旋挖钻机技术现状与市场前景分析

    旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等基础施工工程，配合不同钻具，适应于干式(短螺旋)、湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业，旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能等特点。目前，旋挖钻机已被广泛应用于各种钻孔灌注桩工程。
    目前国内市场上进口旋挖钻机是主流，可供选择的范围非常大。整机直接进口的有意大利土力公司R412～R618;MAIT公司的HR130～HR240;IMT公司的AF6～AF50;CMV公司的TH12～TH25等；进口钻机部件在国内组装的有德国宝峨公司BG系列。
    1、国内现状
    国内旋挖钻机的生产只是近几年才出现和发展的，国内企业开发了一些可替代进口的新型旋挖钻机，但从整体看，与发达国家的同类产品还有差距。目前国内各个厂家的主导产品均是最大钻孔直径在1.5～2.0m之间，而钻孔灌注桩的最常用桩径一般为1．2～1.5m，考虑到安全储备系数，这类钻机对于施工这种桩径是非常适合的。各厂家钻机采用的加压方式也各不相同，各有优势。主要体现在钻杆的形式上，摩阻式伸缩钻杆在软土层钻进效率较高；机锁式钻杆适于钻进硬岩层，但对操作的要求较高，需找到加压点加压；自锁铠式钻杆可随时加压，传扭效果好。
    1.1　徐工RD18
    徐工RD18钻机最大成孔直径2m,最大钻深60m(5节钻杆)，属履带可行式短螺旋钻机。主机分为钻桅、钻杆、动力头、钻桅变幅机构、转台回转机构、主卷扬、副卷扬、发动机系统等。采用维柴WD615.68斯尔太发动机，额定功率为205kW/2100r/min,装有全程调速进口泵、中冷器、低温启动装置、水冷散热器、直径640mm吸风风扇。主机通过回转平台安装在履带式自行底盘上，底盘可前行、后行、原地旋转，履带轨距可方便地改变宽度，以提高工作状态的稳定性。整车各机构均由液压系统控制，主泵、主控制阀均为德国Rexroth公司产品，先导阀为美国Parker公司产品，液压管接头及管路元件均为国外进口产品，主油路设定压力为28MPa。
    RD18钻机的钻桅通过变幅机构可改变其工作幅度，转移工地时，钻桅置于水平状态，两端均可折叠。钻杆中心至回转中心的工作幅度3.8m～4.8m。工作状态时，钻桅上安装有垂直状态自动监测仪，可自动保持钻杆的设定工作角度。可配装进口摩擦式钻杆或自锁式钻杆，以适应不同用户需求。钻杆为多节可伸缩式，材质为27SiMn。
    RD18钻机动力头有高、低两挡转速，减速机是意大利Breuini公司进口产品。泵-马达系统为恒功率控制系统，可根据负荷大小自动调节输出转速。RD18钻机的钻进是由直径140mm、行程5m的液压油缸驱动，油缸最大推动力为16t，推进时可根据负载情况实现快进、慢进。抛土工况钻杆的提升是由主卷扬牵引，主卷第一层钢丝绳最大拉力是16t，第三层为13.6t;钢筋笼的提升是由副卷扬牵引，副卷扬的第一层拉力为8t，第三层拉力为6.8t。主副卷扬减速机为德国Rexroth公司的进口产品。
    1.2　三一R200
    三一R200型旋挖钻机最大钻孔直径2m，钻孔转速7～26r/min；反转甩土转速140r/min；最大加压力180kN；最大起拔力200kN；桅杆左右倾斜角度6°；桅杆前倾角度5°、后倾15°；最大钻孔深度60m；包含标准钻杆配置时的总重量62t。采用功率高达250kW的CAT C-9电喷涡轮增压中冷发动机，海拔4500m以上地带照常工作，高效的燃油室可实现低油耗、低排放、低噪音下的大功率输出，达到欧洲Ⅱ号排放标准。
    钻机关键零部件采购国际品牌产品，可配套短螺旋钻头、普通钻斗、捞沙钻斗等钻具，可钻进粘土层、沙层、卵石层和中风化岩石层。无级变速动力头配置了双马达、双减速机，加压力高达18t，能提供超大钻进扭矩(200kN·m)，适合高原的冻土地层和普通钻机无法钻进的卵石层施工。独特的动力头润滑回路，最大程度上保护动力头；多种钻杆选择：自动内锁互扣式伸缩钻杆、磨阻式钻杆、长螺旋钻杆、大口径短螺旋钻杆；可实现全套管钻进施工。
    采用力士乐液压系统，液压先导控制自动调整桅杆垂直度；ECM电子模块实时监控，16项报警功能；PLC编程全自动控制钻机；全面设计装配保险装置；独立散热系统；空调防尘加压驾驶室不惧风沙袭扰，可在高寒和低压地带施工，人性化设计。
    1.3　巨力ZY系列
    北京经纬巨力公司是香港独资企业,生产ZY120、ZY160、ZY200三种主要机型,选用美国康明斯公司M11系列或C8.3系列原装发动机，液压系统油泵采用德国力士乐公司的A8VO+A10V0+1PF2G3。底盘采用可拓宽结构，由德国力士乐公司A2FE型液压马达和行星减速器驱动行走装置，由力士乐公司A2FE型液压马达或WHITE公司的HB型低速大扭矩液压马达和力士乐公司或意大利布雷维尼公司的行星减速器驱动上车回转。四轮一带选用意大利爱迪姆公司和柏可公司产品。动力头由力士乐公司A6VM型液压马达驱动，以布雷维尼公司的双速减速器及单级平行轴齿轮减速器减速、增扭，实现大扭矩钻孔和高速反转甩土。主、辅卷扬机由力士乐公司A6VM型马达或A2FE型液压马达驱动。
    ZY系列的桅杆由钻桅、三角架和四边形机构组成，由液压油缸驱动，可竖起或放倒钻桅，钻桅的垂直度和钻头在水平面上的位置可调节，并且能够迅速实现运输状态与工作状态的转换。ZY系列的钻杆采用圆环形断面、可伸缩套管结构,可配备800mm～1500mm的短螺旋钻头和筒形钻头。
    1.4　杭州天锐TR-200C
    天锐国内组装旋挖钻机TR-200C最大钻孔直径2m，最大钻进深度62m，沃尔沃发动机功率为224kW/2200rpm，主机部分由两只带减速机的液压马达驱动。底盘(轮心至轮心)长度为4650mm。两条履带外缘间距，展宽前3300mm，展宽后4300mm，履带板宽度700mm。底盘最大行走速度1.7km/h，底盘牵引力320kN。回转系统可360°回转并在任一回转角度施工，回转速度3.8rpm。驾驶室全封闭采用隔音系统并可选装空调装置。顶窗上配有保险杠栅网，座椅下配有安全钮并可调节。
    液压系统由主系统和辅系统组成。主系统液压泵最大输出流量为420L/min(2000rpm)。额定工作压力为320bar，最大工作压力为340bar，带进口电子极限负荷控制(EC控制器)。辅系统液压辅泵1输出流量为90L/min(2000rpm)，额定工作压力为280bar;液压辅泵2输出流量为38L/min(2000rpm)，额定工作压力为100bar。
    桅杆高度19575mm，桅杆截面500mm×500mm,滑轨架100mm×1200mm，桅杆通过液压控制能自行起落，桅杆垂直度自动调节，桅杆可左右倾斜5°，前倾范围5°，后倾范围15°。钻杆具有自动回位定位功能。
    动力头采用双轴承高强度滚珠设计，液态润滑油润滑，三马达结构(其中一只马达单独用于卸土)，钻进转速8～25rpm，甩土转速145rpm，最大实际扭矩可达220kNm。液压系统控制卷扬绳起落，主卷扬内藏减速机，直径28mm单绳拉力(第一层)为20t，通过可变量马达驱动, 最大提升速度为65m/min。辅卷扬机直径18mm单绳拉力(第一层)为8t，最大提升速度为70m/min。
    1.5　北方重汽ZY-200
    内蒙古北方重型汽车股份有限公司与吉林大学联合研制了ZY-200型旋挖钻机，钻机底盘选用卡特彼勒公司履带底盘，选用美国康明斯发动机，功率243kW。动力头最大输出扭矩200kNm，最大钻孔转速22r/min，可以旋挖直径2m，深60m的桩孔。
    1.6石家庄煤机XZ-20
    石家庄煤矿机械公司的XZ-20型旋挖钻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、钻杆等均从芬兰永腾公司进口。发动机功率216kW，动力头最大输出扭矩200kNm，最高转速36r/min，最大钻孔直径2m，孔深60m。
    2、国外现状
    目前国外旋挖钻机的品牌主要有宝峨、土力、意马、迈特等。国外该类产品技术已趋成熟，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。
    欧洲的旋挖钻机一般都设有摇管装置，由2或3个液压马达驱动大扭矩动力头(可配套管连结器)。液压系统采用恒功率变量自动控制，采用自锁互扣钻杆、先进的监控仪表，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特点。
    2.1　德国宝峨公司
    宝峨公司钻机产品系列为BG12～BG25。钻机的立柱调整采用大三角形支撑结构，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，大型钻机为达到套管设置深度而增设变矩器。天津宝峨公司主要组装宝峨BG系列旋挖钻机和连续墙施工设备，该公司最新组装生产的BG20旋挖钻机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60rpm,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30m～58m。发动机额定功率145kW,耗油量小, 储备功率低,主要适于在平原施工。它的基本结构形式与该公司其它钻机产品外形完全相同。其二级变幅的结构形式较为特别，在转台上升起一横向支柱，变幅油缸安装在上面加大了变幅油缸安装距，增大钻桅的稳定性。但它也使转台的设计变的复杂，且升高了运输时的整车高度。国外产品中也仅有宝峨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。
    2.2　迈特(MAIT)公司
    目前该公司的旋挖钻机中，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，具有长螺旋(CFA)、地下连续墙、预制桩、切割桩、全套管等施工的性能。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，施工孔径为250mm～800mm。该系列钻机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。迈特公司的最大输出扭矩钻机HR240-800，最大钻进扭矩为790kNm，最大钻孔直径3m，最大钻深ll0m，最小机型BABYDRILL钻机，最小钻孔直径250mm。
    迈特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，可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，迈特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3挡：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。
    2.3　意马(IMT)公司
    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。使用自动内锁互扣凯式伸缩钻杆，增加了动力头施加于伸缩钻杆并传递到钻具上的下压力，提高施工效率。
    2.4　CB公司
    CB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，动力头有减振装置和清洗泵，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，由电脑控制混凝土灌入量。
    3、国外发展趋势
    国外旋挖钻孔机主要向底盘专业化、多功能化、控制技术的智能化发展，在起钻桅控制、自动垂直调平、回转倒土控制、发动机的监控、钻孔深度测量及显示、车身工作状态动画显示及虚拟仪表显示、故障检测、报警及信息显示等方面逐步实现智能化控制。
    1）向液压驱动方向发展。西方发达国家的产品已普遍实现了液压驱动，我国起步较晚，现仍以电动式钻机为主，急需得到改善。
    2）向多功能方向发展。只需要选择不同的工作附件，便可做到一机多用。钻机采用的是多用途模块式设计，可与连续墙抓斗、长螺旋等配合使用，如宝峨BG15旋挖钻机、MAIF公司的CFA24钻机等。动力头为双作用驱动箱，既可进行钻孔，又能安放套管，一机多用。国外钻机一般可用于大口径短螺旋和旋挖斗回转施工、长螺旋施工、全护筒跟管施工、全护筒跟管+磨桩机施工、液压抓斗地下连续墙施工、高压旋喷施工、潜孔锤施工、预制桩施工。
    3）大都采用电液比例伺服控制系统，具有钻孔深度、钻桅垂直度自动化检测、荧屏显示，提高了定位钻孔精度。
    4）机电一体化控制、智能化作业。国外产品大都实现了负载反馈的自动控制，并显示、记录、打印成桩的外形，大大提高了成桩质量。
    5）采用孔深、发动机、油压、主副卷扬拉力等参数的自动化检测，荧光屏显示。
    6）钻机的设计充分考虑操作人员的安全,并采取了一些措施:驾驶室前窗配有FOPS(防坠物保护)、卷扬的高度限位、驾驶室内操作台安全控制、发动机参数显示、液压参数显示、报警等。
    7）采用上、下车独特的水平调节系统，钻机的上车与下车的连接机构采用了独特的设计形式，通过左右特别的两个油缸，可进行上下车倾斜调节，当下车底盘倾斜时(施工场地为斜面时)，上车驾驶室仍为水平，此功能既保证了钻孔时的垂直度，又可使操作手长时间工作而不会感到疲倦。
    8）应用动力头MCS系统─套管钻进增扭装置,可减少摆管机的应用,大幅度降低使用成本。
    4、国内市场预测
    在世纪之交的今天，我国正处在一个大发展时期，特别是公路桥梁、铁路、水利、城市发展，需要大量的桩工机械，每年需要100台左右旋挖钻机，80%需进口。北京环线公路建设和青藏铁路建设所用旋挖钻机绝大部分由德国和意大利进口。至2003年，国内拥有旋挖钻机总量大约600台，其中国产旋挖钻机占15%左右，国外二手旋挖钻机大约为20%。旋挖钻机作为一项新兴产业,在我国方兴未艾,进口产品正大量涌入我国市场,而我国同类产品的开发尚处于初始阶段,未来几年将处于急速发展的上升时期。