝置。旋轉(zhuǎn)動力頭的推進(jìn)與提升采用油缸、動滑輪、鋼絲繩型式，通過油缸的伸縮，使旋轉(zhuǎn)動力頭上升或下降，進(jìn)行鉆進(jìn)和提升。旋轉(zhuǎn)動力頭正轉(zhuǎn)，油缸鋼絲繩推進(jìn)時(shí)，可把螺旋地樁旋入地中。旋轉(zhuǎn)動力頭反轉(zhuǎn)，油缸鋼絲繩提升時(shí)，可把螺旋地樁旋出地面，進(jìn)行螺旋地樁的回收。油缸鋼絲繩推進(jìn)系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，故障率低。導(dǎo)向器能防止螺旋地樁偏移，便于準(zhǔn)確定位鉆進(jìn)，導(dǎo)向器可開合，便于螺旋地樁的進(jìn)出，導(dǎo)向器的開合可采用手動式或液壓油缸驅(qū)動。鉆機(jī)液壓控制系統(tǒng)能調(diào)節(jié)推進(jìn)壓力、推進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)螺旋地樁鉆進(jìn)或旋出的要求，滿足旋轉(zhuǎn)一周鉆進(jìn)一個(gè)螺旋地樁螺距的需要。鉆機(jī)所有動作控制由先導(dǎo)手柄控制，操作輕松，靈活方便。鉆機(jī)配有帶空調(diào)的司機(jī)室，作業(yè)環(huán)境大為改善，提高操作人員的舒適性和安全性，提高了工作效率。

這種鉆機(jī)取下動臂前端的鉆架，重新裝上斗桿和鏟斗，又可作挖掘機(jī)使用，或裝上液壓破碎錘，作為破碎機(jī)來使用，一機(jī)多能，擴(kuò)大了機(jī)器的使用范圍。

圖1 SWDL300螺旋地樁鉆機(jī)結(jié)構(gòu)

3 SWDL300螺旋地樁鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

功率16kW/2200rpm

行走速度高速4.7km/h

行走速度低速2.6km/h

爬坡能力30度

推進(jìn)行程2000mm

大螺旋樁規(guī)格φ114X1600mm

小螺旋樁規(guī)格φ76X2000mm

回轉(zhuǎn)扭矩3000N.m

回轉(zhuǎn)速度30rpm

提升能力10kN

提升速度3m/min

4 山河智能螺旋地樁鉆機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

SWDL螺旋地樁鉆機(jī)設(shè)計(jì)中采用全新的設(shè)計(jì)理念，運(yùn)用人性化模塊化設(shè)計(jì)和機(jī)電液一體化設(shè)計(jì)、人機(jī)與自然相融合的原則，將產(chǎn)品的性能與可靠性、靈便性、舒適性、安全性、保障維護(hù)性等人機(jī)工程有機(jī)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)與生產(chǎn)一流的產(chǎn)品。本項(xiàng)目技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平，主要關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)有：

（1）整機(jī)基于挖掘機(jī)系統(tǒng)，更換工作裝置可實(shí)現(xiàn)挖掘和鉆進(jìn)作業(yè)，機(jī)器機(jī)動靈活，上車360°全回轉(zhuǎn)；

（2）所有動作包括行走、推土鏟、上車回轉(zhuǎn)、工作裝置、地樁回轉(zhuǎn)與推進(jìn)等采用液壓先導(dǎo)閥，集中在駕駛室內(nèi)操作，操作輕便靈活，減少操作力，使控制更加平穩(wěn)，同時(shí)減少了操作人員的疲勞；

（3）駕駛室內(nèi)裝有鉆架角度顯示儀，操作直觀，能快速定位，定位精度高，節(jié)省作業(yè)時(shí)間；

（4）安裝和拆卸螺旋地樁時(shí)不需要擰多個(gè)螺栓，節(jié)省輔助時(shí)間，提高工作效率，降低勞動強(qiáng)度。針對不同直徑或安裝型式的螺旋地樁，配備不同的接樁裝置，更換驅(qū)動聯(lián)結(jié)裝置簡單、方便、快捷；

（5）鉆機(jī)配備螺旋地樁導(dǎo)向裝置，保證鉆進(jìn)的垂直度；

（6）鉆具回轉(zhuǎn)采用低速大扭矩馬達(dá)，旋轉(zhuǎn)扭矩大、轉(zhuǎn)速高，鉆進(jìn)速度快，效率高；

（7）推進(jìn)采用油缸-鋼絲繩傳動，故障低，安全，可靠性高；

（8）鉆機(jī)液壓控制系統(tǒng)能調(diào)節(jié)推進(jìn)壓力、推進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，能適應(yīng)螺旋地樁鉆進(jìn)或旋出的要求；

（9）在遇到堅(jiān)硬的地面時(shí)，在旋轉(zhuǎn)動力頭的前端可以安裝供氣的旋轉(zhuǎn)接頭和潛孔沖擊器，接上移動式空氣壓縮機(jī)，就可在硬地上鉆孔，然后再旋入螺旋地樁，解決螺旋地樁在堅(jiān)硬地面鉆不進(jìn)的問題；

（10）鉆機(jī)采用原裝進(jìn)口的發(fā)動機(jī)，性能穩(wěn)定，可靠性高，液壓系統(tǒng)主泵、主閥、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走馬達(dá)均采用原裝進(jìn)口產(chǎn)品，性能穩(wěn)定，可靠性高，作業(yè)效率高。

圖2 SWDL300螺旋地樁鉆機(jī)

5 山河智能螺旋地樁鉆機(jī)應(yīng)用情況

山河智能裝備股份有限公司和中南大學(xué)開發(fā)的螺旋地樁鉆機(jī)是一種理想的螺旋地樁鉆進(jìn)安裝設(shè)備。目前該鉆機(jī)已批量出口到泰國、日本、西班牙等國家，具有機(jī)動靈活、作業(yè)效率高、操作舒適、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)，為用戶帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。如保威新能源公司采用山河智能螺旋地樁鉆機(jī)在青海工地短短40天內(nèi)就完成了10MW西北光伏電站的螺旋地樁基礎(chǔ)和支架的全部安裝工作，為整個(gè)項(xiàng)目的提前并網(wǎng)發(fā)電創(chuàng)造了條件。