多功能鉆機適用于各種地層（土層 、粘土層、沙石層、巖石層、含水層）的直接或循環(huán)鉆孔。鉆機加載液壓沖擊錘或潛孔錘即可進行沖擊破巖成孔作業(yè)，滿足液體排放、地下微型樁、錨桿錨索、地質勘探、地熱成孔、地基加固、邊坡支護等基礎設施建設的施工要求。搭配噴漿設備后可實現(xiàn)旋噴工法施工，還可以進行隧道內超前管棚支護和地質前探施工。目前，多功能鉆機在我國公民建筑工程中深基坑、邊坡、礦井巷道等錨桿錨索支護應用。

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功能鉆機研究是一個符合國情的具有深遠意義的研究，其設備具有多功能性，同時兼顧錨固、微樁、旋噴等多種施工工藝，在基礎施工、隧道施工、地質勘察以及護坡防滲施工等領域具有非常廣泛的適應性。多功能鉆機的面世，真正意義的實現(xiàn)了國內基礎工程的的施工自動化、施工安全化、施工高效率高質量化。

多功能鉆機的液壓：

多功能鉆機液壓基本組成部分：動力頭旋轉，動力頭沖擊，動力頭加壓。多功能鉆機輔助液壓部分：行走系統(tǒng)，定位系統(tǒng)，裝卸鉆桿系統(tǒng)，卷揚系統(tǒng)等。這些相信大家都非常熟悉。具體每個組成部分的設計細節(jié)不談，今天談談系統(tǒng)本身。

國內-多功能鉆機的前身---普通錨桿鉆機普遍液壓系統(tǒng)都是用的zui基礎的液壓系統(tǒng)。國外--幾乎全都是*節(jié)能的負載敏感系統(tǒng)（筆者目前看到的全是），基本是負載敏感+恒功率+壓力切斷的組合，而且恒功率的越權控制慢慢的在國外開始使用普及。

*的東西替代的舊的東西這是歷史的必然趨勢。下面我們看看LS系統(tǒng)：

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為什么用LS控制:

1，LS系統(tǒng)節(jié)能*

經(jīng)多數(shù)實例對比，該系統(tǒng)發(fā)熱少，穩(wěn)定性高，較常規(guī)系統(tǒng)節(jié)約10~15%的能量。是當今世界zui節(jié)能的系統(tǒng)之一，這也是筆者*LS系統(tǒng)的主要原因之一，從節(jié)能上來說，LS超越正負流量。大家都看到了，挖機以前是負流量的天下，現(xiàn)在有很大一片變成LS控制了。LS系統(tǒng)的節(jié)能體現(xiàn)在兩個方面：一是流量節(jié)能：它按需供流。二是壓力節(jié)能：它無溢流損失。當然復合動作負載壓力相差大的話，那肯定不管什么系統(tǒng)都不節(jié)能了。

2，LS系統(tǒng)可以不設調速閥，而精準控制每個負載的速度。

多功能鉆機由于動作繁多，勢必油缸多，那么我們?yōu)榱四軌蜻_到zui舒適的操縱度，對速度的要求就非常重要了，該快的得快，該慢的得慢。這樣如果按普通系統(tǒng)加調速閥那就變繁瑣了，而且節(jié)流損失和節(jié)流發(fā)熱是很嚴重的，LS系統(tǒng)就不存在這個問題，而且LS系統(tǒng)具有高集成性，整個管路會簡潔很多。關于LS具體的節(jié)能原理推論，稍麻煩，此文略，筆者會在一篇專業(yè)的LS系統(tǒng)論題中論證。

3，LS和LUDV的對比

LS和LUDV是比較有爭議的話題，筆者也有過不少研究，今天說說自己的看法：LS負載敏感系統(tǒng)是閥前補償系統(tǒng)，LUDV是閥后補償系統(tǒng)，不過千萬不要認為閥后補償?shù)木褪?/span>LUDV系統(tǒng)，這個的關鍵還得看閥后補償?shù)难a償閥形式。如下圖，是LS系統(tǒng)，如果把下圖中的補償閥放到節(jié)流口后面，這叫LUDV嗎？當然不是，把減壓補償閥放到節(jié)流口后的閥后補償形式和閥前補償是一樣的。沒有實際含義。并沒有LUDV的抗流量飽和特性的。注意LUDV的補償閥是不用帶彈簧了，LUDV補償閥補償?shù)氖秦撦d之間的壓力差。明白這個了其實就非常好理解了。

所以如果在系統(tǒng)流量足夠的情況下，LS系統(tǒng)*擁有LUDV的全部功能，亦能實現(xiàn)了真正流量的按比例分配，實現(xiàn)了液壓泵按負載需求供應流量，實現(xiàn)了負載速度無級控制。

為什么用恒功率控制？

如下圖，是力士樂A11VO泵，恒功率機構就是由筆者標注的那幾個組成。跟斜盤連在一起的兩個油缸下面是變量油缸，上面是復位油缸（未標注了）機械式恒功率的原理就是圖中標注那幾個件組成的，當壓力升高到一定時，壓力油P頂起圖中的小活塞，小活塞然后再作用力在那個搖桿拐臂上。所以當壓力上升時，小活塞推動搖桿，搖桿再推動變量控制閥，那么控制閥打開了，油液通過控制閥再到變量油缸，驅動變量油缸變量的同時，復位油缸也跟著一起移動，復位油缸跟著移動的同時帶動了小活塞一起移動（小活塞機構是和復位油缸連接在一起的--大家可以拆一個泵看看）帶動小活塞移動就產(chǎn)生了一個現(xiàn)象：a臂變小了。由于力學原理F1xa=F2xb （ab就是搖桿力臂長度），a臂變小了，則勢必F2跟著變小，也就是變位閥要回位了。恒功率保持。這就是恒功率的一個工作過程。說白了，恒功率是一個力平衡機構。當然現(xiàn)在很多廠家的泵用雙彈簧機構來模擬恒功率曲線，不過畢竟是模擬，肯定是沒有這個好的，（雙彈簧機構此處不介紹）。

說到這里，大家都知道為什么要用恒功率了，就是壓力高的時候把泵排量降低，防止發(fā)動機熄火的一個機構。有了恒功率泵，在設備實際施工過程中，不管操作手把發(fā)動機轉速調到多大，都避免了熄火的出現(xiàn)。當然如果你的系統(tǒng)功率*足夠甚至超出很多，那是*不需要恒功率的。別浪費錢。

為什么用越權控制？

恒功率的搭配越權控制的，國內確實用的少，筆者目前沒有在國內多功能鉆機中看到。

越權控制主要分三種：高壓越權，先導壓力越權和電比例越權，多功能鉆機中主要用到高壓越權。其實越權機構并不復雜，就是在恒功率的彈簧機構上增加了一個類似活塞的機構：看圖--右邊那一小截就是了。

通過活塞的油壓來控制恒功率彈簧值得變化。大家知道，多功能鉆機就是動力頭旋轉+桅桿加壓+動力頭沖擊三個復合動作，所以越權在在多功能鉆機的應用主要,表現(xiàn)在兩種方式：1，在沖擊不使用的時候，將沖擊的功率留給動力頭旋轉，讓動力頭流量或壓力升高。2，在需要使用沖擊的時候，將動力頭轉速或壓力給自動降低。有了這種越權方式，就等于有了個借功率器。

說通俗點，假設發(fā)動機選了個100KW的，動力旋轉設計為50KW，加壓設計為30KW，則還有20KW余量，如果我們的沖擊需要功率為40KW，那么也就是說少了20KW，怎么辦，在不換系統(tǒng)、不換發(fā)動機的情況下，我們就用越權控制，讓系統(tǒng)在使用沖擊的時候，把另外的需要的20KW從動力頭旋轉借過來，讓動力頭轉慢點，因為需要沖擊的都是硬層了，動力頭轉速慢點無所謂，這樣越權就做了借功率為自己用了。相反的如果沖擊不用的時候，我又可以把功率全部留給動力頭，讓動力頭在打軟土的時候速度更快，這樣效率就更高了。

多功能鉆機的結構：

結構基本組成：下車行走，上車平臺，動力頭旋轉，動力頭沖擊，動力頭加壓，行走系統(tǒng)，定位系統(tǒng)，裝卸鉆桿系統(tǒng)，卷揚系統(tǒng)，此處未做詳細標注了。

下面說幾點主要的：

1，定位的多角度性：

定位機構是多功能鉆機特殊的特點，它的多功能鉆機名就來源于其定位的廣泛自由性。所以多功能鉆機的定位結構無疑使多功能鉆機的重中之重了。下面筆者談談自己對定位機構的看法：

馬達定位式：有單馬達和雙馬達定位。

毫無疑問，說到定位靈活，馬達是*?？梢詫崿F(xiàn)無數(shù)360度正負循環(huán)。這是油缸不可能做到的。油缸的zui大理論變位角度不會超過180，而實際中由于要考慮油缸的制作工藝難度，現(xiàn)場的布置干涉等問題，普通結構的油缸變位角度基本在120度以內。

馬達的*回轉性用在鉆機上，不得不說是一個好設想，多功能鉆機的多功能之名就是來源于其角度的靈活多變性，而用馬達做回轉定位的缺陷之處也很直觀：1，它的360度*循環(huán)決定了操作手的技能要求，（目前的多功能鉆機不像挖機沒有規(guī)范的培訓，而且畢竟多功能鉆機的未來按目前看肯定是LS系統(tǒng)主流，不存在使用負流量系統(tǒng)情況下，培訓的含義也確實不大。）2，*的旋轉對液壓管路的布置加大了麻煩。

問題的解決方案是通過限位措施來控制。，不過筆者認為限位也不是太好的方法，考慮多功能鉆機的施工情況，工地惡劣，污染比較嚴重，用接近開關一是不好安裝，二是在工地容易遭受破壞。 在結構安裝允許的情況下，安裝行程開關應是的解決方案。

油缸定位式：

油缸雖沒有馬達的*靈活性，可勝在其定位精準方便。

而且，zui關鍵的是，油缸結構可達到的角度和其所在的機構特點有著莫大的關系，所以只要把油缸所在結構設計好了，大的角度*不成問題，絕不失其名--多功能鉆機。

以前的老式結構和功能單一版鉆機此處略。直接上國內外目前主流的多功能鉆機：

第1種大臂和桅桿通過一個回轉過渡件連接。如圖中框選的區(qū)域。這個過渡件目前有兩種做法：一是直接中間開孔，通過軸與桅桿連接起來，構成一個鉸軸轉動。二是，桅桿和過渡件之間采用一個軸承式回轉盤連接。前面一種便宜，后面一種貴，但是一分錢一分貨是沒錯的?；剞D副的連接穩(wěn)定性比鉸軸的要好，施工的穩(wěn)定性和效率肯定要高于鉸軸。（多功能鉆機的穩(wěn)定與否很大一部分影響機子的施工效率。）

總結：這種形式的結構中間過渡件少，穩(wěn)定。但是機子可達到的角度有限。

這是多功能鉆機較早期的結構了，目前也是zui多廠家在使用的結構。

第2種，從圖中可以看到，中間過渡節(jié)有兩個，一大一小，由于采用了兩個過渡節(jié)，所以要想施工穩(wěn)定的話，此處對機加工精度要求就高些。保證了機加工精度的情況下，兩個過渡節(jié)的采用，使得該機子真正的多功能了。筆者對這些機構進行過3D仿真，這是一款可達到極限角度非常之大的結構。

第3種，如下圖，此結構也是中間兩個過渡節(jié)，*比較明顯的區(qū)別大家看到的是哪個藍色圓圈內的機構，這是一個平面四連桿機構，用該機構配合油缸使用的好處是可以用小行程的油缸獲取大角度，并且避開干涉。這種結構非常輕易的可以使外負載轉動140度以上。且油缸行程需求非常之短，所以油缸布局起來非常簡便，這是這個結構zui值得可取的。

總結：此結構和上面那種結構都是兩個過渡節(jié)，屬于同類型，細節(jié)部分不同，導致他們各自多能達到的極限角度略有不同，趨向于不同的施工。

第4種，如下圖：這同樣是兩個中間過渡節(jié)，所以依然可以劃算成上面那一大類。*不同的也就是結構的細節(jié)處理不同，大家可以看到在這個地錨的施工狀態(tài)下他們的過渡節(jié)角度是不同的。上兩種是豎直的，這種是帶32度角度的。往大的方向看其實都是一樣的，只要力臂長度沒變，中間過渡的角度都不會產(chǎn)生太多影響。這種s結構的設置其實也是為了滿足一些特殊角度而定義的。

總結：這3種結構原理相同，細節(jié)不同，所達到的極限角度有不同。筆者仿真每一種結構極限角度作的比較只能說是各有千秋。

至于機子的穩(wěn)定性，則要看設計的重心何在。機子是否穩(wěn)定，加工質量是一點，設備重量是一點，還一點就是重心在各種極限角度下的位置了，這應該是重中之中了。

第5種，大三角支撐結構，由于其大三角的穩(wěn)定性，該結構常見于大噸位的多功能鉆機，主要用于打微樁和錨固工作。

第6種，挖機改造型，如下圖：挖機是土方機械用應用的設備，實際中經(jīng)常可見挖機的挖斗直接拆卸后換上破碎錘后進行破碎工作，在國外，亦有很多廠家開始將挖機應用在樁工領域。通破碎錘一樣的原理，就是將挖斗換成了桅桿，然后將相應的液壓系統(tǒng)進行一些變動。這種設備的好處是：靈活多變，通常情況下做挖機，特殊情況下做樁機。而且，如果將桅桿與挖機連接處多增加一個回轉過渡節(jié)，配合上挖機本身的360全回轉特性，這動作基本完*趕得上專業(yè)的多功能鉆機。 當然其缺點也無法避免：由于挖機的結構特性，挖機的動臂都很長，動臂的長度也決定了打垂直錨固的時候力臂的長度。力臂過長，對于小挖來說，重量就不夠了。但是大點的挖機穩(wěn)定性沒問題。

2，底盤：

基本廠家都自己做，質量基本都沒打問題。接地比壓大點，配合上整機極限動作，zui大角度處的抗傾覆力矩大于傾覆力矩就好了。行走速度大于1.5比較合適。

3，發(fā)動機：

主流是康明斯和道依茨。畢竟*，服務擺在那里。功率上都差不多。

4，動力頭：歐鉆，克虜伯。國產(chǎn)。

沖擊系統(tǒng)是國內的軟肋。加工制造不行。曾經(jīng)有人說拆了一臺，后來裝不上去了。換向閥是液壓沖擊器的重要部件，換向閥的換向原理就是利用兩端的面積差和壓力差來作往復運動，耦合活塞的運動，形成沖擊器的整個過程。換向閥是液壓沖擊器的重要組成部分，換向閥閥芯的運動速度和運動時間直接控制活塞運動的頻率.要求對性能指標進行驗算，包括壓力損失、見泄漏量、換向時間和壓力沖擊等。限于篇幅，具體省略。

不過有傳聞歐鉆的新型沖擊動力頭即將面世，動力頭沖擊的原理*轉變，筆者也很期待。

5，推拉裝置：

兩種形式，馬達和油缸。這個已經(jīng)不稀奇了。目前情況是哪家企業(yè)用的是哪種結構就一定會鼓吹這種結構比那種結構好，這也是可以理解的。不過筆者認為兩者各有好處。馬達結構更見簡介方便，維修更換也方便。油缸結構價格稍便宜，但是鏈輪多，安裝復雜，可以實現(xiàn)拉力大于加壓力，這確實比較符合實際施工對力的要求。不過話說回來，馬達結構也*可以做到，只需要在加壓端增設溢流閥而已。

而且馬達結構還有個好處，如果哪天想增加動力頭推拉行程，不需要更換馬達，而油缸那就必須得更換了。

6，夾持系統(tǒng)：

以前國內普遍用單夾，但是現(xiàn)在雙夾和三夾(主要見于雙動力頭設備)，和可推移夾都已經(jīng)在市面上應用了。

夾持器的外形種類各有千秋。但是基本原理都一樣，其中一個夾住鉆桿，另外一個進行翻轉拆卸鉆桿，夾持器的夾持力計算是個重點。夾持力的zui終大小要根據(jù)機型的大小，確定一個zui大的鉆進深度，zui大的鉆桿直徑，由此來計算出克服鉆具自重所需的夾持力F1；然后再聯(lián)合動力頭的扭矩大小計算出夾持器克服動力頭扭力大小所需要的夾持器力F2。zui后計算出同時克服F1和F2的夾持力，就是我們需要的了。(計算過程省略)

多功能鉆機電控：

由于目前對多功能鉆機的要求并沒有旋挖鉆機那么高，所以沒有了各種傳感器的增設多功能鉆機的電控則相對比較簡單了，只做基本的輔助控制。CAN總線技術和PLC技術讓現(xiàn)在的電路也變得簡單明了很多。工程機械的電路組成基本都是電源電路，啟動電路,熄火電路和其他控制輔助電路。

由于時間精力有限，所做論題大多未盡詳細，文中或有遺漏和疏忽的地方，望大家理解。

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