DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)

1、DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)介紹劉可可、陳建海、金立源、張迅（徐州盾安重工機(jī)械制造有限公司 江蘇徐州）摘要：本文主要介紹徐州盾安重工機(jī)械制造有限公司自主研發(fā)的DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，主要包括其技術(shù)參數(shù)、機(jī)械部件、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和輔助機(jī)具的介紹。該機(jī)型主要適應(yīng)于特殊地層和復(fù)雜環(huán)境下施工，其性能穩(wěn)定可靠，施工效率高。關(guān)鍵詞：全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)；技術(shù)參數(shù)；機(jī)械部件；輔助機(jī)具1 引言隨著城市化進(jìn)程的加速，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境施工項(xiàng)目日益增多，全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)以環(huán)保、可靠、高效的鉆進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢應(yīng)用范圍越來越廣，我國急需大型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)及其工法在國內(nèi)應(yīng)用時(shí)間不長，技術(shù)及應(yīng)用

2、上具有一定的挑戰(zhàn)性。盾安全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的成功研發(fā)填補(bǔ)國內(nèi)技術(shù)空白，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，替代進(jìn)口，滿足了國內(nèi)市場需求。為持續(xù)滿足市場需要、完善產(chǎn)品型普、在行業(yè)中保持持續(xù)的領(lǐng)先優(yōu)勢，盾安重工自主研發(fā)了DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，最大成孔直徑達(dá)到3200mm，最大成孔深度達(dá)到了120m以上。DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)安全保護(hù)措施齊全、操作方便、施工效率高，該機(jī)具有以下主要特點(diǎn)：（1）原裝美國康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力強(qiáng)勁，性能穩(wěn)定。（2）日本原裝川崎液壓系統(tǒng)，可靠性高。（3）與浙江大學(xué)國家電液控制工程技術(shù)研究中心合作開發(fā)的全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)電液壓控制系統(tǒng)，性能穩(wěn)定、可靠、操作簡便。（4）瞬間增

3、強(qiáng)系統(tǒng)，碰到障礙物時(shí)，可瞬間加大起拔力和扭矩，清除障礙物。（5）多套馬達(dá)減速機(jī)可以提供足夠的扭矩，傳遞給套管強(qiáng)大的回轉(zhuǎn)力，可適應(yīng)復(fù)雜地層及切削障礙物。（6）該機(jī)型具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，突破發(fā)達(dá)國家的技術(shù)封鎖，創(chuàng)造出多個(gè)國內(nèi)和國際第一。2 整機(jī)構(gòu)成DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是集全液壓動(dòng)力和傳動(dòng)，機(jī)電液聯(lián)合控制于一體的新型轉(zhuǎn)機(jī)。該鉆機(jī)由主要結(jié)構(gòu)和主要輔助機(jī)具設(shè)備組成，包括液壓動(dòng)力站、工作裝置和輔助機(jī)具三大部分。立柱支腿油缸減速機(jī)和馬達(dá)走臺(tái)護(hù)欄底座傳動(dòng)箱體頂層支架楔形副夾緊快換接頭電器柜應(yīng)急系統(tǒng)加油口散熱口圖1 DTR3205H鉆機(jī)主要部件示意圖3技術(shù)參數(shù)DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的技術(shù)

4、參數(shù)如表1所示。表1 盾安DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)型號(hào)單位參數(shù)備注鉆孔直徑mmØ2000Ø3200回轉(zhuǎn)扭距kN·m9080/5368/3034瞬間10593回轉(zhuǎn)速度rpm0.6/1.0/1.8最大下壓力kN1100+自重600起拔力kN7237瞬間8370壓拔行程mm750工作裝置質(zhì)量kg96000含楔形副夾緊發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)Cummins QSM11-335兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)功率kW/rpm2×272/1800發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率g/kwh2×216最大功率時(shí)液壓動(dòng)力站質(zhì)量kg13000控制方式有線遙控選裝無線遙控工作裝置尺寸（長×

5、寬×高）mm5960×4551×4380初始狀態(tài)液壓動(dòng)力站尺寸（長×寬×高）mm4800×2860×23404 DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)4.1安全可靠的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)采用了自主研發(fā)設(shè)計(jì)的負(fù)載保護(hù)裝置（專利號(hào)ZL 2012 2 0627579.0 圖2），其包括置于液壓油路中的液壓驅(qū)動(dòng)入口和電磁比例溢流閥，負(fù)載保護(hù)裝置還包括感測來自液壓油路壓力并反饋至所述電磁比例溢流閥以實(shí)現(xiàn)溢流調(diào)壓的壓力傳感器。通過液壓系統(tǒng)壓入管路上壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋的負(fù)載大小，精確控制套管刀頭的載荷，防止過載

6、情況的發(fā)生。B-CON刀頭載荷系統(tǒng)（專利申請(qǐng)?zhí)朇N201210482705.2，圖3），可以使套管的壓入力保持一定的數(shù)值，不隨套管質(zhì)量的增加而變化，通過維持適宜的壓入力，防止刀頭因超負(fù)荷而損壞；馬達(dá)泄油的油路中帶有超壓自卸裝置，使油路中的壓力維持在設(shè)定壓力之下，保護(hù)馬達(dá)等硬件不受損傷。由于采用安全穩(wěn)定的新型液壓系統(tǒng)，為鉆機(jī)提供更穩(wěn)定的輸出，運(yùn)行更平穩(wěn)，安全性更高。圖2 負(fù)載保護(hù)裝置 圖3 刀頭載荷系統(tǒng)1-液壓驅(qū)動(dòng)入口;2-刀頭負(fù)載入口;3-電磁比例溢流閥溢流口;4-御值調(diào)整裝置。4.2套管防回彈技術(shù)全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在進(jìn)行大扭矩高深度施工時(shí)，由于地質(zhì)情況的不可預(yù)見性，隨著深度的增加，套管所受的阻力隨之

7、加大，套管會(huì)由于阻力過大導(dǎo)致鋼管彈性變形，此時(shí)如果停止回轉(zhuǎn)，鋼管會(huì)在短時(shí)間發(fā)生回彈，液壓馬達(dá)會(huì)被扭曲的鋼管帶動(dòng)瞬間高速回轉(zhuǎn)，極易導(dǎo)致馬達(dá)報(bào)廢。為了解決這一難題，采用專用液壓閥（圖4）使鋼管彈性力緩慢釋放，有效保護(hù)液壓馬達(dá)。專用液壓閥圖4 鉆機(jī)防回彈裝置4.3自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)（專利號(hào)ZL 2012 2 0628282.6）全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在工作時(shí)，由于地基不平，造成套管的垂直度有偏差，而影響成孔垂直度，這將對(duì)施工帶來非常大的危害，也對(duì)以后的工程質(zhì)量帶來隱患。為了保證全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)套管的垂直度，增加套管垂直度檢測和調(diào)平系統(tǒng)（圖5）。自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)由安裝于鉆機(jī)工作裝置上的角度傳感器通過連接線與微處理器相

8、連，同時(shí)微處理器又與水平顯示儀表、調(diào)平控制開關(guān)和比例電磁閥相連。角度傳感器通過電纜線將信息實(shí)時(shí)的傳遞到微控制處理器的信號(hào)采集口，同時(shí)受調(diào)平開關(guān)的控制，而將得出的數(shù)據(jù)顯示在水平顯示儀表上，并根據(jù)數(shù)據(jù)大小輸出對(duì)應(yīng)大小的電流去驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵，由比例電磁鐵推動(dòng)比例液壓閥而改變使伸縮油缸的狀態(tài)，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)平的目的。自動(dòng)調(diào)平儀圖5 調(diào)平系統(tǒng)DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，采用自主研發(fā)設(shè)計(jì)的一種全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)調(diào)平裝置（圖6），其包括驅(qū)動(dòng)所述全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)工作的液壓油路, 所述液壓油路包括動(dòng)力油路和調(diào)平油路以及將所述液壓油路在動(dòng)力油路和調(diào)平油路之間切換的電磁換向閥。新型調(diào)平裝置在得電狀態(tài)下，保證鉆機(jī)

9、調(diào)平功能的實(shí)現(xiàn)，在不得電的情況下來自恒壓泵的油路同回轉(zhuǎn)油路聯(lián)通，提高了恒壓變量泵輸出能量使用效率。 圖6 調(diào)平裝置圖6說明如下：1 表示連接去往液壓油箱的回油油路的油口；2 表示連接來自恒壓變量泵出油口油路的油口；3 表示連接去往接頭安裝板快速接頭端口油路的油口；4 表示連接去往回轉(zhuǎn)電液閥塊油路的油口；5 表示連接去往接頭安裝板快速接頭端口油路的油口。4.4套管楔形夾緊裝置（專利號(hào)ZL201120273730.0）本鉆機(jī)采用自主研發(fā)設(shè)計(jì)的套管夾緊裝置（圖7），工作時(shí)，向夾緊油缸4 的無桿腔同步送入高壓油，夾緊油缸4 的活塞桿伸長，缸體推動(dòng)升降平臺(tái)1 上移，連桿3 和楔塊7 跟隨升降平臺(tái)1 上的

10、上回轉(zhuǎn)支承2 同步上移，此時(shí)楔塊7 的斜面脫離大齒圈10 斜面的限制，變徑隔套8 在自重作用下自動(dòng)向外移動(dòng)與套管12脫離。將套管12 放入六只變徑隔套8 之間，向夾緊油缸4 的有桿腔同步送入高壓油，夾緊油缸4 的活塞桿回縮，缸體拉動(dòng)升降平臺(tái)1、連桿3、楔塊7 和變徑隔套8 下移，在下行的過程中，楔塊7 的斜面在大齒圈10 斜面的限制下和變徑隔套8 同時(shí)內(nèi)移，變徑隔套8 內(nèi)弧面逐漸接近套管12 外壁，直至達(dá)到設(shè)定的夾緊狀態(tài)。由于六個(gè)楔塊7 同時(shí)受力，保證套管12變形小，對(duì)中性好。，隨著夾緊油缸4 供油壓力的增大，壓緊套管12 的夾緊力增大。圖7 DTR3205H鉆機(jī)楔形夾緊結(jié)構(gòu)示意圖本鉆機(jī)工作裝

11、置底座創(chuàng)新性采用楔形副夾緊裝置（圖8），采用支腿油缸進(jìn)行調(diào)平，具有更好的定位效果，進(jìn)而提高了鉆機(jī)的抗震性及穩(wěn)定性，使得鉆機(jī)作業(yè)更為穩(wěn)定，故能夠確保作業(yè)時(shí)的打樁精度及工作效率。圖8 DTR3205H鉆機(jī)楔形副夾緊裝置其中：1、副夾緊裝置；2、底座；3、主夾緊裝置；1-1、夾緊油缸及導(dǎo)向柱；1-2、升降基板；1-3、楔塊固定架；1-4、連桿；1-5、銷軸；1-6、楔塊；1-7、導(dǎo)向板；1-8、變徑塊；1-9、楔塊壓板。采用與主夾緊相同的楔形結(jié)構(gòu)，具有對(duì)中性好，夾緊力大等優(yōu)點(diǎn)，自身含有導(dǎo)向柱，可保證夾緊的同步進(jìn)行，套管的拉拔力越大，夾緊力也就越大。通過同時(shí)使用主夾緊裝置及副夾緊裝置可以更好地完成抱起

12、套管的工作，提高工作效率。通過變徑塊的使用，可以提高鉆機(jī)本體的適應(yīng)性。4.5雙動(dòng)力系統(tǒng)、四五泵切換技術(shù)液壓動(dòng)力站采用原裝美國康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力強(qiáng)勁，性能穩(wěn)定，并采用雙發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的模式，保證回轉(zhuǎn)及圧拔動(dòng)力需求；在一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)檢修時(shí)，另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供動(dòng)力，保證施工的連續(xù)性。兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作情況下，可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)泵四泵模式壓拔泵雙泵模式及回轉(zhuǎn)泵五泵模式壓拔泵單泵模式切換，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)模式及經(jīng)濟(jì)模式的切換?；剞D(zhuǎn)由四泵切換為五泵模式后，回轉(zhuǎn)速度加快，切削效率提高。4.6 專用液壓系統(tǒng)液壓動(dòng)力站內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)若干液壓泵，經(jīng)過液壓軟管連接到工作裝置上，將動(dòng)力傳遞到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。液壓動(dòng)力站采用原裝美國康明

13、斯發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力強(qiáng)勁，性能穩(wěn)定，雙動(dòng)力源保證回轉(zhuǎn)及圧拔動(dòng)力需求；在一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)檢修時(shí)，另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供動(dòng)力，保證施工的連續(xù)性。液壓系統(tǒng)原理框圖如圖9所示。 圖9 DTR3205H鉆機(jī)液壓原理框圖該鉆機(jī)采用的液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)模式及經(jīng)濟(jì)模式的切換。雙發(fā)動(dòng)機(jī)雙泵組同時(shí)工作時(shí)，為工作裝置提供了大的功率的大的流量需求，可根據(jù)實(shí)際工況實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)泵四泵壓拔泵雙泵模式及回轉(zhuǎn)泵五泵壓拔泵單泵模式切換，回轉(zhuǎn)由四泵切換為五泵模式后，回轉(zhuǎn)速度加快，切削效率提高?；剞D(zhuǎn)泵屬于長時(shí)間工作的工作裝置，壓拔泵屬于間歇式工作的工作裝置，采取減少一個(gè)長時(shí)間工作的工作裝置實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，相反工作效率提升。成小孔工況時(shí)，采用單發(fā)動(dòng)機(jī)工作，

14、降低能耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。在施工中可根據(jù)實(shí)際工況采用不同的發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，極大地降低該設(shè)備的功耗，在使用回轉(zhuǎn)泵五泵模式壓拔泵單泵模式下又能對(duì)設(shè)備的性能增強(qiáng)，提升設(shè)備的工作效率。4.7 高可靠性電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)核心是高速控制器TTC60，符合IEC61508的超高安全級(jí)別，可以確保分布式系統(tǒng)和獨(dú)立系統(tǒng)的模塊安全，內(nèi)置診斷系統(tǒng)，高防護(hù)等級(jí)封裝，適用于工程機(jī)械的震動(dòng)和沖擊環(huán)境。通過液壓系統(tǒng)壓入管路上壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋的負(fù)載大小，精確控制套管刀頭的載荷，防止過載情況的發(fā)生。該鉆機(jī)采用遙控盒進(jìn)行有線遙控的方式進(jìn)行控制，配置調(diào)平控制器進(jìn)行調(diào)平，保證機(jī)體的垂直度和作業(yè)的穩(wěn)定性，同時(shí)設(shè)置應(yīng)急系統(tǒng)控制面板，

15、限制作業(yè)時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況，起到安全保護(hù)的作用。6 DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)與日本車輛同類型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)對(duì)比與同類型日本車輛全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)相比，盾安DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)具有回轉(zhuǎn)扭矩、起拔力大的優(yōu)勢，見表2 盾安DTR3205H與日本車輛RT-320H鉆機(jī)參數(shù)的對(duì)比。表2 盾安DTR3205H與日本車輛RT-320H鉆機(jī)參數(shù)的對(duì)比公司名稱型 號(hào)鉆孔直徑（mm）回轉(zhuǎn)扭矩（kN·m）回轉(zhuǎn)速度（rpm）套管下壓力（ kN）套管起拔力（kN）壓拔行程（mm）盾安重工DTR3205HØ2000Ø32009080/5368/3034 瞬時(shí)105930.6/1.06/1.81100+600（自重）7237瞬時(shí)8370750日本車輛RT-320HØ2300Ø32008030/5220/3030 瞬時(shí)85100.6/0.9/1.51100+510（自重）5520瞬時(shí)6550750由表2可知，盾安重工DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)與同型號(hào)日車RT-320H相比，回轉(zhuǎn)扭矩和起拔力更大，