CFG-25型长螺旋钻机稳定性及操作安全研究

第ｌ８卷第３期　２０１１年９月　辽东学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅａｓｔｅｒｎ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｖ０ｌ＿ｌ８　Ｎｏ．３　Ｓｅｐｔ．２０１１　【规划与建筑】　ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机稳定性及操作安全研究　李大鹏　（中国建筑科学研究院建研地基基础工程有限责任公司，北京　１０００１３）　摘要：依据ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机的技术参数，分析了桩架撑杆在钻机成孔过程中的受力状况，　详细计算了挺杆在钻孔和提钻两种工况下的强度、刚度和钻机的稳定性。同时根据计算结果对ｇｅ＿ｚ．中存在　的问题提出了建议，为该类型钻机在施工中的操作安全性提供了理论依据。　关键词：长螺旋钻机；桩架；挺杆；强度；刚度；稳定性　中图分类号：ＴＵ６０７　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—４９３９（２０１１）０３—０２３４—０４　ＣＦＧ长螺旋钻机是由桩架和钻孔机具等部件　构成，整机具有操作简单，接地比压小，施工噪声　低，运输和拆除安装较方便等特点，在地基基础等　工程的施工中被广泛应用。由于操作人员的操作不　图１所示，主要技术参数如表１所示。　当，经常会造成一些质量安全事故¨　。本文就河　北新河钻机厂生产的ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机在成　孔过程中对桩架的挺杆的强度、刚度进行分析计　算，为此类施工提供一些合理建议和依据。　１　ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机结构及主要技术参数　图１长螺旋钻机结构示意图　ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机是由顶部滑轮架、动　力头、挺杆、钻具、撑杆、起架装置、底盘行走机　构、导向装置、前后支腿、控制室、卷扬机、控　ｌ＿顶部滑轮架２一动力头３一钻具４一挺杆　５一撑杆６一起架装置７一底散行走机构　８一导向装鼢９一控制室　制室、电气控制箱、液压装置等组成，具体结构如　表１　ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机主要技术参数　２钻机主要结构部位受力计算　２．１　挺杆钻孔工况受力分析计算　ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机挺杆外径Ｄ＝５２９　ｍｍ，　收稿日期：２０１１—０７—０４　作者简介：李大鹏（１９７９…　），男，占怵省吉林市人，注册安全工程师，研究方向：建筑施工技术。　第３期　李大鹏：ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机稳定性及操作安全研究　Ｇ　一顶部滑轮组的重力，ｋＮ　计算挺杆横截面最大压应力：　＝・２３５・　内径ｄ＝５１３　ｍｍ，长度Ｈ１＝１９　０００　ｍｍ，Ｈ２＝１０　５００　ｍｍ，顶部滑轮组重力４．５　ｋＮ，最大提拔力４００　ｋＮ，动力头输出功率４８．５ｋＮ・ｍ，材料Ｑ２３５，比　重ｒ：７．８５　Ｘ　１０　Ｎ／ｍ３，许用应力［　］＝１６０　Ｍｐａ，许用扭角［０］＝０．００５　ｒａｄ，剪切弹性模量　Ｇ＝８０　Ｇｐａ。　Ｇ　／Ａ＝ｒ（日ｌ＋　）＋ＧＨ／Ａ＝２．６６　Ｍｐａ　式中：　一挺杆横截面最大压应力，Ｍｐａ　计算挺杆横截面最大剪应力：　ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机钻孔工况时挺杆的受　力情况可简化为如图２所示。图中Ａ点是挺杆最　底端与底盘行走机构的铰接点，Ｂ点为挺杆与撑杆　的铰接点，Ｃ点为挺杆顶部自由端。Ｍｎ为钻机钻　孔时钻具对挺杆产生的扭矩，ｋＮ・ｍ，方向绕ｘ　轴旋转。　图２挺杆钻孑Ｌ工况受力分析图　计算挺杆横截面积：　３　ｏ８７－５２　ｍｍ。　式中：Ａ一挺杆截面面积，ｍｍ　Ｄ一挺杆截面外径，ｍｍ　ｄ一挺杆截面内径，ｍｍ　挺杆底部所受最大重力：　Ｇ　＝ＡＲ（　＋　）＋ＧＨ＝３４．８６　ｋＮ　式中：Ｇ　一挺杆所受最大重力，ｋＮ　ｒ一挺杆材料比重，Ｎ／ｒａｍ　Ⅲ一底盘与挺杆铰接点至挺杆与撑杆铰接处　的长度，ｍｍ　肥一挺杆顶端至挺杆与撑杆铰接处的长度，　ｍｎ１　＇Ｊ＇ｍａｘ　：—７ｒ（　　Ｄ　一　）ｄ　　１４‘４４　ＭＰ：．ａ　，　式中：Ｔｍａｘ一挺杆根部最大剪应力，Ｍｐａ　按第四强度理论计算挺杆横截面最大应力：　＝√　２刑　＋３下　＝２５．５　Ｍｐａ＜［叮］＝　１６０　Ｍｐａ　式中：［　］一挺杆材料的许用应力，Ｍｐａ　２．２挺杆拔钻工况受力分析计算　ＣＦＧ长螺旋钻机拔钻工况时挺杆的受力情况　可简化为如图３所示。　立柱根部最大应力：　＝（Ｇ　＋Ｐ）／Ａ＝ｒ／（　１＋　）＋　４（Ｇ＾＋Ｐ）　７ｒ（Ｄ　一ｄ　）　＝５８．９６　Ｍｐａ＜［叮］＝１６０　Ｍｐａ　Ｐ』　图３挺杆拨钻工况受力分析图・　２．３挺杆刚度计算　：　：０．ｏ（）２Ｉ＜…：ｏ．００５　ｒａｄ　Ｌ，Ｊｎ　挺杆的强度、刚度满足要求。　式中：Ｇ一剪切弹性模量，ＧＰａ　一极惯性矩，ＦＩ１Ｆｎ　・２３６・　辽东学院学报（自然科学版）　第ｌ８卷　２．４钻机整机稳定性分析计算　］　长螺旋钻机在工作状态时，整机承受动力头、　钻具等较大部件引起的倾覆力矩，这一力矩会造成　钻机失稳，导致安全生产事故的发生，所以对钻机　整机进行稳定性分析显得非常必要，如图４所示。　图４钻机载荷示意图　Ｋ＝（Ｇ１Ｌｌ＋Ｇ２　２一Ｇ３　３一Ｇ４Ｌ４）／（Ｇ５　５＋Ｇ６　６）　：２．９　式中：　Ｇ　一底盘行走机构重量，２７４．４　ｋＮ；　一底盘行走机构中心至履靴前滚轮中心距，　２　０００　ｍｍ；　Ｃ２一撑杆重量，２４．５　ｋＮ；　：一撑杆中心至履靴前滚轮中心距，ｌ　５００　ｍｍ；　Ｇ，一顶部滑轮组重量，４．５　ｋＮ；　￡　一顶部滑轮组中心至履靴前滚轮中心距，　１　５００　ｍｉｌｌ；　Ｇ　一挺杆重量，４９　ｋＮ；　一挺杆中心至履靴前滚轮中心距，１　２６５　ｒｎｍ；　Ｇ５一钻杆重量，２０．５８　ｋＮ；　Ｌ　一钻杆中心至履靴前滚轮中心距，２　１００　ｌｒｌｔｎ；　Ｇ６～动力头重量，３９．２　ｋＮ；　，Ｊ　一动力头中心至履靴前滚轮中心距，２　１００　ｍｍ。　通过分析计算ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机挺杆的　强度、刚度以及钻机整机稳定性等问题，能进一步　加强我们对挺杆、整机稳定性的认识，有利于我们　更安全地使用长螺旋钻机。　・　，　３长螺旋钻机作业安全事项　通过上面的计算可以看出，提拔力和扭矩是施　工过程中的控制因素，其值较大将可能引起挺杆的　断裂，同时在施工过程中提拔力过大或钻杆摆动过　大将引起钻机的稳定安全系数降低。因此在施工过　程中应注意控制力的状态，钻机在行走过程中同样　存在安全隐患，因此施工中必须要注意以下几个问　题　：　（１）钻机必须按照出厂使用说明书规定的技　术性能、承载能力和使用条件，正确操作，合理使　用，严禁超负荷作业或任意扩大使用范围。　（２）钻孔时，当机架出现摇晃、移动、偏斜　或钻头内发出响声时，应立即停钻，经处理后方可　继续施钻。　（３）钻孑Ｌ工况产生的扭矩，会使挺杆产生变　形，甚至断裂，导致安全生产事故的发生，所以应　注重钻机机架的日常检查和保养，避免因挺杆等部　位因腐蚀严重，或焊缝有裂纹，致使因受力过大而　疲劳破坏，进而导致安全生产事故的发生。　（３）施工现场应符合设备作业所需的安全条　件，作业场地必须平整坚实，作业区域内应注意钻　机与架空线路与高压电线的距离，了解作业区域内　地质情况，必须远离坑、沟等危及钻机安全的区　域。　（４）钻机在作业过程中，前后支腿的支脚应　与底盘行走机构底面同时接地，且前支腿尽量向钻　机前部放置，这样不仅可以减小挺杆、动力头等产　生的倾翻力矩，而且可以防止钻机底盘行走机构结　构因受力不均匀而受损。　（５）严禁用钻机行走或回转动作来纠正桩的　倾斜度；钻机移动、回转时严禁用底盘顶土或排除　障碍。　（６）发现桩架上有紧固螺栓或铰接点松动时，　应立即停机，在紧固后方可继续作业。　（７）遇有雷雨、大雾和六级及以上大风等恶　劣气候时，必须停止作业；将钻机顺风向停置，并　应增加缆风绳，或将钻机桩挺柱放倒地面上。　４结语　经过对长螺旋钻机的钻孔、提钻的强度和刚度　分析，以及整体的稳定性计算和钻机作业安全的研　第３期　李大鹏：ＣＦＧ一２５型长螺旋钻机稳定性及操作安全研究　・２３７・　究，基本掌握了长螺旋钻机在工作状态的受力性质　２００９．　和安全使用要点，对安全使用长螺旋钻机提供了明　［３］邓明权，陶格兰．现代桩工机械［Ｍ］．北京：人民交　确的科学依据。　通出版社．２００４．　参考文献：　［４］现行建筑施工规范大全［ｓ］．北京：中国建筑工业出　［１］贾文广，王献斌．长螺旋钻机施工事故的预防与处理　版社，２００９．　［Ｊ］．地质装备，２００８，９（５）：１８—１９．　（责任编辑：陈庚顺）　［２］孙训芳．材料力学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　Ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ＣＦＧ——２５　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｆｌｉｇｈｔ　Ａｕｇｅｒ　ＬＩ　Ｄａ—－ｐｅｎｇ　（Ｊａｎｙａｎ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，ＬＴＤ，Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００１３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ＣＦＧ一２５　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｆｌｉｇｈｔ　ａｕｇｅｒ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｆｏｒｃｅｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｈｏｌｄｅｒ　ｓｔｒｕｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｗｈｅｎ　ｉｔ　ｉｓ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｔａｐｐｅｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａ—　ｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｆｌｉｇｈｔ　ａｕｇｅｒ　ｉｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｏｉｓｔｉｎｇ　ａｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｓｏｍｅ　ｐｒｏｐｏｓａｌｓ　ｉｎ　ｌｉｇｈｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｌｆｉｇｈｔ　ａｕｇｅｒ；ｐｉｌｅ　ｈｏｌｄｅｒ；ｔａｐｐｅｔ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｒｉｇｉｄｉｔｙ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　（上接第２１７页）　Ｎｏｉｓｅ　Ｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎｓｉｄｅ　ＨＩｌｌｌ　ｏｆ　Ａｒｍｏｒｅｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ＺＨＡＯ　Ｑｉａｎ　，ＨＡＯ　Ｃｈａｎｇ—ｚｈｏｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇ—ｄｅ　（１．Ｓｈｅｎｙａｎｇ　ＬｉＧｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１　１０１５９，Ｃｈｉｎａ；　２．ＢｅｉｊｉｎｇⅣｏ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００６６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｈｏｃｋ　ｏｆ　ｗｈｅｅｌｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｎｏｉｓｅ　ｉｎｓｉｄｅ　ｔｈｅ　ｈｕｌｌ　ｏｆ　ａｒｍｏｒｅｄ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｓｏｕｎｄ—ｔｏ—ｆｏｒｃｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｗｈｅｅｌ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｂｙ　ｈｔｅｓｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｃｏｎｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｏｕｎｄ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｏｕｒ　ｋｉｎｄｓ　ｗｈｅｅｌｓ　ｄｒｉｖｅｎ　ｂｙ　ａ　ｓａｍｅ　ｆｏｒｃｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｓｉｄｅ　ｓｏｕｎｄ　ｆｉｅｌｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｊｏｉｎｔｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｉｄｅａｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｎｏｉｓｅ　ｉｎｓｉｄｅ　ａｒｍｏｒｅｄ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｒｍｏｒｅｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｎｏｉｓｅ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｓｏｕｎｄ—ｔｏ—ｆｏｒｃｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ　ｍｃｔｉｏｎ