楊宏偉 喬居斌　濱州學院機電工程系　山東 濱州

旋挖鉆機鉆桿管體開裂原因分析與解決方案

楊宏偉 喬居斌濱州學院機電工程系山東 濱州

針對旋挖鉆機鉆桿使用過程中出現(xiàn)的管體開裂情況，綜合考慮旋挖鉆機作業(yè)時運行情況及鉆桿材質(zhì)、制造工藝等情況，查明開裂原因，并提出解決方案。該方案切實可行，可大幅減少鉆桿管體開裂情況，對提高鉆桿使用壽命及施工效率具有重要意義。

旋挖鉆機；鉆桿；管體開裂

旋挖鉆機是目前基礎施工中常見的鉆孔灌注施工機械，圖1為北京市三一重機有限公司生產(chǎn)的SR280R旋挖鉆機，各主要部件如圖1所示。

鉆桿是旋挖鉆機的工作裝置，上端與隨動架相連，下端與鉆斗相連，將鉆機輸出的動力傳遞給鉆斗，是鉆機最重要的部件之一，提高鉆桿的可靠性對提升鉆機施工效率及施工質(zhì)量具有重要意義[1-4]。本文對鉆桿中相對典型的管體開裂故障進行分析，并提出解決方案。

1 鉆桿管體開裂情況

管體開裂主要發(fā)生在機鎖式鉆桿的第一節(jié)第一組加壓臺與斜鍵間，既影響施工進度，也給客戶造成經(jīng)濟損失，是鉆桿作業(yè)過程中常見的及影響最大的故障之一。

圖2是一起φ508-4×15m機鎖桿管體開裂故障，該鉆桿配備于SR280R入巖鉆機，孔徑1.5m，孔深27m，在使用500小時左右時第一節(jié)鉆桿斷裂，其余三節(jié)桿沉在孔中提不上來，嚴重影響施工進度。

圖1　SR280R旋挖鉆機

圖2　φ 508-4×15m機鎖桿管體開裂

2 鉆桿管體開裂原因分析

通過深入工地實地調(diào)研，并結(jié)合以往機鎖式鉆桿管體開裂的情況，分析總結(jié)原因如下：作用過程中強力加壓，致主機前履帶上翹，桅桿后仰，鉆桿長時間在彎曲條件下作業(yè)，受彎矩折斷。模擬鉆桿作業(yè)時各節(jié)桿的伸出順序及狀態(tài)，分析各狀態(tài)時鉆桿的受力情況，如圖3至圖5所示。

（1）如圖3所示，使用第一節(jié)鉆桿鉆進時，各節(jié)鉆桿重合在一起，抗彎性能比較強，桅桿后仰不會導致鉆桿斷裂。

（2）如圖4所示，使用第二節(jié)鉆桿最下面一組加壓臺鉆進時，二、三、四節(jié)桿重合在一起，二桿頂端位于第一節(jié)桿中間一組傳扭段。當主機前履帶翹起桅桿后仰時，第一節(jié)桿受動力頭向后的力F1，其余各節(jié)桿保持豎直，對第一節(jié)桿產(chǎn)生力F2，兩者形成力矩M，使第一節(jié)桿后仰距離x，將一桿最上端加壓臺與斜鍵間的管體扳斷。

F1 —桅桿后仰時動力頭作用于一桿的力

F2 —二、三、四節(jié)桿重合在一起，作用于一桿的力

L —兩個力之間的距離

（3）如圖5所示，使用第二節(jié)桿上面兩組加壓臺及三、四節(jié)桿時，當主機前履帶翹起桅桿后仰時，第一節(jié)桿后仰的距離不變，仍為x，但兩個力之間的距離L較大，角度θ較小，第一節(jié)桿及各節(jié)桿均不會被扳斷。

綜上所述，當主機前履帶翹起桅桿后仰時，第一節(jié)鉆桿最上端加壓臺與斜鍵間的管體比較容易出現(xiàn)管體開裂，是鉆桿的薄弱環(huán)節(jié)。

圖3　使用第一節(jié)鉆桿

圖4　使用第2節(jié)桿最下面一組加壓臺

圖5　使用第二節(jié)桿上面兩組加壓臺及三、四節(jié)桿

3 解決方案

根據(jù)以上分析，可采取以下方案解決鉆桿管體開裂情況。

（1）配備與主機相適應的鉆桿

SR280R入巖鉆機額定輸出扭矩285kNm，壓力350kN，標準配置是φ508系列鉆桿，目前市場上有些SR280R鉆機配置φ445系列鉆桿，鉆機輸出超過鉆桿的額定承載，故障率相對較高。

（2）作業(yè)前將桅桿調(diào)成豎直狀態(tài)

為避免鉆桿長時間受彎矩作用折斷，作業(yè)前將桅桿調(diào)成豎起狀態(tài)。

（3）作業(yè)時避免前履帶翹起

作業(yè)過程中，避免強力加壓致主機前履帶翹起，當發(fā)現(xiàn)桅桿有后仰現(xiàn)象時，應降低加壓力，防止鉆桿受彎矩作用而折斷。

（4）增強第一節(jié)鉆桿的抗彎強度

φ508系列機鎖桿第一節(jié)桿采用φ508×10鋼管制作，可滿足正常施工時的強度要求，但當桅桿后仰，鉆桿承受彎矩時，可能出現(xiàn)管體開裂。將φ508×10鋼管改為φ508×14鋼管，可有效提高第一節(jié)桿的抗彎強度，當桅桿輕微后仰時，管體也不會出現(xiàn)開裂情況。

4 結(jié)論

本文對鉆桿作業(yè)過程中較為典型的管體開裂情況進行了詳細分析，查明故障原因，并提出解決方案，該方案切實可行，可大幅減少鉆桿管體開裂故障，對提高鉆桿使用壽命及施工效率具有重要意義。

［項目：校級重點課程群 項目編號：BYZDKCQ201305］

[1] 黎中銀，焦生杰，吳方曉．旋挖鉆機與施工技術[M]．人民交通出版社，2009，12

[2] 林恩波，鹿炳光，尤敦成，等．論提高國產(chǎn)鉆桿的性能質(zhì)量水平[J]．建筑機械，2007，(11)：103-105

[3] 張啟君．國內(nèi)外旋挖鉆機發(fā)展現(xiàn)狀與結(jié)構(gòu)特點分析[J]．建設機械技術與管理，2006，(06)：77-80

[4] 吳兆成，旋挖鉆機鉆桿托架失效分析[J]．建筑機械化，2007，(11)：37-40

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楊宏偉，男，1982年生，濱州學院機電工程系，碩士研究生，主要研究方向是測試計量方向。