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泵摘要：本文主要介绍了泵的发展历史，泵的分类及生活中常用泵的工作原理及相关应用，并大胆展望了泵的发展方向。关键词：发展史，分类，原理，应用，方向。引言：泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。生活及工业生产中我们已经离不开泵。泵的发展史水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具，例如埃及的链泵(公元前17世纪)，中国的桔槔(公元前17世纪)、辘轳(公元前11世纪)和水车(公元1世纪)。比较著名的还有公元前三世纪，阿基米德发明的螺旋杆，可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。公元前200年左右，古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的活塞泵，已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得到迅速发展。1840-1850年，美国沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置的，蒸汽直接作用的活塞泵，标志着现代活塞泵的形成。19世纪是活塞泵发展的高潮时期，当时已用于水压机等多种机械中。然而随着需水量的剧增，从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。但是在高压小流量领域往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增多。回转泵的出现与工业上对液体输送的要求日益多样化有关。早在1588年就有了关于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了其他各种回转泵，但直到19世纪回转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。20世纪初，人们解决了转子润滑和密封等问题，并采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速发展。回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其他各类泵所不及。利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多•达芬奇所作的草图中。1689年，法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的，则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。1851～1875年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵成为可能。尽管早在1754年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方程式，奠定了离心泵设计的理论基础，但直到19世纪末，高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。泵的分类泵通常按工作原理分容积式泵、动力式泵和其他类型泵，如射流泵、水锤泵、电磁泵、气体升液泵。泵除按工作原理分类外，还可按其他方法分类和命名。例如，按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等；按结构可分为单级泵和多级泵；按用途可分为锅炉给水泵和计量泵等；按输送液体的性质可分为水泵、油泵和泥浆泵等。泵的工作原理3.1容积式泵容积式泵在一定转速或往复次数下的流量是一定的，几乎不随压力而改变；往复泵的流量和压力有较大脉动，需要采取相应的消减脉动措施；回转泵一般无脉动或只有小的脉动；具有自吸能力，泵启动后即能抽除管路中的空气吸入液体；启动泵时必须将排出管路阀门完全打开；往复泵适用于高压力和小流量；回转泵适用于中小流量和较高压力；往复泵适宜输送清洁的液体或气液混合物。总的来说，容积泵的效率高于动力式泵。 动力式泵靠快速旋转的叶轮对液体的作用力，将机械能传递给液体，使其动能和压力能增加，然后再通过泵缸，将大部分动能转换为压力能而实现输送。动力式泵又称叶轮式泵或叶片式泵。离心泵是最常见的动力式泵。3.2动力式泵动力式泵在一定转速下产生的扬程有一限定值，扬程随流量而改变；工作稳定，输送连续，流量和压力无脉动；一般无自吸能力，需要将泵先灌满液体或将管路抽成真空后才能开始工作 ；适用性能范围广；适宜输送粘度很小的清洁液体，特殊设计的泵可输送泥浆、污水等或水输固体物。动力式泵主要用于给水、排水、灌溉、流程液体输送、电站蓄能、液压传动和船舶喷射推进等。3.3其他其他类型的泵是指以另外的方式传递能量的一类泵。例如射流泵是依靠高速喷射出的工作流体 ，将需要输送的流体吸入泵内，并通过两种流体混合进行动量交换来传递能量；水锤泵是利用流动中的水被突然制动时产生的能量，使其中的一部分水压升到一定高度；电磁泵是使通电的液态金属在电磁力作用下 ，产生流动而实现输送；气体升液泵通过导管将压缩空气或其他压缩气体送至液体的最底层处，使之形成较液体轻的气液混合流体，再借管外液体的压力将混合流体压升上来。4. 泵在生产生活中的应用4.1不锈钢冲压离心泵在用水系统中的应用不锈钢冲压离心泵 ，液控阀门校验泵站 ，主要用于小流量、高扬程的用水系统，如饮用水供应系统、压力锅炉供水系统、高纯度净水系统以及医药、食品、精细化工、造纸等行业的冲洗、喷洒等工艺过程。国家经贸委节能信息传播中心最近将不锈钢冲压离心泵列入“最佳节能实践案例研究”，并对该设备的应用及效益进行了分析。据了解，传统铸造泵是通过制模、灌模、机械加工等复杂工艺制造，耗电、耗料、劳动强度大，严重污染环境，并且无法铸造出口宽度窄的小流量的叶轮。不锈钢冲压离心泵是采用冲压、焊接工艺制造，取代了传统的铸造工艺。泵体生产可节省材料70%以上，效率提高3%-5%，较易实现机械化与自动化批量生产，减少环境污染，减轻劳动强度。对于冲压离心泵生产厂家，生产2082台不锈钢冲压离心泵，新工艺比传统工艺节约不锈钢材料3.47吨，降低铸造电耗7634千瓦小时。对于洗瓶灌装机的用户，在满足生产要求的情况下，水泵的实际运行功率也从原来的2.18千瓦下降到2.11千瓦，每台节电3.2%。此外，由于该泵的重量轻、体积小、整体结构合理、维护方便，也减少了维护费用。根据国家统计局和中国机械工业联合会的统计数据，全国铸造泵类年需求量为457万台，合金铸造小流量泵每年需求在38万台以上。不锈钢冲压离心泵因其外形轻巧美观、效率高且价格比铸造泵低，是进口泵的一半，具有显著的经济效益，应用范围广，市场前景广阔。4.2液压水锤泵原理及推广应用实例4.2.1液压水锤泵的工作原理和提水性能液压水锤泵自动供水设备是利用液压冲击原理和液压传动原理设计制造的水力能量升级转换装置，主机设备由脉冲发生器、能量耦合器和蓄能器三个组件构成。它是一种新式微型水力站的主机设备，这种水力泵实质上是利用水力能量传输特性的特种往复泵或泵组，在整体上构成特殊型式的变容式水力机械。在液压系统中，由于某种原因，液体压力瞬间突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击的峰值压力往往比正常压力高出许多倍。水锤泵利用的就是液压冲击原理，即水流在正常流动的过程中，突然关闭出水口阀门，就会在泵体内产生很大的冲击力。利用这个冲击力，就可以把水送到高处。液压冲击是非定常流动，压力波以速度C沿进水动力管道（长引水管）来回传播。在水锤泵设计中，一般都是利用阀门突然关闭后管道压力最大升高量ΔP作为泵的扬水动力。由于液压冲击为一衰减过程，故研究压力升高第一波传至管道入口时的情况。假定管道断面积为A，管长为L，管道液体的初始流速为V，液体密度为ρ，压力波从排水冲击阀门传至上游供水池的进水口的时间为T，对这段时间运用动量方程：ΔP•A•T=ρALV所以 ΔP=ρLV/ T=CρV式中C=L/T，为压力波在水中的传播速度，取C=1400m/s。可以计算水从2m高处经长引水管进入水锤泵后，突然关闭排水冲击阀门产生的最大升高压力ΔP，并由能量守恒定律求水流初始速度V：mgh=mV•V/2，则 V=(2gh)0.5=(2*9.8*2)0.5≈6.3m/s所以,突然关闭冲击阀门时产生的最大升高压力ΔP为:ΔP= CρV=1400*1000*6.3=8.8Mpa再计算把水提升100米所需的压力P：P=ρgh=1000*9.8*100=0.98Mpa可以看出ΔP远大于P，所以从理论上说，利用液压冲击原理，将2米落差水流的一部分水量通过水锤泵提升到百米的高处是不成问题的。简单地说，泵装置由泵室、泵座、蓄能器所组成。泵室中有两个阀：一个是排水冲击阀W，一个是输水阀D，双阀构成一个组合自动阀件。组合自动阀件在落差水流作用下自动启闭产生液压脉冲：由进水管引来的水进入冲击阀W后泄流。当泄流流速达到设计值，冲击阀W突然关闭，因此产生一个升压波，在此高压力下输水阀D开启，一部分运动着的水流入空气罐，然后再从空气罐流向使用点或高位蓄水池。进水管的质量流量的动能由于输水而耗尽，使水暂时停止。此时压力波衰减，输水阀D由于上下压差而自动关闭。由于进水管路和水柱的弹性，在扬水冲击减弱以后，水柱朝流动方向微微往后摆动，于是在泵壳内就出现了负压，促使冲击阀W自行打开。冲击阀W开启继续泄流，然后，不断重复以上过程进行提水。为了获得连续和均匀的流量，在输水侧装置了集水器，也称蓄能器。因此，水锤泵在结构上也就由蓄能器和组合自动阀件二大核心部件组成。泵结构最重要的往复运动部件是冲击阀与输水阀的构造及其特性。通过改进自动阀门可以改进泵的工作性能。水锤泵是在无人控制的条件下工作的，所以要求各零部件的运动及时准确和安全可靠。据资料介绍，水锤泵的冲击阀开关次数最好不少于40次/分。从水锤泵的工作过程可以看出，要使泵正常工作，设计生产一种能够自动启闭，反应迅速的组合阀件至关重要。水锤泵液压冲击公式为：△P=CρV=LV/t，式中△P为冲击压力；L为冲击波传播距离；V为冲击前进水管内平均流速；t为冲击阀阀门关闭时间。从公式可以看出，要提高液压冲击的压力，必须提高冲击前进水管内平均流速V，缩短冲击阀阀门关闭时间t，及增大冲击波传播距离L。在水锤泵站已建成的先决条件下（ H、L、V三者已定），要产生明显的液压冲击并兼顾泵站效率，主要靠减少冲击阀阀门关闭时间t。|^7水锤泵组合自动阀件是两个特殊的专用阀门，其操作动力只有水流的脉动力和其自重。从自动阀门的力学分析可以看出，冲击阀阀门的关闭时间主要取决于有无增速机构、垫胶的弹力、阀盘的重量和出水口的流速等因素。冲击阀阀门的开启时间主要取决于泵壳内负压、垫胶的回弹力、阀盘的重量和出水口的流速等因素。武汉润泽水利技术中心研制的液压水锤泵，其自动冲击阀门在构造上可自启闭且不采用轴承，并力求防止阀杆的磨损。另外，为防止冲击阀关闭时产生的冲击和振动，在构造上采用了缓冲结构，因此泵壳内的冲击力、与泵连接的进水管道作用的应力，以及作用于基础的冲击力均很小。在进行研制开发时，采用特征线法对液压冲击和柔性水锤进行电算分析，并从材料和强度方面进行了综合的实验研究和理论分析。液压水锤泵通过水力能量传输特性的合理设计来加大能流密度，精准设计脉冲发生组件液压冲击波的脉冲泵水作用，加快液压水锤泵缷载及加载，从而使脉冲发生组件自动冲击阀门（包含辅助增速阀盘装置）实现每分钟30到300次开关频率，达到中高频运转。落差水流从1至7米高处的进水池（泵站供水池），再经长引水管进入底座为泵室灌水，一直灌到进水池的水平面高度，这时自动阀门是关闭的。为了启动水锤泵，须用手多次打开冲击阀W，以进一步增加蓄能器内的空气室压头。当空气室压力达到落差的3倍左右，则进水管水柱回摆所产生的压强足以使输出阀自行打开，并使水锤泵动作起来。这时，空气室压头不断增加，一直上升到输水管出口顶端的压头值，然后压头基本稳定下来。在扬程压头较高时，一般蓄能器的空气室中的空气渐渐被高压水吸收，使空气室最终不起作用，压力峰值不断升高并会造成机械事故。因此，高扬程应用时需要对水锤泵重新设计液压蓄能器部件，主要是采用气囊式蓄能器,或者采取措施对空气罐人工补气或自动补气。落差水源的水头和流量是泵扬程和扬水量的重要决定因素之一。另外，泵工作性能还受到引水管安装角度、引水管和扬水管口径及长度、冲击阀开关次数等因素的影响。经过多次工程试验和现场安装应用测试，得到以下几个经验公式：①、扬程h与水流落差H的关系：h/H=10-50；②、将液压水锤泵作为动力机和水泵的联合体来考虑，其效率可由下式定义：η=qh/（QH）η为泵效率；q为扬水流量；h为扬水高度；Q为进水管来水流量；H为落差水头。泵效率的经验公式：1、η=（1.17-1.37）-0.2（（h-H）/H）0.5（h-H）/H=3-17（采用各类空气罐作液压蓄能器）2、90%≥η≥60%， （h-H）/H=2～49（采用隔膜式蓄能器作液压蓄能器）③、水锤泵扬水量q：q=ηHQ/（h-H+ηH）④、引水管长度L： L=7-12H（随落差水头大小相应变化取值）⑤、引水管安装角度α：仰角要大于5°，小于20°，以7°-15°为最佳安装角度。⑥、引水管口径D： D=0.3(60Q)0.5（Q是进泵水源的常年保证流量）⑦、扬水管口径d: d=0.5-0.1D（随扬程落差比h/H相应变化取值）水锤泵性能的主要技术指标是功率及其效率，但由于受到安装的场所、地形条件及水源等的限制，设计时还应对供给水量、水头、进水管长度、扬水高度和扬水流量等，综合地考虑各种因素进行设计。据资料显示，国外水锤泵的工作寿命最长可达100年以上，其易损件仅为橡胶垫、密封件、螺栓等。4.2.2液压水锤泵使用带来的优点1、液压水锤泵通过水力能量传输特性的合理设计来加大能流密度，精准设计脉冲发生组件液压冲击波的脉冲泵水作用，加快液压水锤泵缷载及加载，从而使脉冲发生组件自动冲击阀门（包含辅助增速阀盘装置）实现每分钟30到300次开关频率，达到中高频运转。?.据资料介绍，水锤泵自动冲击阀门的开关频率最好不少于每分钟40次。工程应用的资料表明，国内同类产品一般运行频率较低（引进德国BIL系列水锤泵只有每分钟20—40次，不超过每分钟60次）。2、运行噪音小，新型RZ-50饮水型液压水锤泵运转噪音小于80分贝，国内同类新产品（如引进德国BIL系列水锤泵）运转噪音高达105-130分贝。3、“液压水锤泵”采用不锈钢等耐蚀材料制造蓄能器筒体，以免水锤泵微型水力站的提升水流遭受铁锈污染。4、液压蓄能器有效容积可通过（含手动）充气装置等简单措施得到有效保证，特别是长年运行中不会丧失气室容积和储能量；液压蓄能器的补气不需要泄空补气，不会造成水锤泵停机。国内同类产品（如引进德国BIL系列水锤泵），大多采用的蓄能器为半蓄能器（没有气体预压缩措施的蓄能器），泄空补气时会造成水锤泵停机。5、液压蓄能器组件采取等温加载循环工作方式，由脉冲发生组件自动冲击阀门的中高频快速加载工作所可能造成的液压蓄能器气室中的热力损失得到降低，并取消了常规水锤消除器（系气囊式蓄能器，采用绝热加载循环工作方式）筒体内表面的聚丙烯套隔离部件，降低了加工工艺难度和制造成本。6、“液压水锤泵”，全称“组件式复合液压传动型水锤泵”，由脉冲发生组件、能量耦合组件和蓄能组件这三部分构成。液压水锤泵采用能量耦合组件作为特殊能量转换器实现能量耦合，可以实现直流/交流液压工作方式转换。液压水锤泵自动供水设备—新型RZ系列饮水型液压水锤泵是利用液压冲击原理和液压传动原理设计制造的水力能量升级转换装置。故液压水锤泵设计原理有别于单一采用水锤原理的传统水锤泵。5. 泵的发展趋势泵的技术发展一如其他产业的发展一样，是由市场需求的推动取得的。如今，历史已进入到二十一世纪，人们在以环保、电子等领域高科技发展及世界可持续发展为主所产生的巨大需求的大背景下，对于包括泵行业在内的许多行业或领域都带来了技术的飞速变革和发展。泵的技术发展趋势，主要有以下几个方向：（1）产品的多元化产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求有各自的特色特点，做到与众不同；正是这一点，造就了泵产品的多元化趋势。它的多元性主要体现在泵输送介质的多样性、产品结构的差异性和运行要求的不同性等几个方面。从输送介质的多样性来看，最早泵的输送对象为单一的水及其它可流动的液体、气体或浆体到现在可输送固液混合物、气液混合物、固液气混合物，直至输送活的物体如土豆、鱼等等。不同的输送对象对于泵的内部结构要求均不同。除了输送对象对泵的结构有不同要求外，在泵的安装形式、管道布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构提出新要求。同时，各个生产厂商，在结构的设计上又加入了各自企业的理念，更加提高了泵结构的多元化程度。基于可持续发展和环保的总体背景，泵的运行环境对泵的设计又提出了众多的要求，如泄漏减少、噪声振动降低、可靠性增加、寿命延长等等均对泵的设计提出了不同的侧重点或几个着重点并行均需考虑，也必然形成泵的多元化形式。（2）泵设计水平提升与制造技术优化的有机结合进入信息时代的今天，泵的设计人员早已经利用计算机技术来进行产品的开发设计（如CAD的利用），大大提高了设计本身的速度，缩短了产品设计的周期。而在生产为主的制造当中，以数控技术CAM为代表的制造技术业已深入到泵的生产当中。但是，从目前国内的情况看，数控技术CAM主要应用在批量产品的生产上。对于单件或小批的生产，目前CAM技术尚未在泵行业当中普遍实施，单件小批的生产仍旧以传统生产设备为主。由于市场要求生产厂商的货期尽可能缩短，尤其对于特殊产品（针对用户要求生产的产品）供货周期缩短，必然要求泵的生产企业加速利用CAM技术，甚至是计算机集成制造系统（CIMS）、柔性制造（FMC和FMS）对从设计到制造模具、零件加工等各环节协调一致处理，保证一但设计完成，产品零部件的加工也是趋于同期完成，以确保缩短产品的生产周期。与此同时，除利用计算机制图外，还将在计算机这个载体上实现产品的强度分析、可靠性预估和三维立体设计，将原来需要在生产中发现和解决的工艺问题和局部结构问题及装配性问题等方面提到生产前进行防范，缩短产品的试制期。（3）产品的标准化与模块化在产品出现多元化的同时，泵作为通用产品，总体总量依旧巨大。在市场中，除出现技术性竞争外，产品的价格竞争尤其是通用化产品的价格竞争是必然趋势。在产品出现多元化的趋势下，要实现产品价格的竞争优势，提高产品零部件的标准化程度，实现产品零部件的模块化是必须的。在众多零部件实现模块化后，通过不同模块的组合或改变个别零件的特性，以实现产品的多元化。同时，只有当零部件标准化程度提高后才有可能基于产品的多元化基础上实际规模化的零部件生产，用以降低产品的生产成本和形成产品的价格竞争优势，也可以在产品多元化的基础上进一步地缩短产品的交货周期。（4） 泵内在特性的提升与追求外在特性所谓泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。在这一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题；而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。技术人员在进行产品设计时，为提高某一产品的百分之一效率常常花费不少心思；而泵运行如果偏离设计的高效点，实际运行的效率远不止降低百分之一。现在，泵生产厂家同时为用户配套包括变频在内的控制设备及成套设备，实际上已介入到泵的外在特性的追求上了。在此基础上，再关注泵的集中控制系统，提高整个泵及泵站运行效率，则是在泵外特性的追求上更上一层楼。从销售角度看，推销产品即是在推销泵的内在特性；而关注泵的外特性则是生产厂商不仅是推销产品，而是在推销泵站（成套项目）。从使用角度看，好的产品必定是适合运行环境的产品而非出厂检测判别的产品。（5）机电一体化的进一步发展正如科学技术的发展一样，现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富，跨学科的共同研究是十分普遍的事情，作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例，取消泵的轴封问题，必须从电机结构开始，单局限于泵本身是没有办法实现的；解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，同时需要解决电机风叶的噪声和电磁场的噪声；提高潜水泵的可靠性，必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施；提高泵的运行效率，须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平，必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手，综合考虑，最大限度地提升机电一体化综合水平。参考文献[1] 李云，姜培正主编，过程流体机械. 北京：化学工业出版社，2009[2] 孙启才，金鼎五主编，离心机原理结构与设计计算. 北京：机械工业出版社，1987.[3] 关醒凡主编，现代泵技术手册，北京：宇航出版社，1995.
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国内封'旋挖钻机结构特点的探讨张启君,张忠海,陈以田,郑华(徐州工程机械股份科技有限公司,江苏徐州221004)摘要:以国内外旋挖钻机现有的底盘机构,钻桅,自行起落架,主副卷扬,动力头,钻杆,发动机系统等结构为背景,分析了国内外旋挖钻机常见的结构特点,为国内企业开发起到一定的借鉴作用.关键词:旋挖钻机;结构;特点;底盘结构中图分类号:U445.3文献标识码:B文章编号:1000-033X(2004)10-0037-05Discussion of drilling rig structureZHANG Qi-jun, ZHANG Zhong-hai, CHEN Yi-tian, ZHENG Hua(Xugong Science&Technology Co. Ltd, Xuzhou 221004, China)Abstract: This paper analyzed the structure characteristics of present drilling rig,such as chasis, drill string,lifting frame, windlass, power head, drill rod, engine,etc.Key words: drilling rig; characterstics; chasis; structure旋挖钻机是一种多功能,高效率的灌注桩成孔设备,被广泛应用于水利工程,高层建筑,城市交通建设,铁路公路桥梁等桩基础工程的施工.旋挖钻机还可配套长短螺旋钻具,普通钻斗,捞砂钻斗,筒式岩石钻头等钻具以适应粘土层,砂砾层,卵石层和中风化泥岩等不同的施工要求.1概述旋挖钻机的结构主要由底盘机构,钻桅,自行起落架,主副卷扬,动力头,钻杆,钻头,转台,发动机系统,驾驶室,覆盖件,配重,液压系统,电气系统等组成,其工作原理也完全相同,都是由全液压动力头产生扭矩,由安装在钻架上的油缸提供钻压力,并通过伸缩式钻杆传递至钻头,钻下的钻渣充入钻头,由主卷扬提拔出孔外.徐工研究院在调查研究的基础上已开发出RD15, RD 18 , RD22旋挖钻机,RD系列产品的旋挖钻机的整机主要由底盘,动力头,钻架,发动机系统,钻杆自动存取装置,钻杆自动润滑装置,虎钳,锚固装置,钻具,液压系统,电气系统及泥浆系统等部件组成.2主要结构特点2.1底盘的结构旋挖钻机的底盘一般为液压驱动,轨距可调,'刚性焊接式车架,履带自行式的结构.底盘主要包括车架及行走装置,行走装置主要包括履带张紧装置,履带总成,驱动轮,导向轮,承重轮,托链轮及行走减速机等组成.目前国内外旋挖钻机的底盘结构大小不一样,履带板宽度为800一1 200 mm.如意大利SOILMEC R622 HD旋挖钻机的底盘采用的是摆动伸缩式底盘,尺寸相对较小,驱动轮节距为216,单边10个支重轮2个托链轮,底盘高度相对较低.底盘伸缩采用的是摆动式,在行走过程中实现底盘的伸缩;行走减速机采用意大利BON-FIGLIOLI公司产品.意大利的CMV公司的旋挖钻机采用228.6节距的驱动轮,支重轮,托链轮及链轨,履带板拟全部采用柏壳优士吉公司的进口件.单边11个支重轮2个托链轮,底盘伸缩仍采用通过油缸伸缩来实现,底架采用框架结构.CMV TH22的车架为箱形主体结构,上部布置有回转支承支座,中心回转体支座,车架的前,后部设置有履带伸缩箱形框架机构,车架主体两边上部固定托链轮,下部固定支重轮,前部设置了导向轮及其张紧装置,后部设置了驱动轮及其传动装置.MAIT公司采用自行设计的多功能底盘,稳定性好,重量轻,可配预留装置实现多功能,并具有上下车水平调整系统可进行倾斜调节.意马公司采用卡特彼勒履带底盘.意大利,德国制造的各类旋挖钻机的履带底盘均可以伸缩.国内的三一SYR220型旋挖钻机选用卡特彼勒3300底盘,C-9电喷发动机,内藏式液压可伸缩履带结构,宽履带提供较低的接地比压,提高施工时整机的翼期践C黔 2oo4Ao 37万方数据黔黝稳定性和适应性,且便于施工和运输.总之,国内外生产的旋挖钻机大多数应用的是专用底盘,轨距可调,能根据施工情况对底盘进行宽度调整,以增加钻机的整体稳定性,驾驶室前窗配有防坠物保护;也有少数厂家应用的是起重机底盘或挖掘机底盘.2.2发动机系统旋挖钻机的发动机系统一般包括发动机,散热器,空滤器,消音器,燃油箱等.一般旋挖钻机设计时发动机选用国外的增压中冷式水冷发动机,选用进口CUMMINS发动机,为了适应不同用户的需求,也可选装国内二汽东风的康明斯发动机.其水散热器,空滤器等附件选用国产配套件,燃油箱自制.2.3变幅机构及钻桅的结构目前国内旋挖钻机的变幅机构一般采用两级变幅油缸,平行四边形连杆机构,上端一级变幅油缸两端具有万向节头便于调整,钻桅截面形式为梯形截面,钻桅下端有液压垂直支腿,上端有两套滑轮机构,上下两端均可折叠,钻桅左右可调整角度为士50,前倾可调整角度为50,后倾可调整角度为150.三一SYR220型旋挖钻机的桅杆采用大箱形截面,为动力头和钻杆提供导向作用,具有良好的刚性和稳定性,抗冲击,耐振动,无需拆卸的可折叠式结构能减少整机长度和高度,便于运输.采用流行的平行四边形结构,通过其上油缸的作用,可使桅杆远离机体或靠近机体.通过桅杆角度的调整,可实现桅杆工作幅度或运输状态桅杆高度,桅杆相对地面角度的调节,使其动作机动灵活,施工效率高.意大利,德国制造的各类旋挖钻机可自行移动,自立桅杆,整个工作机构可在履带底盘上做土3600回转.因而现场转移,对孔位灵活方便,辅助时间少;钻架采用"平行四边形连杆机构十三角形"的支撑结构,非常适合城市狭窄场地的施工;钻架上装有垂直度检测仪,可以检测和显示钻架的偏斜度,并可通过钻机的"微动"系统调整钻架的垂直度;国外的SOILMEC公司的旋挖钻机产品品种有R-210,11-312,11-416,11-5161-11),R-620,R-622,R-625,11-725,11-825,11-930,11-940,R-1240等,其中SOILMEC R622 HD钻孔机的钻桅部分与国内的钻机产品相比,主要有以下几点不同.(1)动力头滑轨的形式SOILMEC R622 HD钻孔机的滑轨采用板式滑轨,但目前许多新型的钻机采用的是方形钢管式滑轨,这种新型的滑轨在强度上容易保证.(2)变幅机构与钻桅之间的十字轴结构SOILMECR622 HD钻孔机的十字轴采用的是转盘式结构;钻机的十字轴结构采用的是柱式结构.(3)加压油缸的固定型式SOILMEC R622 HD钻孔机的加压油缸采用的是2个铰点固定的方式,铰点所需的立板通过2--3个铰点固定在钻桅上;国内的钻机是将铰点所需的立板通过螺栓间接地焊在钻桅上.(4)加压油缸的防掉SOILMEC R622 HD钻孔机的加压油缸在加压油缸的末端另有保护装置;国内的钻机则是利用上铰点来防掉的.(5)动力头的下限位块SOILMEC R622 HD钻孔机的下限位块是在限位块与动力头之间加一橡胶块,并在橡胶块的动力头端加一金属挡板;国内钻机的下限位块是金属的,没有缓冲.(6)背轮的结构SOILMEC R622 HD钻孔机背轮上的2个滑轮是共面布置,主,副卷扬机的钢丝绳,在前后方向上错开;国内的钻机背轮上的2个滑轮是同心布置,主,副卷扬机的钢丝绳在左右方向上错开.(7)背轮的位置及收放SOILMEC R622 HD钻孔机背轮在运输状态下,位于发动机与副卷扬机之间,并在用手动棘轮机构使之水平;国内的钻机背轮在运输状态下,位于配重后面,呈竖直状态.(8)由于SOILMEC R622 HD钻孔机采用的是摆动伸缩式底盘,其钻桅没有在钻桅底部的支腿机构.宝峨公司的产品系列为BG12H,BG15H,BG18H,BG24H, BG24H, BG40H, BG24, BG25 , BG36, BG40,BG48等,该公司最新组装生产的BG20旋挖钻孔机,其二级变幅的结构形式较为特别,在转台上升起一横向支柱,变幅油缸安装在上面.这一设计可以加大变幅油缸安装距,增大钻桅的稳定性;但他也使转台的设计变的复杂,且升高了运输时的整车高度.国外车型中也仅有Bauer公司一家使用此结构.另一个特点是主,副卷扬机都安装在钻桅上,节省了回转平台上的安装空间,便于转台的布置.2.4动力头的结构动力头是螺旋钻孔机的关键工作部件,其性能好坏直接影响钻孔机整机性能的发挥.动力头的功能:动力头是钻孔机工作的动力源,他驱动钻杆,钻头回转,并能提供钻孔所需的加压力,提升力,能满足高速甩土和低速钻进2种工况.动力头驱动钻杆,钻头回转时应能根据不同的土壤地质条件自动调整转速与扭矩,以满足不断变化的工况.国内的动力头为液压驱动,齿轮减速,可实现双向钻进和抛土作业,主要包括回转机蒙舞攀拼蓦黔姗聪38籍着熬袭赚戮臻藻粼髯熟鬓蒸鑫龚撇2004.10万方数据筑豁瓢镰澎5.有葬声芭亩三亩亩面面亩亩或互亩面菌面面面面或亩构,动力驱动机构及支撑机构.回转机构主要有齿轮与钻杆互锁的套管,两端支撑采用回转支承,密封等组成.动力驱动机构采用双变量马达带动减速机及小马达小减速机同时驱动钻进.抛土作业时,大减速机脱离,小马达小减速机工作,实现高速抛土.另外,支撑机构由滑槽,支座上盖与油缸连接件等组成,均为焊接结构件,应充分考虑其内部润滑,应有润滑油高度显示,加油口,放油口等,易于保养,维修.国内三一集团的动力头采用双变量液压马达驱动小齿轮,由小齿轮啮合大齿轮带动键套与钻杆配套,可根据不同地质条件自动无级改变旋转速度和输出扭矩.高品质双速减速机还可实现高速甩土功能.动力头有独立的润滑,冷却和换速液压系统,确保动力头可靠高效地工作.OILMECR622 HD钻孔机的动力头部分与国内钻机的产品相比,主要有以下几点不大相同:SOILMEC R622 HD钻孔机的动力头由三液压马达驱动,其中有一对马达同轴驱动一齿轮,在反向抛土时,只依靠小马达提供动力.国内的钻机只是由两液压马达提供动力,在反向抛土作业时,两马达均提供动力输出.SOILMEC R622HD钻孔机的动力头反向旋转由一单独机构实现,依靠此机构实现驱动齿轮与回转支承外齿轮的离合.国内的钻机是通过对减速器的更改来实现这一功能的;国内的钻机与SOILMEC R622 HD钻孔机与CMV钻孔机的动力头部分就结构上来讲,大体上是相似的,但SOILMEC R622 HD钻孔机与CMV钻孔机的动力头更为相似.他们均为三液压马达驱动,减速器与液压马达之间有一抛土换向机构.由于采用的三马达正常驱动及一马达反向抛土驱动.CMV公司的钻机采用平行连杆机构加三角形支撑型式,动力头可按土层自动调整扭矩和转速.意马公司采用动力头装有油浴式润滑.迈特公司系列旋挖钻机的动力头配有套管钻进增扭装置,钻机的摩擦钻杆驱动键的宽度和厚度大,可锁式钻杆为短键嵌入式可保证快速加锁和解锁.从国际知名大公司的钻孔机产品我们可以看出带有离合机构的钻孔机是比较普遍的机型.采用恒功率泵与变量液压马达配合,使动力头可根据地质条件自动改变其排量和压力,从而改变了输出扭矩及转速,即使动力头具有土壤自适应特性;采用带三挡或离合器的减速机,用远程液压操纵换档来实现钻孔机的低速钻进和高速抛土;液压换档,操作简单方便,提高了机器的作业效率.采用2个小齿轮同时驱动I个大齿轮且3个齿轮处于同一水平面.有利于倍增大齿轮所能传递的扭矩;齿轮中心连线为锐角三角形,使动力头结构紧凑.大齿轮与空心轴被联接为一体;空心轴内壁上均布有3条牙嵌板,其牙嵌钻进时与钻杆上的外牙嵌嵌合,可有效地传递扭矩和加压力;空心轴反转时,牙嵌即可分离.此结构不仅实现了轴的功能,也加强了轴的强度和刚度.动力头上,下箱体均为焊接结构,外形轮廓为一条包括几条圆弧及几条切线的封闭曲线;此结构不仅具有足够的强度和刚度,而且具有良好的工艺性.2.5转台的结构目前国内旋挖钻机的转台为整体焊接式结构,主纵梁为"工字梁"形截面,主要包括回转支承,转台主体,钻桅后支撑,配重组成,钻桅后支撑位于配重前与转台主体用螺栓固定,便于拆卸,配重采用分体铸造大圆弧结构,运输时可拆卸.国外旋挖钻机转台的结构不太一样,如R622-HD旋挖钻机回转平台整体上采用了高铰点,大截面结构,这也是由转台受力大,应力高的特点决定的.转台主梁为变截面工字梁结构,采用的是等强度设计,这种设计较矩形梁设计具有重量轻,省材等优点.边梁设计与徐工集团RD 18大致相同,采用大圆弧造型设计.转台上布置与国内的具有较大区别,在布置上显得更为紧凑些,主要区别是回转减速机前置,充分利用了前面的空间,主泵和液压油箱均放在转台左边,燃油箱放在发动机前端,吸油阻力较小,发动机水散和液压油散热放在转台右边,主阀等液压元件放在转台右边油散热之前,这样管路布置不会太乱.后面配重也采用大圆弧设计,与边梁和机棚造型相适应.2.6钻杆的结构决定设备地层适应能力的主要因素在于旋挖钻机所使用的钻杆形式,钻头类型以及与之相适应的设备本身的结构,其中采用什么样的凯式伸缩钻杆是最重要的因素.这是因为钻杆要将动力头的全部扭矩一直传递到孔底的钻头上,并且还要将加压液压缸的压力,动力头自重和钻杆自重等钻压稳定地传递到几十米以下的钻头上,因此当钻进较坚硬的地层时,钻杆可能要同时承受大扭矩和大钻压,还要克服很大的弯矩,这样使得钻杆的受力条件变得非常复杂,如果钻杆本身的能力达不到要求,则很容易损坏.凯式钻杆可以分为摩擦钻杆和锁紧钻杆2大类.摩擦钻杆是指钻杆上的键只能传递扭矩而不能传递钻压的钻杆,而锁紧钻杆是指钻杆之间通过加压平台可以锁成一个刚性体对地层加压钻进的钻杆.摩擦钻杆在提钻时不需要解锁,操作简封撰农慕解2004.1o 39万方数据单,但由于加压能力有限无法钻进较硬地层.锁紧钻杆的地层适应能力强,但需要解决提钻时可能对钻杆造成强烈冲击的问题.锁紧钻杆又可分为简单的加压式钻杆和六键式嵌岩钻杆.简单加压式钻杆可以实现加压,但加压平台较窄,压强较大,容易磨损造成加压失效,因此不能真正适应坚硬地层的施工.而六键式嵌岩钻杆的加压平台宽大,可以稳定地传递大钻压,又因为是六键结构,钻杆本身抗失稳的能力很强,可以有效地克服钻杆的细长杆效应.国内外的六键式嵌岩钻杆和简单锁紧式钻杆都可以实现加压,但是这类钻杆也有不足,就是在提钻时必须先反转解锁,然后再卸土.正常的提钻顺序应该是钻杆由内向外依次上升,但是如果反转解锁不完全,就会造成某相邻两节钻杆尚未解锁就一起缩进外层钻杆,一般称为挂钻.而这两节钻杆继续往上运动时,受到轻微的扰动就会自动解锁,这样外面的钻杆就会悬空,对钻杆和动力头会形成强大的冲击.通常单节钻杆的质量约为2t,假如钻杆从3m甚至8m高度自由落体冲击下来,冲击能量将非常大,如果没有保护装置,很容易造成动力头和钻杆的严重破坏.因此使用六键式或其他锁紧式加压钻杆必须配置动力头减振器.减振器包括弹簧装置和液压减振装置,能有效缓冲并吸收钻杆对动力头的冲击以及钻杆之间的冲击,保证锁紧式钻杆的安全使用.目前国内外旋挖钻机的钻杆采用4节或5节伸缩内锁式钻杆,每节长度大约为13 m,装配后总长不小于48 m,采用高强度合金钢管,钻杆与动力头采用长牙嵌内锁式连接方式.顶端与上滑动板用010系列无齿回转支承相连,下端带有弹簧缓冲,第4节上端用可滑转万向节与主卷钢丝绳相连,下端采用方形截面杆通过销轴与钻头相连,每只钻头应与方形截面杆相配,具有互换性.2.7钻头的结构钻头是决定旋挖钻机能否较好适应复杂地层,提高工效的重要部件,目前国内外旋挖钻机的钻头共分3种常用的结构:短螺旋钻头(0600-02 500 mm),回转斗钻头(0800-02 500 mm)和岩心钻钻头(0800-02500 mm),如R622-HD旋挖钻机的钻头有:短螺旋钻头,单层底旋挖钻头,双层底旋挖钻头共4个沙900,O1 000,0800,01 500)0目前国内外旋扮钻机钻头的3种常用的进土结构如下.(1)短螺旋钻头旋挖钻头主要纵短螺旋钻头为主,他主要靠螺旋叶片之间的间隙来容纳从孔底切削下来的土,砂砾等,这种钻头结构简单,造价低.地层较好时,使用他也可达到好的效果,如果地下砂砾石较多或含水较多时,在提钻时很容易掉块,钻进效率低,甚至于不能成孔.(2)单层底旋挖钻头在地下水位较高,或含砂砾较多的地层,目前多数旋挖钻机均采用钻头钻进,用静压泥浆护壁,这种钻孔工艺已明显优于短螺旋钻头钻孔.最早的旋挖钻头是单层底,在底下方有对称的2扇仅可向头内方向打开的合页门.当钻头钻进时,孔底切削下来的土,砂经合页门压入头内;在提钻时,在头内土砂的重力作用下,两扇门向下关闭,以阻止砂土漏回孔内.由于这种重力作用不是十分可靠,时常发生合页门关闭不严,造成砂土漏回孔内,降低了钻进效率,还会影响孔底清洁度.(3)双层底旋挖钻头自20世纪90年代以来,国外的一些钻机制造公司,在原单层底钻头的基础上,开发出双层底的旋挖钻头.其特点是2层底可以相对回转一个角度,以实现头底进土口的打开与关闭.即在顺时针旋转切削时,底部的进土口为开放状态,当钻完一个回次后,将钻头逆时针旋转一个角度,致使进土口强行关闭,从而使切削物完整地保存在头内.实践表明,在复杂地层中,双层底钻头的钻进效率及孔底清洁度明显优于单层底钻头.2.8卷扬的结构国内外旋挖钻机的卷扬有主副卷扬2种,卷扬的结构采用卷扬减速机,具有卷扬,下放,制动功能,卷筒自行设计,主卷扬应具有自由下放功能,且实现快,慢双速控制.主,副卷扬应配有压绳器.2.9液压电器系统意大利,德国制造的各类旋挖钻机的机,电,液一体化高度集中,结构紧凑,操纵灵活方便,自动化程度高.他采用伸缩式钻杆,节省了人力和加接钻杆的时间,施工中只需一人即可操纵整台钻机,工人劳动强度低.钻架上装有垂直度检测仪,可以检测和显示钻架的偏斜度,并可通过钻机的"微动"系统调整钻架的垂直度.驾驶室控制面板上装有孔深和钻架垂直度显示仪以及反映发动机,液压系统工作状态的仪表,显示屏及报警装置,有的还装有全电脑操作系统,使操作手能实时掌握钻进深度,钻架垂直度,保证钻孔准确到达设计深度和良好的垂直度.2.10旋挖钻机的电液比例伺服控制系统国内外旋挖钻机采用电液比例伺服控制系统,PLC,CAN总线控制等,提高了定位钻孔精度,具有钻40髯黔及 Cd 2004.10万方数据筑黯机镰与旅篡橇戮化兹或奋亩亩亩亩亩亩泣亩石盆兹亩亩孔深度的自动化检测,荧光屏显示功能等,当钻桅发生倾斜时,钻机会自动报警,并进行自动调整.采用能显示多种信息的多功能液晶显示器,能进行起钻桅控制,自动垂直调平,回转倒土控制,发动机的监控,钻孔深度测量及显示,车身工作状态动画显示及虚拟仪表显示,故障检测与报警等信息的显示.2.11安全保护国内外钻机的设计充分考虑操作人员的安全,并采取了一些措施,例如:驾驶室前窗配有FOPS(防坠物保护);卷扬的高度限位;驾驶室内操作台安全控制;发动机,液压等参数显示,报警等.3国外旋挖钻机主要特点意大利,德国等制造的各类旋挖钻机虽然能力大小有别,结构上略有差异,但总体性能和质量都比较先进,可靠,具有以下特点.(1)机,电,液一体化高度集中,结构紧凑,操纵灵活方便,自动化程度高,采用伸缩式钻杆,节省了人力和加接钻杆的时间.(2)可自行移动,自立桅杆,整个工作机构可在履带底盘上做13600回转.因而现场转移,对孔位灵活方便,辅助时间少.(3)与施工能力相同的常规钻机相比,回转扭矩大,并可根据地层情况自动调整.(4)钻架采用"平行四边形连杆机构+三角形"的支撑结构,非常适合城市狭窄场地的施工.(5)履带底盘可以伸缩.(6)钻架上装有垂直度检测仪,可以检测和显示钻架的偏斜度,并可通过钻机的"微动"系统调整钻架的垂直度.(7)驾驶室控制面板上装有孔深和钻架垂直度显示仪,以及反映发动机,液压系统工作状态的仪表,显示屏及报警装置,有的还装有全电脑操作系统,使操作手能实时掌握钻进深度,钻架垂直度,保证钻孔准确到达设计深度和良好的垂直度;实时掌握各系统工作情况,便于及时采取维修措施,保证钻机正常运转.(8)可实现多工艺钻进,能适应不同地层,不同桩基础处理方法施工的需要.一般类型的旋挖钻机除能进行旋挖钻进外,通过更换工作装置,还可实现跟管钻进和长螺旋钻进.参考文献:[1]韩金亭.大口径旋挖钻机在桩基施工中的技术优势【J].西部探矿工程,2002,12(3).[2]王平,赵永生,赵政.旋挖钻机选型及其在成孔施工中存在问题的探讨〔J].探矿工程,2001, 45(4).[3」侯再民.旋挖钻机卡钻原因及其对策〔J].探矿工程,2001,45(l).[41 JTJ 034-2000.公路路面基层施工技术规范[S].[51 GY 203-1996.M筋混凝土预制桩打桩工艺标准〔S].[61 GY 208-1996.设备基础施工工艺标准【S工[71 GY 204-1996.泥浆护壁回转钻孔灌注桩施工工艺标准【S].收稿日期:2004-05-13(上接第36页)3)墩头必须墩圆,以免滑丝;4)千斤顶的张拉杆必须拧进锚杯10扣丝以上;5)钢丝束接长时,连接杆必须拧进锚杯至10扣丝以上;6)如未张拉的钢丝要进行接长时,应套上一个比锚杯还大的钢套管,以便张拉时自由伸长;7)张拉时要随着张拉力的增加紧固螺帽,以防锚杯丝扣变形,不易锚固;8)锚下混凝土要振捣密实,以免大吨位张拉时造成混凝土崩裂.4压浆与封锚压浆是为了加强钢筋束与混凝土的整体作用,增大钢束与混凝土之间的粘结力,把力传递给混凝土,防止钢丝锈蚀.因此,压浆必须及时进行,以免长时间绷紧的钢丝束产生疲劳荷载,造成预应力损失.压浆前应选配好适宜的水灰比,水灰比太小,浆太稠给压浆造成困难;太大,浆太稀易离析沉淀,一般情况水灰比以0.45较适宜.封锚是为了保护锚头不受空气的腐蚀,保证其预应力的永久性,因此封锚一定要封得密实.参考文献:[1]许尚江.滨州黄河大桥引桥横隔梁维修加固方案[J].筑路机械与施工机械化,2003 , 20(6).收稿日期:2004-05-24获麟磊豁粼2004Ao 41万方数据的资料下的好乱，见谅
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