旋挖钻机是一种大型桩基础施工机械，主要为桥梁、铁路、高速公路等大型工程项目中的桩基础施工。一般工业及民用建筑中应用也越来越多。它集机械、液压、电控等诸多技术于一身，对它的使用操作和维护保养有更高的要求，而钻机一旦出现问题，故障的排除也比较困难。下面将旋挖钻机有关结构特点、常见故障及维修作一简单介绍，以供同行在使用及维修时参考。
一、旋挖钻机概况
1旋挖钻机的三种类型
旋挖钻机根据其主要工作参数：扭矩、发动机功率、钻孔直径、钻孔深度及钻机整机质量可以分为三种类型：
1.1小型机
扭矩100kN?m。发动机功率170kW，钻孔直径0.5～1m，钻孔深度40m左右，钻机整机质量40t左右。
小型机的应用市场定位：
(1)各种楼座的护坡桩；
(2)楼的部分承重结构桩；
(3)城市改造市政项目的各种小于1m的桩；
(4)适用于其他用途的桩；
小型机的市场工作量覆盖比例达到30%以上。
1.2中型机
扭矩180kN?m，发动机功率200kW，钻孔直径0.8～1.8m，钻孔深度60m左右，钻机整机质量65t左右。
中型机的应用市场定位：
(1)各种高速公路、铁路等交通设施桥梁的桥桩；
(2)大型建筑、港口码头承重结构桩；
(3)城市内高架桥桥桩；
(4)其他适用桩。
中型机的市场工作量覆盖比例达到90%以上。
1.3大型机
扭矩240kN?m，发动机功率300kW，钻孔直径1～2.5m，钻孔深度80m。钻机整机质量100t以上。
大型机的应用市场定位：
(1)各种高速公路、铁路桥梁的特大桥桩；
(2)其他大型建筑的特殊结构承重基础桩。
大型机的市场工作量覆盖比例达到10%以上。
二、旋挖钻机的发展
2.1国外目前旋挖钻机的状况
旋挖钻机在二战以前首先在美国卡尔维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展，1948年意大利迈特公司首先开始研制，接着意大利、德国开始发展，到了70～80年代在日本得到快速发展，当时日本称之为回转斗成桩，也叫阿司特利工法(EarthDriII)，在德国、日本这类工法相当普遍。国外目前旋挖钻机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。
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。
2.2国外旋挖钻孔机发展趋势
（1）电动式向液压式方向发展。
（2）向多功能钻机方向发展。国外产品越来越多地与连续墙抓斗、长螺旋等配合使用，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。钻机的多功能化。即钻机采用的是多用途模块式设计。
以上不同工法的施工，只需要选装不同的工作附件，便可做到一机多用，节约使用成本。
（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、主副卷拉力等参数的自动化检测，荧光屏显示；
（6）安全保护。钻机的设计充分考虑操作人员的安全，并采取了一些措施。
（7）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液压缸，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，又可使操作手在舒适的位置长时间工作而不会感到疲倦。
（8）动力头MCS系统──套管钻进增扭装置。增加套管跟管钻进增扭系统，可减省摆管机的应用，大幅度降低使用成本。
2.3国内产品发展现状
我国在80年代初从日本引进过工作装置，配装在KH-125型履带起重机上。1984年，天津探矿机械厂引进美国RDI公司的旋挖钻机并进行消化吸收。1987年在北京展览馆首次展出了意大利土力公司(SOILMEC)产品，1988年北京城建机械厂根据土力公司的样机开发了1.5m直径的履带起重机附着式旋挖钻机。
1994年郑州勘察机械厂引进英国BSP公司附着式旋挖钻孔机的生产技术，但都没有形成批量生产。1992
年宝峨公司在中国北京设立了代表处，开始了对华业务。并于1995年在天津成立了独资子公司宝峨天津机械工程有限公司，组装适合中国市场的宝峨BG20型旋挖钻机。
1998年在上海又成立了中德合资上海宝峨金泰工程机械股份有限公司，生产组装BG15型、BG24型旋挖钻机。1998年，徐工集团开始自主开发研制RD18旋挖钻机，于99年试制成功并投入批量生产，最近几年我国旋挖钻机取得了快速发展。后来，北京经纬巨力、三一重机等也纷纷涉足旋挖钻机的生产，目前国内外生产旋挖钻孔机厂商有三十多家。
2.4目前，国产旋挖钻机的主要不足之处表现在以下几个方面：
一是产品同质化倾向相当严重。在国内从事旋挖钻机制造和销售的20多家企业中，既有徐工、三一这样的大型集团公司，又有上海金泰这样的长期从事基础及勘探设备制造的专业公司，也有以基础施工为主业，最近几年才进入旋挖钻机制造领域的施工企业，如山东鑫国和郑州川岛(上海三凰)。这些企业中的绝大部分来自于原桩工机械以外的行业，它们的进入极大地改变了桩工机械行业的格局。但是，由于各公司进入旋挖钻机领域的时间、规模、投入程度、运作模式、开发及资金实力、公司背景等差异较大，呈现出来的成长速度及经营业绩也有极大不同。总体来看，由于大部分企业进入的时间都比较短，其产品尚未形成规模化和系列化，超过20家的企业产品规格型号仅仅接近30个。据统计，扭矩在200kNm级别上下的产品比例高达75%以上，而100kNm级别及以下的产品型号仅仅2个，其比例仅占8%。由此可见，产品的同质化倾向相当严重。
二是国产旋挖钻与国外相比，差距较明显。
首先表现在整体的液压系统与配置还达不到国外产品的先进水平，特别是与世界先进水平的宝峨旋挖钻机相比还存在很大差距。国外的优质产品液压系统一般都采用恒功率系统，或负荷传感系统，液压元件采用国际先进成熟的产品；其次，国产旋挖钻机的关键件如钻杆，特别是机锁式加压钻杆还不能满足主机的要求，主要原因是国产钢管在钢管加工时，圆度和直线度达不到设计要求，无论是强度还是精度都不能满足要求；钻杆的加工工艺还处在摸索之中，焊接质量不能保证，焊后易变形，而且变形难以调整。
另外，国产旋挖钻机的整机外观及操作室内仪表盘的布置不如国外；国外的旋挖钻机有的装有全电脑操作系统，使操作手能实时掌握钻进深度、钻架垂直度，保证钻孔准确到达设计深度和保持良好的垂直度；实时掌握各系统工作情况，便于及时采取维修措施，保证钻机正常运转。而国产旋挖钻机的钻杆牙嵌与动力头啮合情况和钻杆状态无显示功能，操作手只能凭经验判断。
施工中，旋挖钻机在进行钻孔作业时，有一个钻进—提升—回转—抛土—再回转至原孔口—对准—再钻进的过程。国产旋挖钻机因没有回位定位功能，所以在对准时耗费相当多的时间和精力，而且，人工对准精度低。而德国宝峨、意大利CMV公司的钻机都具有回位定位功能。所谓回位定位功能是指机器回转时能记录回转角度，待抛土后再回转回来时，一旦达到记录的角度后，自动停止。这样，保证其回到第一次回转前的位置。大大减轻了劳动强度、提高了生产效率及作业精度。
三是国产旋挖钻机的规格品种与市场的实际分布脱节严重。
据统计，桩径较小，桩孔深度较浅的一般工业及民用建筑的桩基础量约占整个桩基础工程量的65%以上，而桥梁桩等单桩承载要求高的桩基础量仅占30%左右。但是，在国产旋挖钻机中，扭矩为200kNm级别上下的产品比例高达75%以上，而最适合于建筑桩基础的中小型旋挖钻机却鲜有市场投入。由此造成的局面是：一方面，绝大部分企业拥挤在较小的市场空间内互相大力厮杀，另一方面，实际需求较大的市场又严重缺乏适合的产品。旋挖钻机的规格品种与市场的实际分布脱节严重
三、国内外旋挖钻机结构特点
1、组成
旋挖钻机的结构主要由底盘机构、钻桅、自行起落架、主副卷扬、动力头、钻杆、钻头、转台、发动机系统、驾驶室、覆盖件、配重、液压系统、电气系统等组成，其工作原理也完全相同，都是由全液压动力头产生扭矩，由安装在钻架上的油缸提供钻压力，并通过伸缩式钻杆传递至钻头，钻下的钻渣充入钻头，由主卷扬提拔出孔外。
2、主要结构特点
2.1底盘的结构
旋挖钻机的底盘一般为液压驱动，轨距可调，刚性焊接式车架，履带自行式的结构。底盘主要包括车架及行走装置，行走装置主要包括履带张紧装置、履带总成、驱动轮、导向轮、承重轮、托链轮及行走减速机等组成。国内外生产的旋挖钻机大多数应用的是专用底盘，轨距可调，能根据施工情况对底盘进行宽度调整，以增加钻机的整体稳定性，驾驶室前窗配有防坠物保护;也有少数厂家应用的是起重机底盘或挖掘机底盘。
2.2发动机系统
旋挖钻机的发动机系统一般包括发动机、散热器、空滤器、消音器、燃油箱等。一般旋挖钻机设计时发动机选用国外
的增压中冷式水冷发动机，选用进口CUMMINS发动机，为了适应不同用户的需求，也可选装国内二汽东风的康明斯发动机。其水散热器、空滤器等附件选用国产配套件，燃油箱自制。
2.3变幅机构及钻桅的结构
目前国内旋挖钻机的变幅机构一般采用两级变幅油缸，平行四边形连杆机构，上端一级变幅油缸两端具有万向节头便于调整，钻桅截面形式为梯形截面，钻桅下端有液压垂直支腿，上端有两套滑轮机构，上下两端均可折叠，钻桅左右可调整角度为士50，前倾可调整角度为50，后倾可调整角度为150。三一SYR220型旋挖钻机的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，可使桅杆远离机体或靠近机体。通过桅杆角度的调整，可实现桅杆工作幅度或运输状态桅杆高度、桅杆相对地面角度的调节，使其动作机动灵活，施工效率高。意大利、德国制造的各类旋挖钻机可自行移动，自立桅杆，整个工作机构可在履带底盘上做土3600回转。因而现场转移、对孔位灵活方便，辅助时间少；钻架采用“平行四边形连杆机构十三角形的支撑结构，非常适合城市狭窄场地的施工;钻架上装有垂直度检测仪，可以检测和显示钻架的偏斜度，并可通过钻机的微动系统调整钻架的垂直度。
2.4动力头的结构
动力头是螺旋钻孔机的关键工作部件，其性能好坏直接影响钻孔机整机性能的发挥。动力头的功能:动力头是钻孔机工作的动力源，他驱动钻杆、钻头回转，并能提供钻孔所需的加压力、提升力，能满足高速甩土和低速钻进2种工况。动力头驱动钻杆、钻头回转时应能根据不同的土壤地质条件自动调整转速与扭矩，以满足不断变化的工况。国内的动力头为液压驱动，齿轮减速，可实现双向钻进和抛土作业，主要包括回转机构、动力驱动机构及支撑机构。回转机构主要有齿轮与钻杆互锁的套管，两端支撑采用回转支承、密封等组成。动力驱动机构采用双变量马达带动减速机及小马达小减速机同时驱动钻进。抛土作业时，大减速机脱离，小马达小减速机工作，实现高速抛土。
另外，支撑机构由滑槽、支座上盖与油缸连接件等组成，均为焊接结构件，应充分考虑其内部润滑，应有润滑油高度显示，加油口、放油口等，易于保养、维修。从国际知名大公司的钻孔机产品我们可以看出带有离合机构的钻孔机是比较普遍的机型。采用恒功率泵与变量液压马达配合，使动力头可根据地质条件自动改变其排量和压力，从而改变了输出扭矩及转速，即使动力头具有土壤自适应特性；采用带三挡或离合器的减速机，用远程液压操纵换档来实现钻孔机的低速钻进和高速抛土；液压换档，操作简单方便，提高了机器的作业效率。
采用2个小齿轮同时驱动I个大齿轮且3个齿轮处于同一水平面，有利于倍增大齿轮所能传递的扭矩；齿轮中心连线为锐角三角形，使动力头结构紧凑。大齿轮与空心轴被联接为一体；空心轴内壁上均布有3条牙嵌板，其牙嵌钻进时与钻杆上的外牙嵌嵌合，可有效地传递扭矩和加压力；空心轴反转时，牙嵌即可分离。此结构不仅实现了轴的功能，也加强了轴的强度和刚度。动力头上、下箱体均为焊接结构，外形轮廓为一条包括几条圆弧及几条切线的封闭曲线；此结构不仅具有足够的强度和刚度，而且具有良好的工艺性。
2.5转台的结构
目前国内旋挖钻机的转台为整体焊接式结构，主纵梁为“工字梁”形截面，主要包括回转支承、转台主体、钻桅后支撑、配重组成，钻桅后支撑位于配重前与转台主体用螺栓固定，便于拆卸，配重采用分体铸造大圆弧结构，运输时可拆卸。
2.6钻杆的结构
决定设备地层适应能力的主要因素在于旋挖钻机所使用的钻杆形式、钻头类型以及与之相适应的设备本身的结构，其中采用什么样的凯式伸缩钻杆是最重要的因素。这是因为钻杆要将动力头的全部扭矩一直传递到孔底的钻头上，并且还要将加压液压缸的压力、动力头自重和钻杆自重等钻压稳定地传递到几十米以下的钻头上，因此当钻进较坚硬的地层时，钻杆可能要同时承受大扭矩和大钻压，还要克服很大的弯矩，这样使得钻杆的受力条件变得非常复杂，如果钻杆本身的能力达不到要求，则很容易损坏。
凯式钻杆可以分为摩擦钻杆和锁紧钻杆2大类。
摩擦钻杆是指钻杆上的键只能传递扭矩而不能传递钻压的钻杆，而锁紧钻杆是指钻杆之间通过加压平台可以锁成一个刚性体对地层加压钻进的钻杆。摩擦钻杆在提钻时不需要解锁，操作简单，但由于加压能力有限无法钻进较硬地层。
锁紧钻杆的地层适应能力强，但需要解决提钻时可能对钻杆造成强烈冲击的问题。锁紧钻杆又可分为简单的加压式钻杆和六键式嵌岩钻杆。简单加压式钻杆可以实现加压，但加压平台较窄，压强较大，容易磨损造成加压失效，因此不能真正适应坚硬地层的施工。
六键式嵌岩钻杆的加压平台宽大，可以稳定地传递大钻压，又因为是六键结构，钻杆本身抗失稳的能力
很强，可以有效地克服钻杆的细长杆效应。
国内外的六键式嵌岩钻杆和简单锁紧式钻杆都可以实现加压，但是这类钻杆也有不足，就是在提钻时必须先反转解锁，然后再卸土。正常的提钻顺序应该是钻杆由内向外依次上升，但是如果反转解锁不完全，就会造成某相邻两节钻杆尚未解锁就一起缩进外层钻杆，一般称为挂钻。而这两节钻杆继续往上运动时，受到轻微的扰动就会自动解锁，这样外面的钻杆就会悬空，对钻杆和动力头会形成强大的冲击。通常单节钻杆的质量约为2t，假如钻杆从3m甚至8m高度自由落体冲击下来，冲击能量将非常大，如果没有保护装置，很容易造成动力头和钻杆的严重破坏。
因此使用六键式或其他锁紧式加压钻杆必须配置动力头减振器。
减振器包括弹簧装置和液压减振装置，能有效缓冲并吸收钻杆对动力头的冲击以及钻杆之间的冲击，保证锁紧式钻杆的安全使用。目前国内外旋挖钻机的钻杆采用4节或5节伸缩内锁式钻杆，每节长度大约为13m，装配后总长不小于48m，采用高强度合金钢管，钻杆与动力头采用长牙嵌内锁式连接方式。顶端与上滑动板用010系列无齿回转支承相连，下端带有弹簧缓冲，第4节上端用可滑转万向节与主卷钢丝绳相连，下端采用方形截面杆通过销轴与钻头相连，每只钻头应与方形截面杆相配，具有互换性。
2.7钻头的结构
钻头是决定旋挖钻机能否较好适应复杂地层、提高工效的重要部件，目前国内外旋挖钻机的钻头共分3种常用的结构：短螺旋钻头(0600-02500mm)、回转斗钻头(0800-02500mm)和岩心钻钻头(0800-02500mm)。
目前国内外旋扮钻机钻头的3种常用的进土结构如下：
(1)短螺旋钻头旋挖钻头主要纵短螺旋钻头为主，他主要靠螺旋叶片之间的间隙来容纳从孔底切削下来的土、砂砾等，这种钻头结构简单、造价低。地层较好时，使用他也可达到好的效果，如果地下砂砾石较多或含水较多时，在提钻时很容易掉块，钻进效率低，甚至于不能成孔。
(2)单层底旋挖钻头在地下水位较高，或含砂砾较多的地层，目前多数旋挖钻机均采用钻头钻进，用静压泥浆护壁，这种钻孔工艺已明显优于短螺旋钻头钻孔。
最早的旋挖钻头是单层底，在底下方有对称的2扇仅可向头内方向打开的合页门。当钻头钻进时，孔底切削下来的土、砂经合页门压入头内;在提钻时，在头内土砂的重力作用下，两扇门向下关闭，以阻止砂土漏回孔内。
由于这种重力作用不是十分可靠，时常发生合页门关闭不严，造成砂土漏回孔内，降低了钻进效率，还会影响孔底清洁度。
(3)双层底旋挖钻头自20世纪90年代以来，国外的一些钻机制造公司，在原单层底钻头的基础上，开发出双层底的旋挖钻头。其特点是2层底可以相对回转一个角度，以实现头底进土口的打开与关闭。即在顺时针旋转切削时，底部的进土口为开放状态，当钻完一个回次后，将钻头逆时针旋转一个角度，致使进土口强行关闭，从而使切削物完整地保存在头内。实践表明，在复杂地层中，双层底钻头的钻进效率及孔底清洁度明显优于单层底钻头。
2.8卷扬的结构
国内外旋挖钻机的卷扬有主副卷扬2种，卷扬的结构采用卷扬减速机，具有卷扬、下放、制动功能，卷筒自行设计，主卷扬应具有自由下放功能，且实现快、慢双速控制。主、副卷扬应配有压绳器。
2.9液压电器系统
意大利、德国制造的各类旋挖钻机的机、电、液一体化高度集中，结构紧凑，操纵灵活方便，自动化程度高。他采用伸缩式钻杆，节省了人力和加接钻杆的时间，施工中只需一人即可操纵整台钻机，工人劳动强度低。钻架上装有垂直度检测仪，可以检测和显示钻架的偏斜度，并可通过钻机的微动”系统调整钻架的垂直度。驾驶室控制面板上装有孔深和钻架垂直度显示仪以及反映发动机、液压系统工作状态的仪表、显示屏及报警装置，有的还装有全电脑操作系统，使操作手能实时掌握钻进深度、钻架垂直度，保证钻孔准确到达设计深度和良好的垂直度。
2.10旋挖钻机的电液比例伺服控制系统
国内外旋挖钻机采用电液比例伺服控制系统PLC,CAN总线控制等，提高了定位钻孔精度，具有钻40髯黔及Cd2004.10孔深度的自动化检测，荧光屏显示功能等，当钻桅发生倾斜时，钻机会自动报警，并进行自动调整。采用能显示多种信息的多功能液晶显示器，能进行起钻桅控制、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、故障检测与报警等信息的显示。
2.11安全保护
国内外钻机的设计充分考虑操作人员的安全，并采取了一些措施，例如：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、液压等参数显示、报警等。
四、旋挖钻机的常见故障
1发动机：起动困难、功率不匹配、机油油面升高、水中有柴油
2液压系统：动作慢、无力、油温高
3电控系统：指示不正确
4机械部分：磨损、裂纹、变形
5减速机：漏油、损坏
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