旋挖钻机桅杆焊接变形的模型试验研究

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钻机

机械综合应用设计题目：旋挖钻机钻桅举升装置设计班级09 机电二班学号 2 0 0 9 7 7 1 1姓名周刚指导教师温亚莲目录1.题目简介 (1)1.1设计题目简介 (1)１.2设计目的 (2)1.3设计要求 (2)1.4设计数据与要求 (2)2 旋挖钻机简介 (2)2.1旋挖钻机的运用领域 (2)2.2旋挖钻机的分类 (3)2.3工作原理分析 (3)3旋挖钻机桅杆设计 (5)3.1桅杆的结构和功用 (5)3.2桅杆的方案选择 (6)3.2.1整体竖立式桅杆 (6)3.2.2分段式桅杆 (6)3.2.3分段折叠式桅杆 (7)3.2.4分段式不可折叠桅杆 (7)3.2.5伸缩式桅杆 (8)3.3桅杆截面形式 (8)3.4设计要求 (9)3.5旋挖钻机桅杆结构设计计算 (10)3.5.1旋挖钻机整机参数 (10)3.5.2 旋挖钻机桅杆结构图 (11)3.5.3 旋挖钻机桅杆强度校核 (11)4旋挖钻机模型的建立 (14)4.1旋挖钻机车身建模 (14)4.2旋挖钻机钻杆的建模 (15)4.3旋挖钻机的桅杆建模 (16)4.4旋挖钻机装配图 (16)5 运动仿真 (17)6 个人总结 (18)7参考文献 (19)1.题目简介1.1设计题目简介大型旋挖钻机是我国近年来引进、发展的桩工机械,逐步取代了对环境污染严重、效率低下的其它建筑工程桩孔施工机械。

旋挖钻机的钻桅变幅机构对整机布局和操纵稳定性影响很大,它是实现钻孔位置变化及改变钻桅位置状态的关键部件。

钻桅是旋挖钻机主执行机构的重要支撑,其为钻具、调整机构、加压系统等提供结构支撑,整个桅杆对于保证整机的正常运行和工作质量起着至关重要的作用。

１.2设计目的机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算，并将其转化为制造依据的工作过程。

机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。

旋挖钻机的基本构造及工作原理

旋挖钻机的基本构造及⼯作原理旋挖钻机得基本构造及⼯作原理结合⽬前国内市场需求情况,由北京市三⼀重机有限公司独⽴研发⽣产得旋挖钻机于2003年3⽉１⽇成功下线,⽬前已经形成SR ２８０、ＳR330、SＲ2５0、ＳR220C、ＳR２０0C、ＳR1５０及ＳR1３0C等系列化产品投⼊市场,稳居市场占有率第⼀位。

第⼀节概述ＳR系列旋挖钻机就是北京市三⼀重机有限公司独⽴研发得新⼀代地基基础施⼯机械产品,在设计与制造上吸取了国内外著名品牌产品得优点,主要性能达到国际同类产品⽔平。

关键零部件均采⽤国际知名品牌得产品,确保了整机得⾼可靠性。

SR系列旋挖钻机可⼴泛应⽤于城市⾼层建筑、铁路、公路、桥梁等桩基础⼯程得钻孔灌注桩成孔得施⼯,具有成桩速度快、施⼯效率⾼、环保节能等特点，在地基基础⾏业树⽴了新得民族品牌.SＲ系列旋挖钻机得结构从功能上分,主要包括底盘与⼯作装置两⼤部分。

从使⽤底盘得不同⼜可分为履带式与汽车底盘式两种规格,SR130、ＳR150、SＲ200C、SＲ２２0Ｃ、SR2２0Ｒ、SR25０、ＳＲ280R、SＲ２80C、ＳR35０旋挖钻机等皆采⽤了液压伸缩履带式底盘,⽽SRＣ１08采⽤了汽车底盘，使产品具有机动性强、远距离移位便捷得优势。

ＳR系列旋挖钻机得⼯作装置主要包括变幅机构、桅杆、主、辅卷扬、动⼒头、随动架、加压装置、钻杆、钻具等（详见“机械结构章")。

采⽤了平⾏四边形变幅机构、⾃⾏起落折叠式桅杆;⾃动控制监测主机功率、回转定位及安全保护；⾃动检测、调整钻杆得垂直度;钻孔深度预置与监测等新技术。

彩⾊显⽰屏直观显⽰⼯作状态参数,整机操纵上采⽤先导控制、负荷传感,最⼤限度地提⾼了操作得⽅便性、灵敏性与安全舒适性,充分实现了⼈、机、液、电⼀体化。

ＳR系列旋挖钻机所配套得短螺旋钻头、普通钻⽃、捞沙钻⽃等钻具,可钻进粘⼟层、沙砾层、卵⽯层与中风化泥岩等不同地质。

第⼆节⼯作原理旋挖钻机钻进成孔⼯艺旋挖成孔⾸先就是通过钻机⾃有得⾏⾛功能与桅杆变幅机构使得钻具能正确得就位到桩位，利⽤桅杆导向下放钻杆将底部带有活门得桶式钻头置放到孔位,钻机动⼒头装置为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动⼒头得⽅式将加压⼒传递给钻杆钻头,钻头回转破碎岩⼟,并直接将其装⼊钻头内,然后再由钻机提升装置与伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸⼟,这样循环往复,不断地取⼟、卸⼟，直⾄钻⾄设计深度。

(参考资料)几种桩基施工机械优缺点对比-旋挖钻机、冲击钻机和回旋钻机

几种桩基施工机械优缺点对比--旋挖钻机、冲击钻机和回旋钻机一、旋挖钻机旋挖钻机在国际上的发展已经有几十年的历史，在中国也是在最近四五年才被逐渐认识和应用，成为近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法，旋挖钻孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺” ，其特点是工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少。

旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩桩孔的成孔设备，可以实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的计量；旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。

通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。

吊放钢筋笼、灌注砼、后压浆等同其他水下钻孔灌注桩工艺。

此方法自动化程度和钻进效率高，钻头可快速穿过各种复杂地层，在桩基施工特别是城市桩基施工中具有非常广阔的前景。

1 旋挖钻孔桩的施工特点1.1 可在水位较高、卵石较大等用正、反循环及长螺旋钻无法施工的地层中施工。

1.2 自动化程度高、成孔速度快、质量高。

该钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。

其工效是循环钻机的20倍，最重要的是，工程的质量和进度得到了充分的保证。

目前在我国的公路、铁路、桥梁和大型的建筑物的基础桩施工中均有采用。

1.3 伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。

1.4 环保特点突出，施工现场干净。

这是由于旋挖钻机通过钻头旋挖取土，再通过凯式伸缩钻杆将钻头提出孔内再卸土。

旋挖钻机使用泥浆仅仅用来护壁，而不用于排碴，成孔所用泥浆基本上等于孔的体积，且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。

目前很多城市在施工中的排污费用明显提高，使用旋挖钻机可以有效降低排污费用，并提高文明施工的水平。

1.5 履带底盘承载，接地压力小，适合于各种工况，在施工场地内行走移位方便，机机动灵活，对桩孔的定位非常准确、方便。

旋挖钻机桅杆模型焊接变形的正交试验分析

量、焊接顺序、焊接电流及电弧电压对桅杆箱形梁焊接变形的影响程度：，为解决实际生产中桅杆的焊接问题
提供定量化参考和依据。－－
旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩成孔设备，在我国高铁桥梁、桥梁、城市建设等各行业都有
较大需求。桅杆是旋挖钻机的重要工作装置，是钻杆、动力头的安装支承部件及其工作进尺的导向部
３０５ｏ
导轨和压形板的焊缝为主焊缝，都分布在截面中心轴一侧，焊缝相对于中心轴严重不对称，焊接后会产生较大变形，影响了产品质量和生产效率。
图ｌ模型零件尺寸
２模型试验计划．
影响桅杆变形的因素很多，考虑到试验量的问题，根据经验并经多方论证，选用焊接反变形量、焊接顺序、焊接电流及电弧电压４个因素。４个因素都定为３水平。焊接顺序的３水平为：
压的各水平是根据Ｇｏ气体保护焊的电流和电压确定的。
参磊工￣－Ｎｔ－
竖塑ｔｔｒｋｉｇ９５０．■ｎ堡型呈！塑Ｔ ■ 誓塑ｃｏｒＷＷ板与压形板焊接时靠
自重形成反变形，焊接时不翻身，先焊接筋板与底面接
断续焊，焊接顺序为从中间筋板向两边对称焊接，每个
筋板的焊接顺序为从下到上。基于上述情况，试验计划可按表１所示正交试验计
触的焊缝，为连续焊缝，焊接顺序从两端筋板开始往中间对称焊接，后焊接筋板与压形板两侧面焊缝，为立缝
划表进行。
表１正交试验计划表

旋挖钻机的基本构造及工作原理

旋挖钻机的基本构造及工作原理结合目前国内市场需求情况，由北京市三一重机有限公司独立研发生产的旋挖钻机于2003年3月1日成功下线，目前已经形成SR280、SR330、SR250、SR220C、SR200C、SR150及SR130C等系列化产品投入市场，稳居市场占有率第一位。

第一节概述SR系列旋挖钻机是北京市三一重机有限公司独立研发的新一代地基基础施工机械产品，在设计和制造上吸取了国内外著名品牌产品的优点，主要性能达到国际同类产品水平。

关键零部件均采用国际知名品牌的产品，确保了整机的高可靠性。

SR系列旋挖钻机可广泛应用于城市高层建筑、铁路、公路、桥梁等桩基础工程的钻孔灌注桩成孔的施工，具有成桩速度快、施工效率高、环保节能等特点，在地基基础行业树立了新的民族品牌。

SR系列旋挖钻机的结构从功能上分，主要包括底盘和工作装置两大部分。

从使用底盘的不同又可分为履带式和汽车底盘式两种规格，SR130、SR150、SR200C、SR220C、SR220R、SR250、SR280R、SR280C、SR350旋挖钻机等皆采用了液压伸缩履带式底盘，而SRC108采用了汽车底盘，使产品具有机动性强、远距离移位便捷的优势。

SR系列旋挖钻机的工作装置主要包括变幅机构、桅杆、主、辅卷扬、动力头、随动架、加压装置、钻杆、钻具等（详见“机械结构章”）。

采用了平行四边形变幅机构、自行起落折叠式桅杆；自动控制监测主机功率、回转定位及安全保护；自动检测、调整钻杆的垂直度；钻孔深度预置和监测等新技术。

彩色显示屏直观显示工作状态参数，整机操纵上采用先导控制、负荷传感，最大限度地提高了操作的方便性、灵敏性和安全舒适性，充分实现了人、机、液、电一体化。

SR系列旋挖钻机所配套的短螺旋钻头、普通钻斗、捞沙钻斗等钻具，可钻进粘土层、沙砾层、卵石层和中风化泥岩等不同地质。

第二节工作原理旋挖钻机钻进成孔工艺旋挖成孔首先是通过钻机自有的行走功能和桅杆变幅机构使得钻具能正确的就位到桩位，利用桅杆导向下放钻杆将底部带有活门的桶式钻头置放到孔位，钻机动力头装置为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆钻头，钻头回转破碎岩土,并直接将其装入钻头内,然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土,这样循环往复,不断地取土、卸土,直至钻至设计深度。

旋挖钻机桅杆焊接变形的模型试验研究

图１模型零件尺寸图
１模型试验方案
本试验采用正交试验方法，通过模拟试验来评价焊接反变形量、焊接顺序、焊接电流、焊接电压对桅杆箱形梁及导轨主焊缝焊后变形的影响
１２模型试验计划．
［要］针对旋挖钻机桅杆焊接结构，分析了焊接变形的产生机理及其规律，通过基于正交设计的模摘型试验对旋挖钻机桅杆的焊接变形进行了研究，提出了减小和调整焊接变形的合理工艺措施。
［关键词］旋挖钻机；桅杆；焊接变形；模型试验［中图分类号］Ｔ６Ｕ２［文献标识码］Ｂ［文章编号］１０—５Ｘ（０００—０７００１４２１）１８—４５０
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问题，根据经验并经多方论证，选用焊接反变形
择Ｌ、焊接顺序、焊接电流、焊接电压４因素。选个
Ⅲ （筋板连续焊，主焊缝从中间向两边焊）Ｉ（筋板断续焊，主焊缝从中间向两边退位跳焊）
Ｉ（反变形挠度厂＝一１）３ Ⅱ （反变形挠度厂：一１）１
Ｈ自由状态焊接）Ｉ（Ｉ自由状态焊接）ＩＩ（
Ｉ３）Ｉ０Ｉ（１（８Ｉ２）
Ｉ（６２）Ｉ３）Ｉ０Ｉ（
５
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Ⅱ （６）２０
键问题。目前，对于焊接变形的控制主要靠多年积累的经验和及时测量、不断调整，但是对于桅

频谱谐波时效在旋挖钻机桅杆上的应用研究

ＤｒｉｌｌｉｎｇＲｉｇｓＭａｓｔ
ＹＡＮＧＹｏｎｇｇａｎｇ，ＣＡ（）Ｙｕｑｉ，ＺＨＡＯＲｕｉ。ＬＩＳｈＢｅｉｊｉｎｇＳａｎｙＨｅａｖｙＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２０２２，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＳｅｍｂｏｏＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｉｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖｉｂｒａｔｏｒｙｓｔｒｅｓｓｒｅｌｉｅｆｐｒｏｃｅｓｓｉｓｏｎｅｗａｙｔｏｒｅｌｅａｓｅｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｅｓｓｂｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓ，ｈａｒｍｏｎｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｖｉｂｒａｔｏｒｙｓｔｒｅｓｓｒｅｌｉｅｆ（ＶＳＲ）ｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｄｉｍｉｎｉｓｈｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐａｒｔｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｂｙｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ５ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｗｉｔｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｈａｒｍｏｎｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍＶＳＲｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｒｅａｔｔｈｅｒｏ— ｔａｒｙｄｒｉｌｌｉｎｇｒｉｇ＇ｓｍａｓｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｔｈｅｍａｓｔｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｈａｄｂｅｅｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｂｌｉｎｄ — ｏｌｅｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｔｈｅｗｅｌｄｅｄｍａｓｔｈａｓｂｅｅｎｄｉｍｉｎｉｓｈｅｄａｎｄｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍＶＳＲｓｙｓｔｅｍｃａｎｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｔｏｔｒｅａｔｌａｒｇｅｓｃａｌｅｗｅｌｄｉｎｇ

旋挖钻机变幅机构动力学特性研究及其优化设计

ＬｏＷｃＡＲＢｏＮＷｏＲＬＤ２０１３，８
工艺与设备
旋挖钻机变幅机构动力学特性研究及其优化设计
王传华，马金宁（合肥市劲旅环卫设备有限公司，安徽合肥２３００００）
【摘要】施挖钻机属于大口径桩基础工程高端成孔装备的一种，其技术含量非常高，并且机电液集成度也非常高。与国外的数十年的发展史
逐渐扩大。并且随着 “ 十五” 、 “ 十一五” 计划的全面实施，我国的桩基础工程也有了可观的发展机遇。对此，也产生了大量的
桩基工程和一些其他的桩基工程进行比较发现．这种工程的
的首要任务。
【关键词】旋挖钻机；变幅机构；动力学特性；优化设计【中图分类号】ＴＵ６７【文献标识码】Ｂ【文章编号】２０９５ — ２０６６（２０１３）１５ — ０１２５ — ０２
随着经济的快速发展以及社会的不断提高，我国众多基供了非常有力的依据
对ＣＡＴＩＡ软件以及ＡＮＳＹＳ软件进行有效的分析．主要的步骤是从对实体进行造型开始直到对有限元进行仔细的分析．并且对钻杆的静强度以及具有的动态特性进行了具体的
仔细分析了履带伸缩底盘的结构作为主要分析的内容．以及有关焊接工艺及其重要的研模型到详细的有限元分析的步骤．最终有效研究出了履带式地盘具有究内容．有效结合了ＮＲ２２０型旋挖钻机的当前真实的工作状应力以及具体的应变情况，这样在进行地盘结构的设计况，并对导致桅杆出现断裂的原因进行了有效分析，探讨了桅的薄弱地位以及相关的过剩部位，杆断裂的具体防治措施：并有效的采用有限元分析软件Ｐｒｏ／以及创新与改进的过程中也提供了非常有力的依据。

SWDM-25旋挖钻机钻桅变幅机构及钻桅结构设计

一、变幅机构总体方案设计
图３变幅机构方案三变幅机构的结构形式与布置方案不仅关系到整个变幅装置前ｉ￣方案均采用平行四边＋三角架结构，通过—个平行ｇｉ＇能否正常工作，而且还对转台的设计和布置以及整体性能有着四边形连杆机构与三角架连接，用两个油缸驱动实现工作装置很大的影响。下面对三种变幅方案进行比较分析：的工作半径变化以及桅杆角度的调整，其中变幅油缸伸缩改变工作装置的工作幅度，桅杆油缸伸缩改变桅杆在垂直平面里的角度。该结构变幅范围大，可整机放倒，折叠，降低运输高度和长度。方案一如图ｌ示，变幅液压缸装于动臂的前所下方，动臂下支撑点（与转台的铰点）设在回转中心的前下方，
￣
，
图２变幅机构方案二
在总体方案设计中必须全面考虑机器的功能要求，结构布
ＸＮＯＧＵＩＮＮＣＮ
２０年第５期０１
置的可能性，以及制造、配的工艺性等因素。设计时，首许用压应力ｆ＝１／＝７ＭＰ装盯］３ｎ１Ｏａ＂先要满足旋挖钻机的功能要求，以及满足特殊工作尺寸的要经计算最大压应力的位置在下截面底板处，此时求，如最小变幅半径，最大运输高度等。
【键词】旋挖钻机；变幅机构；钻桅；结构设计关
大型旋挖钻机是我国近年来引进、发展的桩工机械，逐步取代了对环境污染严重、效率低下的其它建筑工程桩孔施工机械。旋挖钻机的钻桅变幅机构对整机布局和操纵稳定性影响很大，它是实现钻孔位置变化及改变钻桅位置状态的关键部件。钻桅是旋挖钻机主执行机构的重要支撑，其为钻具、调整机构、加压系统等提供结构支撑，整个桅杆对于保证整机的正常运行和工作质量起着至关重要的作用。因此，本文对ＳＷＤＭ一５挖钻机变幅机构以及钻桅进行了结构设汁。２旋

焊接变形的建模与仿真研究

焊接变形的建模与仿真研究焊接变形是制造业中非常普遍的一种问题，它会影响产品的质量和性能，甚至会导致产品的报废。

因此，研究焊接变形是非常有必要的。

本文将介绍焊接变形的建模与仿真研究的相关内容。

一、焊接变形的原因焊接变形的主要原因是热应力和收缩应力的作用。

当焊接过程中金属受到热量的作用时，会发生热膨胀，从而产生热应力。

而当焊缝冷却收缩时，会产生收缩应力。

这两种应力相互作用，会导致焊接件变形。

二、焊接变形的建模方法在进行焊接变形的研究时，首先需要进行建模。

目前，焊接变形的建模方法主要有以下几种：1. 实验方法实验方法是焊接变形建模中最常用的一种方法。

通过实验，可以获得焊接变形的实际数据，从而对焊接变形进行建模。

但是，实验方法需要耗费大量的时间和成本，同时实验过程会受到许多外界因素的影响。

2. 数值模拟方法数值模拟方法是一种比较新的焊接变形建模方法。

其基本原理是利用计算机对焊接过程进行数值模拟，从而得出焊接变形情况。

数值模拟方法比实验方法更加方便快捷，并且可以针对不同的焊接情况进行模拟。

3. 经验公式法经验公式法是一种简便的焊接变形建模方法。

通过历史数据和经验公式，可以对焊接变形进行预测。

不过，由于经验公式法只适用于特定的焊接情况，因此应用范围较为有限。

三、焊接变形的仿真技术在建立焊接变形的模型后，需要进行仿真。

目前，焊接变形的仿真技术主要有以下几种：1. 有限元方法有限元方法是一种常用的焊接变形仿真技术。

其基本原理是将焊接件划分为许多小的有限元，对每个有限元进行计算和分析，从而得到整个焊接件的变形情况。

2. 系统仿真法系统仿真法是一种相对简单的焊接变形仿真技术。

其基本原理是将焊接件看作一个整体，通过建立数学模型来计算焊接变形情况。

系统仿真法通常适用于粗略估算焊接变形的情况。

3. 多物理场耦合仿真法多物理场耦合仿真法是一种比较新的焊接变形仿真技术。

其基本原理是将多个物理场相互耦合，联合进行仿真计算。

多物理场耦合仿真法可以更加准确地模拟焊接变形情况。

浅谈旋挖钻机干作业法成孔灌注桩施工

浅谈旋挖钻机干作业法成孔灌注桩施工中国中铁四局集团第五工程有限公司杨刚摘要：针对新疆戈壁地区，干燥缺水，工程地质条件良好，主要对在戈壁地区修建铁路、公路中桥梁桩基工程采用旋挖钻机干作业法成孔灌注桩的施工工艺以及施工过程中一些值得注意的问题进行介绍。

关键词：戈壁地区旋挖钻机干作业法成孔灌注桩施工旋挖钻机作为基础工程机械中的新型机种,经过多年的推广应用,目前已被大量应用于公路、铁路等桩基工程之中。

由于其具有施工速度快、成孔质量好、环境污染小、操作灵活方便等优点,受到越来越多的施工单位青睐成孔。

结合本工程特点，在新疆戈壁地区，干燥缺水工程地质条件良好，且桩基深度内未见地下水的素填土层、亚粘土层、亚砂土层、亚粘土夹粉细砂层，强风化泥质粉砂岩层，弱风化泥质粉砂岩层、夹有卵石的砂砾地质土层等的桩基施工。

可采用旋挖钻机干作业法快速成孔灌注桩。

一、施工准备1、技术准备（1）熟悉和分析施工现场的地质、水文资料、设计图、设计文件、施工技术规范和质量要求、施工方法和施工措施等。

（2）熟悉施工现场环境,排查清施工区域内的地下管线（管道、电缆）、地下构筑物、危险建筑等的分布情况。

（3）砼配合比设计及试验：按砼设计强度要求，分别做水下砼配合比及普通砼配合比的试验室配合比、施工配合比，满足钻孔桩灌注砼的要求。

（4）测量准备:沿路线方向300～500米距离，埋设水准点2个，导线点12、机械准备（1）钻孔设备:根据地质情况选择型全液压旋挖钻机等。

（2）配套设备:挖掘机、装载机、吊车、钻渣运输车各1台等。

（3）混凝土灌注设备:砼拌和站、砼运输车、导管、下料斗等。

3、作业条件（1）开钻前场地应完成三通一平，即路通、水通、电通、场地平整。

场地平整采用装载机平整，人工配合。

旋挖钻机作业场地平整尺寸为10×10米，平整后用装载机轮胎进行碾压，地基不好处对作业面换填处理，压路机碾压，以满足钻孔设备的稳定性要求。

（2）施工现场用电采用三相五线制系统和三级配电二级保护方式，工作接地电阻值不得大于4Ω；供电线路始端、末端必须做重复接地。

旋挖钻机工作装置有限元分析

旋挖钻机适用于各类城市交通建设，铁路公路桥梁建设，高层建筑等桩基基础工程施工，旋挖钻机工作装置是旋挖钻机的主要工作部件，其结构强度直接影响到旋挖钻机作业的可靠性及安全性。工作装置中的桅杆作为力学结构中的细长杆件，其结构稳定性显得十分重要。本文通过有限元分析计算，获得工作装置的应力分布和变形情况，模态及桅杆的临界屈曲载荷，为旋挖钻机工作装置的设计和改进提供参考依据。
的薄板采用ｓｅｌｈｌ单元来模拟，于厚板采用计算对精度较高的六面体ｓｌｏｉｄ单元划分，因为钻杆、油
缸和绳索不是研究的重
点，在这里我们进行适当简化模拟，钻杆和油缸采用Ｂａｅｍ单元来模拟，绳索、销轴和螺栓采用Ｒａ单元来模拟，用耦ｂｒ合自由度（ｏｐｅＯ）ｃｕｌｄＤＦ来模拟工作装置相联的销轴处转动幅及钻杆支架的移动幅，根据实际结构各处的转动幅，释放耦图１工作装置几何模型图合自由度的转动自由度。分别建立吊锚架，上桅杆体，中桅杆体，下桅杆体，主卷扬体，辅卷扬体，臂的有限元模型，后用动然有限元模型装配方法，将他们装配成３０４个，元１４５。有单３０３个
旋挖钻机工作装置有限元分析
朱金光，陈敏革，刘安宁，冷峻，丁雄飞

HDR230旋挖钻机的研究

上，到最优化匹配。达
５２社会效益．
（）旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔１作业的施工机械，广泛用于市政建设、公路桥梁、高层
建筑等基础施工工程。ＨＤ２０Ｒ３旋挖钻机的应用领域，主要为桥梁、铁路、高速公路等大型工程项目中的
２００ｍｍ，大钻孔深度６钻进转速０～０最．ｍ，ｏ２／ｎ主卷扬最大提示力２０ｋ主卷扬最大提０ｒｍｉ，１Ｎ，
示速度７ｍｉ，６ｍ／ｎ副卷扬最大提示力９Ｎ，卷扬６ｋ副最大提升速度６ｒｉ，压系统推进力１０ｋ０ｍ／ｎ加ａ８Ｎ，
灵活、平稳。
驱动齿轮及齿轮箱、套管式驱动轴等。工作原理为液
压泵供油带动液压马达，经减速机和驱动齿轮的两级减速后，以低速大扭矩的形式通过套管式驱动轴传递给钻杆。动力头一级齿轮箱采用循环油润滑，二级轮箱采
统包括柴油发动机、空滤器、消音器和散热器等，为机器提供动力。变幅机构由动臂、三脚架、连杆、动臂油
缸、杆油缸等组成平行四边形加三角形的工作机桅构，钻桅和转台连接起来，现钻桅的竖立和放倒，将实以及位置和垂直度的调整。钻桅部分由桅杆、杆桅头、加压油缸、腿油缸等组成。桅杆截面是方形，支总
作者简介：李
慧（９７，，１５一）男山西怀仁人，新疆农业职业抟术学院副教授

钻孔机旋挖取土成孔法施工工艺研究

筒，以免护筒底Ｅ处渗漏塌方，ｌ
夯填时要防止钢护筒偏斜。护筒
上口应绑扎木方对称吊紧．防止下窜。３钻孔施工
钻孔机成孔一般为清水施工
根据设计要求合理布置施工场地．先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实，然后组织有资格的测量放样人员，将所有
的标高放样时。应及时复核放样
的标高。采用全站仪准确放样各
桩点的位置，使其误差在规范要
求内。
２２钻孔机就位．
松散易坍塌地层。或有地下水分
布．孔壁不稳定，必须采用静态泥浆护壁钻进工艺。向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。以下仅对旋挖取土成孔法施工工艺进行探讨。
行桩基的位置放样，在进行钻孑Ｌ
钻孔机施工的开端，钢护筒平面位置与垂直度应准确，钢护筒周围和护筒底脚应紧密、不透水。２３埋设钢护筒时应通过定．４．位的控制桩放样．把钻孑机钻孔Ｌ的位置标于坑底。再把钢护筒吊放进坑内。找出钢护筒的圆心位置，用十字线标在钢护筒顶部或底部，然后移动钢护筒，使钢护简中心与钻孑机钻孔中心位置重Ｌ合。同时用水平尺或垂球检查，
０５．ｍ以上：钢护并高
出施工地面０３．ｍ。钢护筒埋设前．先准确测量放样。保证钢护筒顶面位置偏差不大于５ｍ，埋ｃ设中保证钢护筒斜度不大于１；％采用较大口径的钻头先预钻至护筒底的标高位置后．提出钻斗且用钻斗将钢护筒压入到预定位置。用粗颗粒土回填护筒外侧周

困难地层中钻孔灌注桩应用旋挖钻施工新技术研究

快、度高、环境影响小的特点，复杂、精对为困难条件下进行钻孔桩施工提供了的经验。
关键词：困难地层；挖钻；孔桩旋钻
‘ｌｆｍ）
最近２～３年来，随着我国基础工程行业的投资不断加大，市场竞争不断加剧，础工程施工行业逐渐认识到了旋挖钻进技基
项目钻桅高度桅杆前（）角后倾
动力头扭矩
数值２．３０２ｍ５（数值２０Ｎ０ｋ２ＯＮ５ｋ
ｌ８ｗ４ｋ
的钻头先预钻至护简底的标高位置后，出钻斗且用钻斗将钢提
１图２图３示。、、所
图２地质剖面图
０２Ｏ１０
／（０）ｉ００
／７、一＼。
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性
图３桩细部结构图
ｆ５，１ｃ３２
整个车站钻孔桩直径共三种，别为８０分０ｍｍ、００ｍ、１０ｍ
不等的软硬岩石等地层。基坑所处的环境非常复杂，基坑两侧为
暗渠（０世纪５２Ｏ年代的浆砌片石结构）西侧为１大楼。基、７层
坑围护结构完成后作为暗挖隧道的施工工作井，直接影响暗将
挖隧道施工。围护桩平面图、质剖面图和桩细部图分别如图地
进技术在我国的发展前景是非常大的。
广州地区地质变化大，地铁已开通多条线路，但采用旋挖钻机还是首次。

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旋挖钻机桅杆焊接变形的模型试验研究
张景仙，高秋梅，杜明才
（宇通重工有限公司，河南 ! 郑州 !% ） & " " & # ! 摘要 " ! 针对旋挖钻机桅杆焊接结构 # 分析了焊接变形的产生机理及其规律 # 通过基于正交设计的模型试验对旋挖钻机桅杆的焊接变形进行了研究 # 提出了减小和调整焊接变形的合理工艺措施 $ ! 关键词 " ! 旋挖钻机 % 桅杆 % 焊接变形 % 模型试验 ! $ 中图分类号 "’D 文献标识码 "*!! ! 文章编号 "# > !!! ! " " # + & & % ,# ! " # " " # + " " ? + " %
# $ !
反变形量大到一定值后 # 再增加就会出现变形过量 # 焊接反变形量应根据实际情况并结合工艺评定取适当值 $ " 焊接顺序 % 对挠曲变形和扭曲变形都是 ! ! 重要因素 # 由表 ) 可见 # 焊接顺序不同时 # 其指标平均值分别为 # > $ &&% $ )和# " $ ) KK$ 上封板与下压形板的主焊缝从中间向两边分段对称退位跳焊 # 会使焊缝每一小段的温度场分布均匀 # 刚性约束条件相同的情况下焊接应力小 # 因此挠曲变形的绝对值小 $
指标平均值 $8 b 指标平均值 ’b 指标平均值 &b 极差 X
%
因素重要程度
!! 注 $ $ 表示试验计划表中第 =列的 ( ’ ’ ’ & 各水平的平均值 ( % 表示相应因素指标平均值的最大值与最小值之差的绝对值 %
7! 结束语
图 6! 各试件对应 W 点的挠曲变形图
图 5! 模型零件标记示意图
件是在自由状态下进行焊接 # 没有预置反变形 % 这说明采用反变形和适当的焊接顺序有利于减少挠曲变形 % 按正交试验表计算分析过程对表 ! 的数据处理后 # 得到挠曲变形的极差分析结果 # 见表 )%
上半月刊 " ! " # " $ " #!
6! 极差分析
# 比较图 % 中 @ 个试验结果 ! 实测数据见表 !" 可见 ? 号试件的挠曲变形最小 #& 号试件次之 *% 号试件的挠曲变形最大 #) 号次之 %? 号和 & 号试件采用适当的反变形 $ 焊接时筋板连续焊接 # 主焊缝从中间向两边对称退位跳焊 * 而 % 号和 ) 号试
选平台作相对基准 # 把没有标记的侧面置于平台上的垫块上 # 每一次在平台上测量时放置位置 $ 方向相同 %
# # !
图 7! 试件挠曲变形柱状图表 5! 各试件的实测变形量数据表试件号 # ! ) % & 挠曲变形& KK ! ! $ ) > @ $ & # $ & 表 6! 挠曲变形极差分析表因素焊接电流 # " $ ) # ) $ & $ ) > $ ! 一般焊接顺序 # > $ & % $ ) # " $ ) # ! $ ! 重要反变形量 & & $ > ! " $ & # & $ & 关键 / / 焊接电压 # " $ ) @ $ ? # > & $ 次要试件号 > ? @ 挠曲变形& KK ! $ & & " $ & # $ ?
4 B 5! 模型试验计划影响桅杆变形的因素很多 # 考虑到试验量的
! 收稿日期 "! " " @A" ?A# #
!
! 通讯地址 " 张景仙，河南省郑州市中原区冉屯东路 ! )号宇通重工有限公司生产技术区
上半月刊 " ! " # " $ " #!
4 B 6! 数据测量方法和记录模型的零件按图 # 分两步组焊 % 各筋板与下压形板组装 # 定位固定后标记各点 % 在压形板一侧面 # 沿长度方向标记 # ? 点#在底面标记 @ 点# 标记点示意位置如图 ! 所示 # 采用打冲眼的方式标记 %/ =和 * =在平行中心线的 ! 条对称平行线上 # 2 =在底面的中心线上均匀分布 %
! " 焊接电流% 对挠曲变形是一般因素$ 随着 ) 焊接电流增大#挠曲变形会增大# 若继续增大# 挠曲变形将减小$为了获得较好的综合变形结果# 焊接电流应根据实际情况并结合工艺评定取适当值$ ! " 焊接电压 % 从表 ) 可见 # 焊接电压适当时 % 挠曲变形小 # 因此在焊接中应选取适当的焊接电压以减小焊接变形 $ 综合以上情况 # 最后得出较优的组合方案见表 %$
# ! ) % & > ? @
" ) 表示 8水平的焊接电流为 ! " ) 表示 ’ 水平的焊接电流为 ! )表示& 8! ! % " % " /#( ! > " > " /# ( ! ? "" !! 注 ’ $ ( ’ ! & ! 水平的焊接电流为 ! ? " /% 焊接电压类同 * % ( ) KK# ( ( ) 表示反方向的强制变形量为 # ’) 表示反方向的强制变形量为 # # KK#( & ) 表示自由状态焊接 # 没有反变形 * ) 为增加主焊缝另一侧的焊接变形量 # 筋板的焊接顺序都是从两端向中间对称焊接 * * 焊接采用 2 a X & "A>$ $ !# 焊丝伸出长度为 # &"! " KK% .M# ! 气体保护焊 # 焊丝 C
上半月刊 " ! " # " $ " #!
Байду номын сангаас
根据表 )# 各因素对挠曲变形的影响次序为 $ 反变形量 # 焊接顺序 # 焊接电流 # 焊接电压 % 随着反变形量的增大 # 焊接变形减小 # 当反变形量取某一适当值时# 挠曲变形的绝对值最小%
# " !
问题 # 根据经验并经多方论证 # 选用焊接反变形量 $ 焊接顺序 $ 焊接电流 $ 焊接电压 % 个因素 % 选
% " 正交表 % 试验计划见表 #% 择7 ) @ !
表 4! 正交试验计划表试件号焊接电流 $ & " / ! j# " " 8! ! % " " 8! ! % " " 8! ! % " " ! > " ’ ! " ! > " ’ ! " ! > " ’ ! " ! ? " & ! " ! ? " & ! " ! ? " & ! 焊接顺序筋板断续焊 # 主焊缝从中间向两边退位跳焊 " 8! 筋板连续焊 # 主焊缝从中间向两边退位跳焊 " ’ ! 筋板连续焊 # 主焊缝从中间向两边焊 " & ! 筋板断续焊 # 主焊缝从中间向两边退位跳焊 " 8! 筋板连续焊 # 主焊缝从中间向两边退位跳焊 " ’ ! 筋板连续焊 # 主焊缝从中间向两边焊 " & ! 筋板断续焊 # 主焊缝从中间向两边退位跳焊 " 8! 筋板连续焊 # 主焊缝从中间向两边退位跳焊 " ’ ! 筋板连续焊 # 主焊缝从中间向两边焊 " & ! 反变形量 %& KK " 反变形挠度 LMA# 8! ) " 反变形挠度 LMA# # ’ ! 自由状态焊接 " & ! 自由状态焊接 " & ! " 反变形挠度 LMA# # ’ ! " 反变形挠度 LMA# 8! ) 自由状态焊接 " & ! " 反变形挠度 LMA# 8! ) " 反变形挠度 LMA# # ’ ! 焊接电压& c " ) " & ! " ! ? ’ ! " 8! ! > " ) " & ! " ! ? ’ ! " 8! ! > " ) " & ! " ! ? ’ ! " 8! ! >
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