步履式水泥搅拌桩机移动机构的改进

步履式水泥搅拌桩机移动机构的改进

王子团,庞艺,黄梓豪,高镇华

珠海中车装备工程有限公司  广东珠海 519000

    摘要：现今市面上广泛使用的步履式水泥搅拌桩机的移动方式和移动机构的结构形式比较单一，均为固定伸缩支腿和纵向滑移底架及横向滑移靴。但是受横向滑移靴结构尺寸的限制，导致固定伸缩支腿的有效伸缩尺寸具有局限性，从而限制了桩机的单次有效移动行程距离。为了提高步履式水泥搅拌桩机的机动性能，增加桩机的单次有效移动距离，对桩机的移动机构的改进进行研究。通过研究分析把固定伸缩支腿机构改为摆动折叠支腿可有效解决支腿与横向滑移靴的干涉问题，增加滑动靴的长度尺寸，从而达到了增加桩机的单次有效移动距离的目的。

关键词：步履式；桩机；机动性能；移动机构；伸缩支腿

0引言

现有市面上的常规搅拌桩机结构比较单一，机机动性差，伸缩式的支腿让移动距离受机身宽度限制只有0.5m的单次有效行程，实际作业中使移机等准备工作超过有效作业时间50%[1,2]。为了提高桩机的施工便利性，节省大量的劳动力，提升工作效率。我们对水泥搅拌桩机的移动结构进行了改进，增加单次有效行程。使桩机在淤泥地层和软土地质结构中施工有成桩速度快，防水效果好，承载量大，施工成本低效率高，经济效益好等显著优势[1]。

本文的关键技术和研究方法是把常规搅拌桩机的伸缩式支腿改为折叠式摆臂支腿，摆臂支腿可以根据现场工况需要调整摆出距离来适应机身移动，由于摆臂是侧向折叠，使得横向移动导轨的伸缩和长度不受限制，根据机构合理性和结合使用实际，增加了横向移动导轨的长度，使本新型桩机的移动距离比常规桩机大60%[3]。

1原有水泥搅拌桩机移动机构的技术分析

1.1水泥搅拌桩机的移动技术

水泥搅拌桩机的移动一般由四脚支撑、液压机构推动纵向导向架前后伸缩实现前进和后退，前后横向导向架液压机构推动导向架左右伸缩实现桩机的左右移动。由于受到四个支撑腿的位置限制，液压步履单次最大横向移动距离只有0.5m ,而一般最小桩间净距为1.6m，因此桩机往往需要做多次移动才能到达下一工位。这将严重影响桩机的工作效率[2]。

1.2桩机的运输对机身尺寸的影响

一般整机装车尺寸为8200*2300*2700mm，而桩机的宽度尺寸主要受到装车运输时挂车宽度尺寸的限制，按照国家标准，挂车宽度尺寸为2500m，而桩机在装车运输前先要进行桩架折叠，搅拌轴拆卸等工作，因此桩机整机装车最大宽度尺寸只能限制在2300m以下。

而桩机底座架宽度尺寸直接影响到横向导向架的长度尺寸，使桩机横向移动行程被局限于0.5m。

图 2 桩机装车示意图

1.支撑腿臂架 2.纵向移动导向架 3.支撑腿 4.横向移动导向架 5.平板拖车

2改进移动机构增加横向移动行程的解决方案

2.1支撑腿的结构改进

2.1.1支撑腿的工作原理及功能特性

支撑腿的功能和工作原理是四个支撑腿的垂直液压缸同步伸出支撑起桩机整体，让导向架处于悬空状态，以完成导向架的伸缩移动动作，当导向架移动到工作位点后支撑腿垂直液压缸同步收缩，让桩机的横向导向架着地，实现有效移动。

2.1.2支撑腿可移动折叠的技术方案

为了使桩机获得更大的单次横向移动行程，需要增加横向导向架的长度，有效方法是把支撑腿由固定的形式改为可移动折叠的形式。

2.1.3支撑腿与底座架的连接形式

根据支撑腿工作原理、功能性质以及结构特点，支撑腿和导向架的固定连接可以改为转动铰链连接[4]，使支撑腿能够实现转动收缩折叠于导向架两侧，并增加支撑腿臂长。

图 3 转动铰链接

1.转动铰链接 2.支撑腿臂架 3. 纵向移动导架（底架）

2.1.4支撑腿臂长度的增加

由于支撑腿于底座架的连接为滑动轴承连接，能够实现灵活旋转折叠，这就使得两侧支撑腿臂展长度之和不再受到限制。但是考虑作业场地的条件的限制因素，为了让客户在使用桩机产品时体现其机动性能的优越性，支撑腿臂展长度不易过长。

按照改进后的桩机横向单次移动行程由0.5m提升到1.0m的目标以及横向导向架的最佳长度为支撑腿臂展长度的60%左右合理性要求，通过计算单个支撑腿臂长度应为1.8m～1.9m之间。

2.2横向导向架的结构改进

2.2.1工作原理及功能特性

    当支撑腿支撑桩机底座架时横向导向架处于离地悬空状态，通过对横向导向架内部液压缸的伸长可以推动横向导向架的横向移动，当横向导向架在液压缸的推动到达最大行程位置时，支撑腿收缩，桩机下降，横向导向架着地，横向导向架内部液压缸收缩拉动桩机复位移动，这就完成了一次横向移动。

图 4 支撑腿及导向架示意图

1. 纵向移动导架（底架） 2.支撑腿臂架 3.转动铰链接 4.支撑腿 5. 横向移动导向架

2.2.2导向架长度的增加

增加横向导向架长度使得桩机底座架横向移动行程得到提升。由于支撑腿臂长的增加，横向导向架长度不再受到限制，理论上横向导向架的最佳长度为支撑腿臂展长度的60%左右。结合改进后的桩机横向单次移动行程由0.5m提升到1.0m的目标，设单个支撑腿臂长为1.85m，经过计算横向导向架的长度应为3.4m。

2.2.3横向导向架的结构变化

由于横向导向架的工作原理及功能特性并没有出现改变，只增加了结构长度，所以其内部结构形式和具体构造并不需要更改。但是结构长度和液压缸伸缩行程的增加需要对液压缸型号重新选型适配[5]。

3试验对比

3.1试验条件

2022年6月，在中国广东省珠海市中国中车基地，对新型可折叠支腿桩机样机和普通伸缩支腿桩机样机的单次移动进行了对比试验。两台样机均处于支腿收缩状态。对比展开支腿到完成单次横向移动所需的时间和移动行程距离。并记录试验数据。下表1为两台样机分别完成单次横向移动所需的时间比对表。

表1完成单次横向移动所需的时间比对表（单位/s）

通过两台样机完成单次横向移动后，分别对各台样的横向移动距离进行测量比对，下表2为两台样机单次横向移动后的移动距离和横向导向架长度的比对表。

表2单次横向移动后的移动距离和横向导向架长度的比对表（单位/mm）

3.2试验结果

在试验过程中，两台样机的运转情况平稳，两台样机操作人数和人员均相同，通过对比数值，得出以下试验结果：

由表1可知：可折叠式摆臂支腿桩机的单次横向移动总用时稍比普通伸缩式支腿桩机要多约20s。

由表2可知可折叠式摆臂支腿桩机的单次横向移动距离比普通伸缩式支腿桩机要多约495mm,这说明桩机新型移动机构的设计指标达到了改进的要求。

4结论

通过对桩机移动机构的改进使桩机移动导向架长度得到最大限度的增加，进而实现桩机横向移动距离的增加。我们按照设计图纸试制样机进行试运行和试验，通过对比试验和分析，结果表明：

1）机动机构结构改进后的桩机横向导向架的长度又2m增加到3.4m，长度增加了70%；

2）由于横向导向架的长度的增加，使得桩机的单次横向移动距离从原来的0.5m增加到1m；

3）在同等工况条件下，通过把桩机的伸缩型支腿改进为折叠式摆臂支腿以增加桩机单次横向移动距离的新型设计具有可行性。

参考文献

[1] 尹忠辉.水泥搅拌桩施工参数间相关关系研究.隧道建设.2021,41(S2)

[2] 黄贵强.矮机架水泥搅拌桩机在特殊地段的施工应用.广东土木与建筑.2012,19(07)

[3] 关丽杰.武敏敏.赵伟民.郜云波.多功能履带式静力压桩机的研发.东华大学学报(自然科学版).2017,43(04)

[4] 谭一凡.转动副与铰链四杆机构的讲解.职业技能培训教学.1998,(02)

[5] 李雪谊.液压传动技术在工程机械中的应用.机械管理开发.2021,36(11)

作者简介:王子团，男，广东云浮人，助理工程师，工学学士.