DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機介紹

全球最大DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機介紹

劉可可、陳建海、金立源、張迅

（徐州盾安重工機械制造有限公司 江蘇徐州）

摘要：本文主要介紹徐州盾安重工機械制造有限公司自主研發(fā)的DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機，主要包括其技術(shù)參數(shù)、機械部件、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和輔助機具的介紹。該機型主要適應(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；技術(shù)參數(shù)；機械部件；輔助機具

1 引言

隨著城市化進程的加速，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境施工項目日益增多，全套管全回轉(zhuǎn)鉆機以環(huán)保、可靠、高效的鉆進技術(shù)優(yōu)勢應(yīng)用范圍越來越廣，我國急需經(jīng)濟實用的大型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機。

在國內(nèi)全套管全回轉(zhuǎn)鉆機屬于全新產(chǎn)品，國內(nèi)尚無擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的廠家，技術(shù)及應(yīng)用上具有一定的挑戰(zhàn)性。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機的成功研發(fā)填補國內(nèi)技術(shù)空白，極大沖擊全套管全回轉(zhuǎn)鉆機市場，減少進口，滿足國內(nèi)市場需求，實現(xiàn)自主研發(fā)生產(chǎn)和銷售。

DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機安全保護措施齊全、操作方便、施工效率高，該機具有以下主要特點：

（1）原裝美國康明斯發(fā)動機，動力強勁，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)鉆機電液壓控制系統(tǒng)，性能穩(wěn)定、可靠、操作簡便。

（4）瞬間增強系統(tǒng)，碰到障礙物時，可瞬間加大起拔力和扭矩，清除障礙物。

（5）多套馬達減速機可以提供足夠的扭矩，傳遞給套管強大的回轉(zhuǎn)力，可適應(yīng)復(fù)雜地層及切削障礙物。

（6）該機型具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，突破發(fā)達國家的技術(shù)封鎖，創(chuàng)造出多個國內(nèi)和國際第一。

2 整機構(gòu)成

DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機是集全液壓動力和傳動，機電液聯(lián)合控制于一體的新型轉(zhuǎn)機。該鉆機由主要結(jié)構(gòu)和主要輔助機具設(shè)備組成，包括液壓動力站、工作裝置和輔助機具三大部分（專利號：ZL 2011 2 0273729.8）。

圖2.1展示DTR3205H鉆機全貌。

圖2.1 DTR3205H鉆機

下圖2.2為DTR3205H鉆機元件示意圖。

圖2.2 DTR3205H鉆機元件示意圖

3 型號構(gòu)成與介紹

4 技術(shù)參數(shù)

DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1

5 DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機的關(guān)鍵技術(shù)

5.1安全可靠的液壓系統(tǒng)設(shè)計（專利號ZL 2012 2 0627579.0）

DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機采用了自主研發(fā)設(shè)計的負載保護裝置（圖5.1），其包括置于液壓油路中的液壓驅(qū)動入口和電磁比例溢流閥，負載保護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時反饋的負載大小，精確控制套管刀頭的載荷，防止過載情況的發(fā)生。

B-CON刀頭載荷系統(tǒng)（圖5.2），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，防止刀頭因超負荷而損壞；馬達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，保護馬達等硬件不受損傷。

由于采用安全穩(wěn)定的新型液壓系統(tǒng)，為鉆機提供更穩(wěn)定的輸出，運行更平穩(wěn)，安全性更高。

圖4.1 負載保護裝置 4.2 刀頭載荷系統(tǒng)

1-液壓驅(qū)動入口;2-刀頭負載入口;3-電磁比例溢流閥溢流口;4-御值調(diào)整裝置。

5.2套管防回彈技術(shù)

全回轉(zhuǎn)鉆機在進行大扭矩高深度施工時，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加大，套管會由于阻力過大導(dǎo)致鋼管彈性變形，此時如果停止回轉(zhuǎn)，鋼管會在短時間發(fā)生回彈，液壓馬達會被扭曲的鋼管帶動瞬

間高速回轉(zhuǎn)，極易導(dǎo)致馬達報廢。為了解決這一難題，采用專用液壓閥（圖5.3）使鋼管彈性力緩慢釋放，有效保護液壓馬達。

5.3自動調(diào)平系統(tǒng)（專利號ZL 2012 2 0628282.6）

全套管全回轉(zhuǎn)鉆機在工作時，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，這將對施工帶來非常大的危害，也對以后的工程質(zhì)量帶來隱患。為了保證全套管全回轉(zhuǎn)鉆機套管的垂直度，增加套管垂直度檢測和調(diào)平系統(tǒng)（圖

5.4）。自動調(diào)平系統(tǒng)由安裝于鉆機工作裝置上的角度傳感器通過連接線與微處理器相連，同時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時的傳遞到微控制處理器的信號采集口，同時受調(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)大小輸出對應(yīng)大小的電流去驅(qū)動比例電磁鐵，由比例電磁鐵推動比例液壓閥而改變使伸縮油缸的狀態(tài)，從而達到自動調(diào)平的目的。

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DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機，采用自主研發(fā)設(shè)計的一種全套管全回轉(zhuǎn)鉆機調(diào)平裝置（圖5.5），其包括驅(qū)動所述全套管全回轉(zhuǎn)鉆機工作的液壓油路, 所述液壓油路包括動力油路和調(diào)平油路以及將所述液壓油路在動力油路和調(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，保證鉆機調(diào)平功能的實現(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5.5 調(diào)平裝置

圖5.5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。

5.4套管楔形夾緊裝置（專利號ZL201120273730.0）

本鉆機采用自主研發(fā)設(shè)計的套管夾緊裝置（圖5.6），工作時，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，缸體推動升降平臺1 上移，連桿3 和楔塊7 跟隨升降平臺1 上的上回轉(zhuǎn)支承2 同步上移，此時楔塊7 的斜面脫離大齒圈10 斜面的限制，變徑隔套8 在自重作用下自動向外移動與套管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，缸體拉動升降平臺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 同時內(nèi)移，變徑隔套8 內(nèi)弧面逐漸接近套管12 外壁，直至達到設(shè)定的夾緊狀態(tài)。由于六個楔塊7 同時受力，保證套管12變形小，對中性好。，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5.6 DTR3205H鉆機楔形夾緊結(jié)構(gòu)示意圖

本鉆機工作裝置底座創(chuàng)新性采用楔形副夾緊裝置（圖5.7），采用支腿油缸進行調(diào)平，具有更好的定位效果，進而提高了鉆機的抗震性及穩(wěn)定性，使得鉆機作業(yè)更為穩(wěn)定，故能夠確保作業(yè)時的打樁精度及工作效率。

圖5.7 DTR3205H鉆機楔形副夾緊裝置

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)，具有對中性好，夾緊力大等優(yōu)點，自身含有導(dǎo)向柱，可保證夾緊的同步進行，套管的拉拔力越大，夾緊力也就越大。通過同

時使用主夾緊裝置及副夾緊裝置可以更好地完成抱起套管的工作，提高工作效率。通過變徑塊的使用，可以提高鉆機本體的適應(yīng)性。見圖5.8 楔形副夾緊結(jié)構(gòu)

圖5.8 楔形副夾緊結(jié)構(gòu)

5.5雙動力系統(tǒng)、四五泵切換技術(shù)

液壓動力站采用原裝美國康明斯發(fā)動機，動力強勁，性能穩(wěn)定，并采用雙發(fā)動機提供動力的模式（圖5.9），保證回轉(zhuǎn)及圧拔動力需求；在一臺發(fā)動機檢修時，另一臺發(fā)動機可以提供動力，保證施工的連續(xù)性。兩臺發(fā)動機同時工作情況下，可以實現(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，實現(xiàn)增強模式及經(jīng)濟模式的切換。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。

圖5.9 雙動力系統(tǒng)

5.6專用運輸工裝

DTR3205H鉆機受重量與尺寸限制，整體運輸不方便。盾安重工采用分拆單獨運輸，寬度和高度控制在3.5m，連接管路采用快換接頭形式，方便裝拆。極大地解決運輸難題。如圖5.10轉(zhuǎn)運支架，圖5.11三大件轉(zhuǎn)運示意圖。

圖5.10轉(zhuǎn)運支架

圖5.11三大件轉(zhuǎn)運示意圖

5.7 專用液壓系統(tǒng)

液壓動力站內(nèi)的發(fā)動機驅(qū)動若干液壓泵，經(jīng)過液壓軟管連接到工作裝置上，將動力傳遞到相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。液壓動力站采用原裝美國康明斯發(fā)動機，動力強勁，性能穩(wěn)定，雙動力源保證回轉(zhuǎn)及圧拔動力需求；在一臺發(fā)動機檢修時，另一臺發(fā)動機可以提供動力，保證施工的連續(xù)性。液壓系統(tǒng)原理框圖如圖5.12所示。

圖5.12 DTR3205H鉆機液壓原理框圖

該鉆機采用的液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)增強模式及經(jīng)濟模式的切換。雙發(fā)動機雙泵組同時工作時，為工作裝置提供了大的功率的大的流量需求，可根據(jù)實際工況實現(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，采取減少一個長時間工作的工作裝置實現(xiàn)經(jīng)濟性，相反工作效率提升。成小孔工況時，采用單發(fā)動機工作，降低能耗，達到節(jié)能減排的目的。在施工中可根據(jù)實際工況采用不同的發(fā)動機工作狀態(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設(shè)備的性能增強，提升設(shè)備的工作效率。

5.8 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的超高安全級別，可以確保分布式系統(tǒng)和獨立系統(tǒng)的模塊安全，內(nèi)置診斷系統(tǒng)，高防護等級封裝，適用于工程機械的震動和沖擊環(huán)境。通過液壓系統(tǒng)壓入管路上壓力傳感器實時反饋的負載大小，精確控制套管刀頭的載荷，防止過載情況的發(fā)生。

該鉆機采用遙控盒進行有線遙控的方式進行控制，配置調(diào)平控制器進行調(diào)平，保證機體的垂直度和作業(yè)的穩(wěn)定性，同時設(shè)置應(yīng)急系統(tǒng)控制面板，限制作業(yè)時出現(xiàn)危險狀況，起到安全保護的作用（圖5.13）。

圖5.13 DTR3205H鉆機外置電器

6 DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機與日本車輛同類型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機對比

與同類型日本車輛全套管全回轉(zhuǎn)鉆機相比，盾安DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機具有回轉(zhuǎn)扭矩、起拔力大的優(yōu)勢，見表2 盾安DTR3205H與日本車輛RT-320H鉆機參數(shù)的對比。

表2 盾安DTR3205H與日本車輛RT-320H鉆機參數(shù)的對比

由表2可知，盾安重工DTR3205H全套管全回轉(zhuǎn)鉆機與同型號日車RT-320H相比，回轉(zhuǎn)扭矩和起拔力更大，鉆孔直徑范圍更廣，適應(yīng)于硬巖與惡劣地層的樁施工和深樁及摩擦力較大樁壁的套管起拔。

7 結(jié)論

徐州盾安重工機械制造有限公司自主研發(fā)的DTR3205H型全套管全回轉(zhuǎn)鉆機是一種力學(xué)性能功能好、成孔深度大、成孔直徑大的新型樁功機械，集取土、進巖、成孔、護壁、吊裝鋼筋籠、灌注混凝土等作業(yè)工序于一體，效率高、工序輔助費用低。結(jié)構(gòu)安全可靠，擁有強勁的動力和精準的打樁能力，采用分層運輸，擁有配套的運輸裝置，具有卓越的操作性能和超高的抗疲勞使用壽命，主要性能

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達到國際先進水平，咬合樁施工達到了國際領(lǐng)先水平。目前公司取得國家專利授權(quán)合計46項，其中國家發(fā)明專利授權(quán)5項，實用新型專利39項，外觀設(shè)計專利2項，形成了有效的知識產(chǎn)權(quán)體系。

該機型樣機于2015年10月下線，測試結(jié)果顯示該機型完全滿足施工要求，2015年12月29日成功舉行DTR3205H新產(chǎn)品發(fā)布會，并獲得眾多專家和客戶的一致認可，得到許多公司的咨詢和不少意向客戶。目前，該機型已具備批量生產(chǎn)和銷售的能力。

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