工程钻机技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

徐工科技：徐工科技主要产品有RD15、RD18/RD20、RD22三种旋挖钻机，是国内较早专业生产大口径液压旋挖钻机的厂家。

该系列钻机是在广泛吸收国外同类产品先进技术的基础上设计开发的高新技术产品，主要性能指标达到了当代国际同类产品的先进水平，液压等关键零部件采用国际化配套，保证整机的可靠性。整机采用液压伸缩式履带底盘，自行起落折叠式钻桅、伸缩式自锁钻杆，采用国际先进的PLC智能控制技术，CAN总线控制系统，具有钻孔定位自动对正、钻桅垂直度自动控制、孔深自动检测显示、钻孔速度扭矩自适应系统、故障诊断等多种智能化功能。采用彩色屏翻屏显示，优化了界面,方便人工操作,控制器、传感器等主要电气元件采用进口件，提高了产品可靠性。采用液压先导控制，操作方便舒适。该系列钻机采用进口CUMMINS系列发动机，RD22还采用了电喷发动机，最大扭矩250kN•m，最大成孔直径2500mm，具有充足的功率储备，完全可以满足在我国高原地区的施工。徐工钻机目前主要采用进口钻杆，整机具有主副卷扬防过卷安全保护、变幅安全限位、驾驶室内先导控制切断等可靠的安全保护装置。操纵室视野开阔，装有冷暖空调并最大限度的满足操作人员的舒适要求，整机外型美观大方，主要结构件采用高强度低合金结构钢焊接而成，机械强度高，刚度大，工作安全可靠。

北京经纬巨力工程机械有限公司：北京经纬巨力工程机械有限公司是香港中国基础工程有限公司（CFC）100%投资控股企业，生产的产品主要有ZY120、ZY160、ZY200三种机型，其产品主要元件采用进口件，包括钻杆在内的结构件均为自制件，功能及技术性能与国内外同类产品相似，动力头采用双速减速机及单级平行轴齿轮减速增扭，所选发动机功率较大，可在高原等恶劣条件下作业。

河北石家庄煤矿机械公司：河北石家庄煤矿机械公司最新推出的XZ-20旋挖钻孔机是该公司在引进芬兰永腾公司技术的基础上，采用技贸结合的方式生产的新产品。该机动力头、钻杆等均从进口永腾公司进口，制造成本较高，因此售价大大高于国内同类产品机型,市场竞争力有待提高。

内蒙古北方重型汽车股份有限公司：内蒙古北方重型汽车股份有限公司经过缜密的市场调研，与吉林大学联合研制了ZY-200型旋挖钻机，ZY-200型旋挖钻机底盘选用卡特彼勒公司履带底盘，发动机选用美国康明斯发动机，可以旋挖直径2m，深60m的桩孔，是一种技术密集、资金密集的高新技术产品。

天津宝峨公司：天津宝峨公司是德国宝峨公司设在天津的一家独资企业，主要组装宝峨BG系列旋挖钻机和连续墙施工设备，并提供在中国所有宝峨公司产品的售后服务。主要机型为BG20旋挖钻机，该机最大的特点是动力头为双级扭矩输出，当小扭矩输出时，最大钻进速度可达到60r/min，大大提高了施工效率，该机可配5种自锁式或摩擦式6键钻杆，长度从30～58m，发动机额定功率为145kW，耗油量小，主要适于在平原施工。

三一重机：三一重机主要产品是SR220C机型，最大扭矩220kN•m，最大成孔直径2000mm。SYR220旋挖钻机选用了CATERPILLAR330C底盘、C-9电喷发动机、内藏式液压可伸缩履带结构，宽履带提供较低的接地比压，提高施工时整机稳定性和适应性，且便于施工和运输。SYR220旋挖钻机电子控制系统主要由发动机和泵电子控制系统、桅杆垂直度自动调平系统、PLC功能控制系统等部分组成。卡特彼勒C-9电喷柴油发动机，是目前国际上最先进的动力装置，发动机和泵电子控制系统可以控制主泵的输出流量，发动机和泵控制器会根据发动机转速和转速旋钮位置向控制主泵输出的比例电磁铁发出电信号，指导主泵最佳输出，让液压负载与发动机转速相配，从而利用发动机的最大可用功率，发动机转速自动控制（AEC）在负荷较小或无负荷时，系统自动降低发动机转速，减少油耗。该发动机噪音低，振动小，废气排放量小，环保高效，性能稳定可靠。桅杆垂直度自动调平系统，能对桅杆进行实时监控，可实现手动和自动切换，在一定的角度范围内，自动调整角度，保证施工中桩孔的垂直度要求，提高施工质量。PLC功能控制系统还可实现钻孔深度监测调整，回转自动定位，功能模式切换，工作装置自动限位等功能。液压系统是钻机的能源转换系统和钻机各职能部件的控制系统。发动机发出的动力，通过液压系统，将其转换为推动钻机各职能部件运动的驱动力，并对各职能部件的运动规律进行有效的控制。液压系统关键部分沿用卡特彼勒液压系统主控回路、先导控制回路，其精髓在于使用了先进的负载反馈技术，可使流量按需分配到系统各个工作装置，实现不同工况下的最佳匹配。先导控制使操作更加灵活、安全、舒适、精确。系统独立散热。泵、马达、阀、油管及管接头全采用进口产品，确保系统的高可靠性。SYR220旋挖钻机司机室大面积成型玻璃宽敞明亮，内设大功率绿色冷暖风空调，拥有可调式豪华减振司机座椅，使司机人员有一个舒心的工作环境；轻巧灵活的人性化设计的操纵手柄分立两旁；正面触摸屏和右侧的监控器显示系统状态参数，还提供非正常状态报警项目和故障确认消除等一目了然；仪表台上的压力表还可为操作司机提供更为直观的工作状态；整机启动前还具备预先自动检测功能。

SYR220旋挖钻机桅杆采用大箱形截面，为动力头和钻杆提供导向作用，具有良好的刚性和稳定性，抗冲击、耐振动，无需拆卸的可折叠式结构能减少整机长度和高度，便于运输。采用流行的平行四边形结构，通过其上油缸的作用，可以使桅杆远离机体或靠近机体，改变桅杆的角度，以调节桅杆的工作幅度或运输状态桅杆的高度，以及桅杆相对地面的角度，使其动作机动灵活，施工效率高。动力头采用双变量液压马达驱动小齿轮，由小齿轮啮合大齿轮带动键套与钻杆配套，可根据不同的地质条件自动无级改变旋转速度和输出扭矩，高品质双速减速机还可实现高速甩土功能，动力头有独立的润滑、冷却和换速液压系统，确保动力头能可靠高效地工作。SYR220旋挖钻机还可配套长、短螺旋钻具、普通钻斗、捞沙钻斗、筒式岩石钻头等钻具以适应粘土层、沙砾层、卵石层和中风化泥岩不同的施工要求。

宇通重工：宇通重工新推出机型是YTR230，该机型配置基本和三一重工的SR220C相同，主参数也基本相同，这是该公司首次涉足旋挖钻机领域，技术上有待进一步完善。山河智能公司的SWDM-20钻机和徐州东明公司的TRM200钻机均采用自制底盘国产化钻杆，动力头为国内同一家公司生产，技术水平相差无几。

中联：中联ZR200旋挖钻机技术特点是采用了卡特彼勒330C专用可拓展履带底盘，C-9增压、中冷、电控发动机，内藏式液压可伸缩履带结构。发动机和泵自动控制系统能最大限度地提高燃油效率，电子控制模块（ECM）汇集所有发动机燃油、空气、冷却液和排气系统的传感器，存储并传递如转速、油耗及故障诊断等状态信息，能自动地与不同的施工环境相匹配，即使在极端条件下也能稳定地输出最大扭矩，防止发动机熄火。冷却系统能保证机器在-20℃～40℃外部环境温度下安全运转。CAT330C驾驶室，能有效地阻隔噪音，驾驶室和操纵台的设计符合人机工程学，驾驶员可轻松触到驾驶室内所有的开关、表盘和操纵手柄。自动控制的空调能自动调节室温和空气流量。滑移式遮阳板保护驾驶员免受阳光直射。电子控制系统为PLC功能控制系统和桅杆垂直度自动调平系统。PLC功能控制系统在基于嵌入式真彩LCD显示屏的基础上，应用CANBUS技术和虚拟仪表技术，配合独特的传感器，来实现钻机的精确控制。在作业中能动态显示各控制元件的状态：钻进过程孔深自动记录，数字和动画双显示；上车回转数字和图形双引导，快速自动找回；逻辑功能模块可防止驾驶员误操作，且具有功能模式切换、整机运行状态监控、工作装置自动限位等。桅杆垂直度自动调平系统，能对桅杆进行实时监控，可实现手动和自动的切换，在一定的角度内可自动调整桅杆的垂直度，保证施工中桩孔的垂直度要求，提高施工质量。液压系统采用先导操纵的主、副双回系统。各部件的运动速度可以通过控制手柄位移的大小来控制。主泵系统采用分功率、负控制，且与发动机泵电子控制系统相连，使机器在各档油门位置都能实现发动机转速的自动控制。副回路采用了负荷传感技术。独特的动力头润滑系统保证机器可靠运行。双液压马达变量驱动的动力头，可根据地质条件的不同自动地无级改变动力头的转速和扭矩，双速减速机通过动力换档可实现高速甩土功能。钻机为伸缩式钻杆，钻杆的下端装有弹簧减振器。有两种型号可供用户选择，且两种钻杆可互换。一种为摩阻式（5X13m）五节钻杆，有效钻深为60m；另一种为内锁式（4X13m），有效深度为48m。可配800～2000mm不同规格和各种用途的钻具，如长、短螺旋钻具、普通钻斗、捞沙钻斗、筒式岩石钻头等以满足不同施工要求。

第二节 产品工艺特点或流程

钻机总体结构由转盘、卷扬机、机架和液压系统四大部分组成。目前市场上使用的钻机从钻进方式可分为回转和冲击两种，从传动方式有机械的液压两类，通过综合分析后我们认为，对大口径钻进来说，回转钻进要优于冲击钻进；在传动方式上，我们认为液压传动要比机械传动更平稳，并可实现无级调速，更适合于钻进工艺要求。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

国外目前旋挖钻机的在国内的公司主要有：德国宝峨公司，其产品系列为BG12～BG25；意大利土力公司，其产品为R412～R618；MAIT公司的HR130～HR240；IMT公司的AF6～AF50；CMV公司的TH12～TH25等。国外产品最大扭矩可达360kN•m，发动机功率达448kW，钻孔直径4m，钻深90余米等，品牌主要集中于土力、宝峨、意马、麦特、卡萨格兰第、巨力、日本产小扭矩旋挖钻机。国外产品最大扭矩可达360kN•m，发动机功率达448kW，钻孔直径4m，钻深90余米。目前国外的旋挖钻机一般都设有摇管装置、由两个或三个液压马达驱动的大扭矩动力头（可配套管连结器）、液压系统采用恒功率变量自动控制、自锁互扣钻杆、先进的监控仪表（如发动机和液压系统自动监测和报警系统、钻孔深度显示、钻桅自动测斜纠偏装置），同时配有各种保险装置（如防止带负载起动，卷扬机超高限位等），但各家公司的旋挖钻机都有自己的技术特点。分析如下：在中国的国外旋挖钻机制造厂的产品见表1。

德国宝峨公司产品系列为BG12～BG25；在天津设有一家独资企业，宝峨公司钻机的立柱调整采用大三角形支撑结构，这一设计可以加大变幅油缸安装距，增大钻桅的稳定性。但它也使转台的设计变得复杂，且升高了运输时的整车高度。国外车型中也仅有Bauer公司一家使用此结构。另一个特点是主副卷扬都安装在钻桅上，节省了回转平台上的安装空间，便于转台的布置。这一结构使其整机外形较小，特别是回转平台与底盘显得小，外观上显得前重后轻，有一种不安全的感觉。但多年的使用经验证明此结构是可靠的，较小的机重有利于降低成本。动力头可根据负荷自动调节回转速度，具有弹簧、液压两级减振以及大型钻机为达到套管设置深度的要求而增设的变矩器。

MAIT公司目前已开发定型的大口径系列旋挖钻机中，EBl2，HR45，HRl00，HRll0为单一钻机功能设计。HRl30；HRl30/60；HRl80；HR260；HR300-570；HR240-800均为多功能设计：即该系列钻机在具有钻孔桩的功能外，通过更换不同的工作装置，还同时具有长螺旋（CFA），地连墙，预制桩，切割桩，全套管等施工的性能。在最近几年研制的中、小口径系列旋挖钻机：BABYDRILL，MINIDRILL，MIDIDRILL主要适合于城市建筑物内部及铁道、交通等一些狭窄地段施工，直径为250～800mm桩径，该系列钻机也具有多功能性能，配置不同的工作装置，可进行80m钻深微型桩孔、斜孔、高压旋喷等施工。在MAIT公司系列旋挖钻机中，集国外钻机最大输出扭矩与最小机型为一身，机型HR240-800钻机，最大钻进扭矩为790kN•m，最大钻径3m，最大钻深110m，最小机型BABYDRILL钻机，最小钻径250mm。MAIT公司采用自行设计的多功能底盘，稳定性好，重量轻，可配预留装置实现多功能，并具有上下车水平调整系统可进行倾斜调节，钻机的立柱采用平行连杆加三角形支撑型式，液压系统为多泵独立回路，动力头配有套管钻进增扭装置，钻机的摩擦钻杆驱动键的宽度和厚度大，自锁式钻杆为短键嵌入式可保证快速加锁和解锁，而且钻杆的材料采用专利配方，同时配有钻杆支架，另外卷扬机容绳量大、单绳缠绕可达到绳速高、提升力恒定和减少磨损。除此以外，MAIT系列旋挖钻机设置了功率及扭矩输出分级系统，扭矩输出有三挡：即大扭矩－低转数；低扭矩－高转数；中扭矩－中转数，功率输出：有高低两挡，用户可根据施工地质情况，设置不同的“扭矩－转数”挡位和“功率”挡位，满足各种类型地质条件快速施工的需要，达到高效节能的目的。

意马公司采用卡特彼勒履带底盘，钻杆配有导向滑轮架以防止钻孔偏斜，动力头装有油浴式润滑、冷却系统和清洗泵，液压系统主油路采用双路传递功率设计，整机液压系统为先导负反馈恒功率变量自动控制系统，主卷扬机具有钻杆触地自停和动力头随动装置以防止乱绳和损坏钢丝绳。

NCB公司的钻机配自制底盘，动力头采用恒功率控制和多功率传递的设计，整机液压系统为先导负反馈恒功率变量自动控制，自锁式钻杆壁较厚，加焊有凹凸导向条以增加刚性和减少挠性变形，动力头有减振装量和清洗泵，卷扬机具有过载保护和限位保护装置，另外，在长螺旋钻孔施工时，由电脑控制混凝上灌入量。

CMV公司的钻机为了能在保证稳定性和垂直度的情况下改变工作半径以及穿越空中障碍物，采用平行连杆机构加三角形支撑型式，动力头可按土层自动调整扭矩和转速。

意大利IMT公司是国际最著名的基础工程设备制造商之一，也是较早进入中国市场的厂家之一，其生产的AF系列旋挖钻机扭矩从6.3～500kN•m，成孔直径从1.2～3m，钻孔深度从32～90m，品种有十余种之多。最近展会上IMT公司参展的展品是AF180C旋挖钻机，最大扭矩205kN•m，最大钻深58m，最大桩径1800mm，该机采用美国卡特彼勒专用底盘及发动机，采用全电脑监控并设报警装置，各种数据直接显示在驾驶员面前，易于观察监控。底盘为内藏式液压可伸缩底盘，提高了施工时整机稳定性并有利于运输。采用独特的多牙嵌式内锁互扣式伸缩钻杆，可在钻孔过程中随时加压，无需上下移动寻找加压点，但该钻杆脱扣不如大牙嵌容易，在一定程度上影响施工效率。该机大扭矩液压动力头有多挡无级钻进以适应不同的地质要求。主卷扬具有钻杆触地自停和随动装置，在钻头触底时，主卷扬即停止，防止钢丝绳过度放松而乱绳，钻杆的随动装置可使钻杆与动力头保持同步。

BAUER公司也是国际最著名的专业基础工程承包商及设备制造商之一，产品涵盖了基础施工所需的各种设备，旋挖钻机、地连墙液压抓斗、地连墙双轮铣槽机等产品均处于全球领先地位。国内进口BAUER公司的旋挖钻机较多，且BAUER公司早已在天津成立全资公司组装BG20型旋挖钻机，与上海金泰股份有限公司合作生产BG15型旋挖钻孔机等。

目前国外该类产品技术已趋成熟，比较著名的有德国BAUER公司，利勃海尔公司，意大利MAIT公司、土力公司、CMV公司等，目前从国外产品技术上看，有如下技术特点：整机采用钻孔深度、垂直度自动检测及控制；荧屏实时显示；钻孔定位技术；液压履带式伸缩底盘，保证了整机稳定性及良好的机动性能；自行起落可折叠式钻桅；大扭矩多节伸缩式钻杆，可匹配多种钻具，以适应不同作业需求；双速自适应动力头，既可进行钻孔，又能安放套管；采用了主、副卷扬的高度限位，动臂幅度限位及驾驶室内液控开关等安全保护装置；应用人机工程原理设计了新型操纵室，布置了冷暖空调，提高了操作舒适性等。