山西中北大學(xué)　梁偉　李國太

旋挖鉆機(jī)撈斗結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

山西中北大學(xué)梁偉李國太

旋挖鉆機(jī)是一種適合于建筑工程中成孔作業(yè)的樁工機(jī)械，廣泛用于市政建設(shè)、公路橋梁、高層建筑等施工工程中。在實(shí)際工況中，旋挖鉆機(jī)出現(xiàn)故障是難免的。其中，以掉鉆無法處理影響最大。處理不當(dāng)甚至?xí)斐晒こ坦て诘难诱`。本文簡單分析了旋挖鉆機(jī)掉鉆這一工程事故產(chǎn)生的原因，并針對鉆桿芯桿與方頭的焊接處斷裂造成的掉鉆，設(shè)計(jì)了一種撈取結(jié)構(gòu)，從而預(yù)防掉鉆，節(jié)約施工成本。

旋挖鉆機(jī)；旋挖鉆桿；撈斗結(jié)構(gòu)

1旋挖鉆桿

旋挖鉆桿是旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)的關(guān)鍵部件。目前，工程中所使用的旋挖鉆桿主要為摩擦式鉆桿主要包括摩阻桿和機(jī)鎖式鉆桿、機(jī)鎖桿幾種。摩阻桿只傳遞扭矩而不傳遞鉆壓。而機(jī)鎖桿可以在各鉆桿之間通過加壓平臺鎖成一個剛性體對地層加壓鉆進(jìn)。相比而言，摩阻桿的受力情況比較簡單，事故發(fā)生率較機(jī)鎖桿也明顯減少。掉鉆事故也多在機(jī)鎖桿上發(fā)生。

2掉鉆的原因及危害

在施工過程中，機(jī)鎖桿一方面要承受動力頭提供的大扭矩，使鉆頭做旋轉(zhuǎn)切削動作；另一方面還要承受加壓油缸通過動力頭傳遞的加壓力來實(shí)現(xiàn)鉆頭的加壓鉆進(jìn)，同時考慮到?jīng)_擊與振動的因素，鉆桿的失效就常常出現(xiàn)在這個復(fù)雜的應(yīng)力場中。而連接鉆桿與鉆斗的方頭處是彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓縮三種變形的組合。對鉆桿方頭處進(jìn)行有限元分析得出，機(jī)鎖式鉆桿整體應(yīng)力分布的最大應(yīng)力出現(xiàn)在方頭處，方頭處的受力情況就機(jī)鎖式鉆桿整體而言屬于應(yīng)力集中點(diǎn)，這使得方頭與鉆桿焊接處極易折斷而發(fā)生掉鉆事故。從工廠的維修數(shù)據(jù)看，芯桿與方頭焊接處斷裂造成的掉鉆事故也占多數(shù)。目前，掉鉆事故的處理方法，主要有不撈取、人工撈取或在芯桿中裝入鋼絲繩或鐵鏈進(jìn)行撈取。但其對沖擊載荷的承受能力較差，實(shí)際效果并不理想，或勉強(qiáng)撈出但對人力、物力造成很大的損耗，甚至嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。

3撈鉆結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

根據(jù)工程實(shí)際，并結(jié)合工人的經(jīng)驗(yàn)，我們設(shè)計(jì)了一種撈取鉆斗的結(jié)構(gòu)主要用來預(yù)防掉鉆和簡化鉆斗撈取方法，具體有以下兩種方案。

方案1：在旋挖鉆桿的芯桿內(nèi)裝入一提斗結(jié)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由心軸、彈簧、擋板和擋環(huán)組成（如圖1）。首先把方頭的內(nèi)孔加工成臺階形狀，然后取一心軸并在其一端焊接圓形擋板（擋板直徑小于芯桿的內(nèi)徑），再把心軸裝入方頭的階梯孔內(nèi)，擋板與方頭的臺階面接觸，擋板與方頭的內(nèi)孔點(diǎn)焊（心軸就不會掉落，便于裝配，同時也不影響方頭與鉆斗的裝配）；其次在心軸的另一端裝入擋環(huán)、彈簧，再在心軸端部焊接圓形擋板；最后把心軸裝入芯桿中，并把擋環(huán)焊接到芯桿的內(nèi)部，再完成方頭與芯桿的焊接即可。

圖1

圖1中，擋板分別焊接在心軸兩端；擋環(huán)與芯桿焊接；擋板與方頭的內(nèi)孔點(diǎn)焊；方頭通過銷軸與鉆斗連接；彈簧裝在擋板與擋環(huán)之間，起到緩沖沖擊載荷的作用。

方案2：當(dāng)方頭的內(nèi)孔孔徑比較大時，可以不改變方頭結(jié)構(gòu)，而在心軸一端打孔，另一端同方案1，焊接圓形擋板，再套入彈簧、擋環(huán)，然后把擋環(huán)焊接在芯桿內(nèi)部，再把心軸裝入方頭中，焊接芯桿與方頭，心軸通過連接方頭與鉆斗的銷軸連接。其中，芯桿內(nèi)焊接的擋環(huán)要高于芯桿與方頭焊接的焊縫一定的距離，這樣就完成了撈斗機(jī)構(gòu)的裝配。當(dāng)方頭斷裂后，芯桿與方頭通過其內(nèi)部的心軸連接起來，提升鉆桿從而撈出鉆斗。

圖2

圖2中，擋板焊接在心軸的一端；擋環(huán)與芯桿焊接，心軸的另一端用連接方頭和鉆頭的銷軸連接，方案2適合于方頭內(nèi)孔直徑較大的情況，且可以減小心軸的長度。

4結(jié)語

以上兩種方案在實(shí)際施工中已經(jīng)有所應(yīng)用，從售后維修的反應(yīng)得出這種結(jié)構(gòu)的效果還是可觀的，節(jié)約了施工方撈鉆的成本與工時。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)也有其自身的局限性，當(dāng)鉆桿在其他部位斷裂時這種結(jié)構(gòu)就發(fā)揮不了作用了，由于其較高的性價(jià)比且容易操作使用，也是一種不錯的撈鉆方法，希望能對施工有所幫助。

［l］張興輝旋挖鉆機(jī)伸縮鉆桿有限元分析［D］.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）碩士論文，2003.

［2］袁鵬斌，呂拴錄，孫丙向，梁敏，余世杰，劉凡.空氣鉆井過程中鉆桿斷裂原因分析［J］.石油鉆采工藝，2008，（05）.

［3］王永平，趙大衛(wèi).塔河油田TK829井988.9mm鉆桿斷裂原因分析［J］.西部探礦工程.

［4］王守仁，屈建中，李吉.變截面壓桿穩(wěn)定性臨界力計(jì)算的有限元素法［J］.沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1995（4）.

梁偉，1987年11月出生，河南周口人，碩士，研究方向：深孔加工。