旋挖钻机动力头最大输出扭矩测量方法的探讨

旋挖钻机动力头最大输出扭矩测量方法的探讨

杜建刚

（ 山东省工程机械产品质量检测中心 济南 250100 ）

 

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔工作的施工机械，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、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。

旋挖钻机由于采用动力头装置，动力头的给进力加上钻杆的重量，钻进动力强。动力头有液压驱动、电机驱动、发动机驱动，无论何种都具有低速钻进，反转高速甩土功能。目前大都采用液压驱动，有双变量液压马达、双速减速机或低速大扭矩液压马达驱动。电机驱动一般采用特制的恒功率双速电机、力矩大、过载能力强。

作为衡量旋挖钻机主要技术指标之一的动力头最大输出扭矩，由于输出扭矩值巨大，如山东福田重工股份有限公司生产的欧力牌FR6220型旋挖钻机的最大输出扭矩为220kN·m，其扭矩参数的精确测量一直是业界人士颇为头痛的一个问题，其测量方法国内尚未有统一的标准，下面所述内容即是针对旋挖钻机最大输出扭矩的测量方法进行的研究探讨。

扭矩的测量方法按其原理分为三类：扭轴法、平衡力法、电机参数法，考虑到旋挖钻机动力头最大输出扭矩值巨大，为方便于旋挖钻机现场测量，结合旋挖钻机动力头及桅杆的结构特点，提出采用平衡力法来进行测量。

平衡力法是在测量扭矩M作用的转轴上施加一个力臂L固定的力F，当两力矩平衡时测出力F，即可求得测力矩M＝F·L，因此平衡力法是把力矩测量转化为力的测量。旋挖钻机动力头最大输出扭矩的测量如下列方法Ⅰ、Ⅱ：

一．验方法Ⅰ，直测法。如图1所示：

1）将压力传感器放置在动力头滑架内与扭杆相接触。

2）将扭杆与动力头相联结。

3）动力头驱动扭杆，缓慢加载，对压力传感器施加最大力F，测量出力臂L。

计算出力矩M＝F·L  即可作为旋挖钻机动力头最大输出扭矩。

采用直测法试验时应注意以下几点：

1）应充分考虑动力头滑架强度，以免试验时对动力头装置造成损坏。

2）扭杆的设计应满足动力头最大输出扭矩时的强度要求。

 

下面举例说明扭杆的设计计算：

以福田FR220旋挖钻机为例，其最大输出扭矩为220 kN·m。测量时扭杆选0.235钢材，其弹性模量E＝196～206GPa，抗拉强度[σ_b]=375～460MPa，扭杆选用矩形截面，抗弯截面模数W=hb²/b（㎝³），L＝850，ΦD=620, 最大扭矩M＝220 kN·m时F＝260kN。

扭杆受力简图及分析如图2所示：

弯曲危险截面为B点，M_max=140 kN·m

根据σ＝ ，

得出：hb²≥

此例：hb²≥ 0.00224m³＝2240㎝³

 

 

 

                      扭杆尺寸h、b选择如下表：

h	b
6	19.32
8	16.73
10	14.97
13.08	13.08

 

二．试验方法Ⅱ，比例法。试验装置仍以图1所示。

如果动力头滑架强度不足以允许采用第一种试验方法，则可尝试采用比例法。该法是在设定动力头液压主泵流量为零时最大工作压力与其最大输出扭矩成正比的基础上结合直测法进行试验。试验步骤与方法Ⅰ直测法基本相同，不同之处在于：

1）首先测量出将动力头液压主泵最大额定工作压力p及扭杆力臂L。

2）试验加载时，调整动力头液压主泵最大工作压力3~5次（由小到大，压力应远小于额定工作压力），第增加载，测量记录每次调整加载时的动力头液压系统的最大工作压力值和其对应的拉压传感器显示力值。

3）求出动力头液压系统的最大工作压力值和拉压传感器显示力值的比例因子β，并取其平均值。

4）动力头液压主泵最大额定工作压力p，对应的扭杆承受的压力F=β· p。

计算出力矩M＝F·L  即可作为旋挖钻机动力头最大输出扭矩。

三．直测法和比例法测量旋挖钻机动力头最大输出力扭矩的优点：

1）由于两种方法的力臂作用点均在动力头滑架内，动力头输出扭矩与力臂作用力形成的力矩构成动力头装置的系统内力，因此可有效避免了外力测量所引起的各种危险。 

2）两种方法均简单、方便。直测法，测量精度高，但因扭杆作用与动力头滑架的力值巨大，易造成动力头装置损坏；比例法，由于测量时动力头最大工作压力选择较低，因此比较安全，但测量精度稍差。

3）此两种方法均便于现场整机测量，可以基本解决旋挖钻机动力头最大输出扭矩的试验测量问题。

 

 

                                   2006年5月18日星期