旋挖钻机功率控制与匹配技术研究

旋挖钻机功率控制与匹配技术研究

黄建林

中国船舶集团有限公司第七一一研究所201600

摘要：在建筑工程现代化发展进程中，旋挖钻机发挥了至关重要的作用，为保证施工质量和效率，需要采取科学、有效的技术手段，对旋挖钻机的功率进行控制，确保其运行状态符合建筑施工的要求。本文简要分析了旋挖钻机功率控制系统的运行原理后，重点阐述了功率匹配技术的应用要点，旨在降低旋挖钻机操作的油耗，提高发动机功率的总体利用效率，将能耗控制在最小范围内，以期为相关人员提供参考和借鉴。

关键词：旋挖钻机；功率控制；匹配技术

引言：旋挖钻机是一种施工机械，在建筑工程中得到了广泛的应用，其主要是通过钻杆驱动钻头进行旋转切削掘进，再将钻斗提高至成孔灌注桩的孔外将土卸除。在垂直桩与斜桩的钻孔施工中，旋挖钻机具有突出的作用和价值，但不合理的操作方法和控制方式，会加大对发动机功率的消耗，导致施工作业能耗较大。针对这种情况，需要基于旋挖钻机功率控制系统的运行特点，利用行之有效的匹配技术，实现对功率的有效控制，强化机械设备的整体性能。

1旋挖钻机功率控制系统简析

旋挖钻机功率控制系统在运行过程中，主要受发动机以及液压泵等装置控制，其构成元素，如图1所示。

图 1 旋挖钻机功率控制系统

旋挖钻机在运行期间，会受到负载的影响，在负载较大的情况下，会直接影响到发动机的正常运行，引发一系列问题，如掉速、熄火等。为解决相关问题，控制发动机的掉速情况，技术人员通常选择两种方式减小掉速，一种是将小功率的发动机进行替换，加大发动机的功率，另一种是应用极限荷载控制技术，保证发动机的稳定运行。这两种技术拥有一定的优势特征，但也存在较大的局限性，如发动机功率的利用率过低，对能源的消耗过大等。针对这种情况，需要以现有的技术手段的基础，开发出一种功率控制与匹配系统，弥补传统技术存在的不足和漏洞，为旋挖钻机的安全稳定运行，提供有力的技术支持[1]。

2旋挖钻机功率控制与匹配技术应用要点

2.1液压泵输入扭矩

在开发旋挖钻机功率控制与匹配系统的过程中，要重视液压泵输入扭矩的设计工作，为功率匹配计算作业的顺利实施，提供可靠的数据保障。不同档位对应的转速不同，因此，液压泵最小和最大输入扭矩要根据发动机实际转速而定。这就需要以发动机的运行原理为导向，设计扭矩转速特性曲线与扭矩储备参数，同时，还要获取到液压泵的工作压力，在此基础上，设计流量曲线。通过对曲线图的深层次分析和研究，计算出在不同档位相对应的转速下，液压泵的最大输入扭矩。再结合相关数据信息，将发动机输出扭矩与液压泵输入扭矩有机结合到一起，形成拟合曲线（见图2）。

图 2 发动机液压泵转速扭矩拟合曲线示意图

发动机的转速不同，旋挖钻机的档位也应有所不同，在设计档位的过程中，可从以下几方面入手：

①按照发动机的转速特性曲线共设计10个档位，在不同的档位下，发动机的功率存在一定的差异性，为实现对功率的动态化控制，将发动机的扭矩储存因数划分为三个层次。

②1-5挡属于低档位，在这种情况下，旋挖钻机的运行状态为行走，因此负载较小，无需太大的扭矩输出，为提高能源的利用效益，减少油量，在设置扭矩储备因数的过程中，至少要＞3。

③6-8档属于中档位，旋挖钻机正常运行，面临的施工环境较好，对扭矩输出有一定的要求，考虑到省油等多方面因素，应将扭矩储备因素控制在0.1-0.2以内。

④9-10档属于高档位，这时钻挖钻机面对的施工环境较为恶劣，对扭矩输出提出了高要求，在设置扭矩储备因素的过程中，可不考虑油耗情况，将因数控制在0.05-0.1以内。

2.2液压泵扣除功率

    大型旋挖钻机在运行过程中，需要辅助液压泵支持其稳定运行，在复合动作作业过程中，主液压泵与辅助液压泵处于同步运行的状态，在这种状态下，发动机扭矩在输出过程中，容易出现储备不足的问题。对此，要采取功率扣除技术提高辅助液压泵的性能。在实际操作中，要对辅助液压泵的工作压力进行科学合理的划分，不同压力的区间需要扣除的功率也会有所不同，利用有针对性的扣除方法，扣除各压力区间中的功率后，能够实现对辅助液压泵功率输出的合理控制[2]。

2.3液压泵控制电流

在开展液压泵控制电流的设计作业时，需要从三方面出发，分别是电流起始参数、电流延时值以及电流加载步频参数，通过对这三个参数的合理设定，控制液压泵输入扭矩的运行模式。通常情况下，主要有两种运行状态，一种是液压泵输入扭矩在发动机扭矩输出前工作，另一种是在输出后工作。这两种运行模式都存在相应的利弊。对此，要对液压泵输入扭矩与发动机输出扭矩进行综合计算设计，通过对各个参数的优化改良，促使输入扭矩和输出扭矩达成最佳匹配的目标。

2.4 负载和主泵之间的功率精细化控制

本文通过研究操作手柄的量程、阀的开度和阀芯通流量之间的变化关系，并通过实际负载压力与阀芯通流量获取当前负载所需的实时功率，并与当前主泵可以提供的最大功率进行比较；当负载所需功率大于主泵提供功率，以主泵提供功率为主；当负载所需功率小于主泵提供功率，以负载所需功率为主；二者取小值，确定最终的主泵电流功率电流值。此方式满足了主泵功率的按需输出，实现负载和主泵之间的功率精细化控制。

结论：综上所述，随着科学技术的不断发展，旋挖钻机功率控制与匹配技术，在建筑工程的施工中得到了有效的应用，这种技术不仅能够保证旋挖钻机的作业效率，还能够缓解发动机掉速过快的问题，降低熄火等不良现象的发生概率，同时降低发动机的油耗，促进工程施工质量和效率。

参考文献：

[1]刘方,张武林,王安仓,等.旋挖钻机功率控制与匹配技术[J].机械制造,2022,60(03):5-6+9.

[2]张志政.基于功率谱密度的旋挖钻机桅杆振动疲劳寿命研究[D].长安大学,2021.

作者简介:黄建林（1989年10月）性别:男、民族:汉、籍贯:江苏省南通市，职称：电气工程师，学历：本科 ，研究方向：电气控制方向。