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旋挖鉆機發動機多模式控制技術研究

來源:華盛論文網 發表時間:2021-10-08 08:43 隸屬于:工業論文 瀏覽次數:

摘要 近些年來,隨著樁工行業的高速發展,我國旋挖鉆機取得了較快發展,產品型譜和施工工法比較齊全,但隨著施工需求提高、產品竟品的激烈,用戶對主機效率和工作油耗要求越來越高

  近些年來,隨著樁工行業的高速發展,我國旋挖鉆機取得了較快發展,產品型譜和施工工法比較齊全,但隨著施工需求提高、產品竟品的激烈,用戶對主機效率和工作油耗要求越來越高,提高主機效率、降低燃油成本成為主機廠追求的目標。本文結合旋挖鉆機施工工況,對發動機和液壓泵的匹配進行理論和試驗研究。

旋挖鉆機發動機多模式控制技術研究

  1 、旋挖鉆機工況分析

  旋挖鉆機是一種用于建筑基礎工程中混凝土灌注樁施工的成孔作業機械。它廣泛應用于市政建設、鐵路、公路、橋梁和高層建筑等基礎施工工程,配合不同的鉆具可以實現在多種地層中的成孔施工作業。旋挖鉆機由機、電、液、柴等多個系統組成,執行動作有十余種,旋挖鉆機幾乎是全天持續作業,工作時間長。旋挖鉆機主要作業流程為主卷揚下放放鉆,加壓缸進給加壓,動力頭旋轉鉆進取土,主卷揚起升提鉆,回轉卸土,回轉復位等。動力頭旋轉和主卷揚提放使用最頻繁,功率消耗最大,通常會達到發動機的最大功率輸出。

  1.1 、不同地層施工發動機工況分析

  不同地層與不同樁深、孔徑,施工工況差異較大:以土層為主的中小孔施工,非常注重施工效率,動力頭鉆進取土快,負荷大,鉆桿提放頻繁,速度高,負荷大。發動機工作速轉高,主機動作快,要求發動機有較好的抗載性能;以巖層為代表的中大型孔施工,動力頭鉆進時間長,負荷中等,主卷揚使用不頻繁,但負荷較大,發動機工作轉速不高,動作較平穩。主機在固定載荷下工作時間長,要求發動機長時間工作平穩可靠。

  1.2 、不同機型旋挖鉆機發動機負荷率評估

  旋挖鉆機施工操控流程:主卷揚下放鉆桿,動力頭旋轉鉆進取土,主卷揚起升提鉆桿,回轉倒土與關斗門,復位。其中主卷揚提放鉆桿,動力頭旋轉鉆進為最主要的兩個執行動作,工作時間長,功率消耗大。回轉倒土和加壓占用時間短,負荷也較小,機型不同,地層不同,旋挖鉆機一個工作循環的各動作負荷和時長占比會有一定的差異,針對某品牌旋挖鉆機在實際施工中各個動作的負荷率數據,統計出發動機的平均負荷率,如表1。

  小型噸位旋挖鉆機以小孔,土層,房建樁施工為主,更加注重工作效率,動作速度高,工作負荷大;中大噸位旋挖鉆機注重效率的同時兼顧能力,動作相對平穩,負荷中等。某品牌280(中型)旋挖鉆機在強風化地層工作兩小時,發動機負荷情況記錄,如圖1。

  圖中可以看出,發動機大集中在1700r/min轉速下工作,扭矩集中在1100N·m,此轉速點的最大扭矩為1650N·m,得出發動機負荷率約為67%,負荷中等。

  2 、旋挖鉆機主機多模式控制研究分析

  泵與發動機功率匹配的基本目標為:在各個轉速點下,泵的吸收扭矩都接近,不超過發動機扭矩,主泵扭矩低于或高于發動機扭矩外特性曲線扭矩會影響主機工作。然而當泵和發動機的匹配點偏離最小燃油消耗率點,會增加燃油消耗。結合發動機扭矩特性曲線和液壓泵最大可利用的功率確定主泵功率,按發動機最大扭矩和最大功率兩種工況匹配。在發動機最大扭矩點匹配主泵的功率能夠最大限度地發揮發動機功率,此匹配點下匹配的主泵動力性最強。主泵的功率利用率一般不低于發動機最大輸出功率的85%,特定轉速或特殊工況主泵功率超出部分由極限功率控制來實現。旋挖鉆機動作大多為主泵單動作,建議在泵與發動機功率匹配時,以主泵和發動機匹配為主,在特殊工況中再考慮副泵的功率消耗。

  本文針對旋挖鉆機的工作特性,發動機的工作特性根據發動機萬有特性曲線及主泵功率曲線匹配四種最佳作業模式:高效模式、標準模式、節能載模式、輕載模式。(1)高效模式,即重負荷鉆進模式,轉速最高,功率最大,適合土層或強風化地層施工;(2)標準模式,標準作業模式,兼顧效率及油耗,適合大部分地層施工;(3)節能載模式,普通作業模式,效率適中,最節能,適合地層不太堅硬的中小孔施工;(4)輕載模式,輕載作業模式,適合行走,輔助作業工況。

  同時,四種工作模式可以集成自動怠速功能,在液壓系統中增加壓力傳感器,時時檢測系統壓力信號,當識別一段時間沒有動作,傳感器發送信號至控制器,發動機轉速將在3-5秒(系統設定參數)后自動降低到最低設定轉速(通常為怠機轉速),當操作手柄有動作,柴油機油門立即從怠速位置返回到發動機特定油門位置。

  旋挖鉆機工作的場合千變萬化,液壓功率隨作業需求的變化而改變。以最小的功率需求匹配泵和發動機,可以達到最小的燃油消耗,但要犧牲速度。如果對每一種功率需求,都通過油門和泵的限制功率來設定泵、發動機工作點,使工作點始終位于最佳經濟油耗曲線上,兼顧節能和工作速度,往往會得到比較理想的效果。

  參考文獻

  [1]張啟君國內外旋挖鉆機發展現狀與結構特點分析[J]建設機械技術與管理, 2006, 19(4):47-52.

  [2]黎中銀旋挖鉆機在我國的發展[].工程機械與維修, 2004,5(5):85.

  [3]王轉來,朱浩月,蔡祖戈,劉志剛波動負載條件下旋挖鉆機動力頭多模式控制技術研究[J].工程機械, 2019-02-10.

  《旋挖鉆機發動機多模式控制技術研究》來源:《內燃機與配件》,作者:王轉來; 馬滔; 盛積成; 張立彬; 楊錫順

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聲明:《旋挖鉆機發動機多模式控制技術研究》
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