CN102706553A - 测量方法、测量装置和旋挖钻机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种测量方法，用于测量旋挖钻机动力头的载荷谱，所述动力头的驱动装置包括马达和减速机，所述测量方法包括：步骤102，在所述动力头处于静态时，使用应变传感器测量所述减速机的机座的应变以及使用扭矩传感器测与该应变相应的所述动力头的扭矩，获得所述动力头的扭矩与所述机座应变之间的函数关系；步骤104，在所述动力头处于工作状态时，使用应变传感器实时测量所述减速机座的应变，根据得到的所述函数关系获得所述动力头的实时扭矩，从而获得所述动力头的载荷谱。本发明还提供了一种测量装置和一种旋挖钻机。通过本发明，能够准确地测量旋挖钻机动力头的载荷谱。

Description

测量方法、测量装置和旋挖钻机
技术领域
本发明涉及旋挖钻机领域，具体而言，涉及一种测量方法、一种测量装置和一种旋挖钻机。
背景技术
动力头是旋挖钻机的关键部件，也是最主要的执行机构，其动态特性直接造成动臂、桅杆、减速箱、钻杆等关重结构件的开裂故障，所以动力头的载荷是旋挖钻机整机载荷最重要的部分，也是进行疲劳设计、试验的必要条件，而且液压、电气系统的改进同样需要外部载荷特征。所以对动力头载荷进行动态测试及分析非常必要、紧迫以及意义重大。
动力头的载荷主要表现在输出扭矩上，但是动力头扭矩过大，在动态情况下传统的扭矩传感器无法对其进行测量。
因此，如何能够准确地测量旋挖钻机动力头的载荷谱，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种测量方法，用于旋挖钻机动力头载荷谱的测量，能够准确地测量旋挖钻机动力头的载荷谱。
有鉴于此，本发明提供了一种测量方法，用于旋挖钻机动力头载荷谱的测量，所述动力头的驱动装置包括马达和减速机，所述测量方法包括：步骤102在所述动力头处于静态时，使用应变传感器测量所述减速机的机座的应变以及使用扭矩传感器测与该应变相应的所述动力头的扭矩，获得所述动力头的扭矩与所述机座应变之间的函数关系；步骤104，在所述动力头处于工作状态时，使用应变传感器实时测量所述减速机座的应变，根据得到的所述函数关系获得所述动力头的实时扭矩，从而获得所述动力头的载荷谱。
本发明中的用于测量动力头载荷谱的测试方法，通过测量减速机的机座的应变检测地测量动力头的扭矩，有效地解决了相关技术中无法直接用扭矩传感器直接测量动力头动态扭矩的问题，从而实现了通过对动力头载荷谱的分析，为旋挖钻机动臂、桅杆、减速箱、钻杆等关重结构件的疲劳寿命设计、试验提供重要数据，为提高旋挖钻机的可靠性能，提出改进建议。
优选地，所述机座为圆柱体，所述应变传感器测量所述机座的应变时，测量所述机座沿与所述圆柱体轴线成45度的方向的应变。实践中通过有限元分析发现，机座沿与所述圆柱体轴线成45度的方向应变最大（约为70微应变），测量效果最佳。
优选地，对所述减速机采用全桥法接线，可以消除在旋挖钻机工作时由于振动造成的减速机机座收到弯矩、拉压力等的干扰，而且可以增加信噪比，使测量结构更加准确。
优选地，在所述动力头处于静态时，根据所述动力头的最大扭矩及相应的所述机座的应变获得所述函数关系。使用动力头所能达到的最大扭矩值进行标定，能够更好地保证实际数据与拟合直线的相关性，更好地保证测量精度。
优选地，所述马达为液压马达，在所述动力头处于静态时，分别设置所述液压马达的溢流压力为15MPa、20MPa、25MPa、30MPa，并分别测量与每个溢流压力相应的所述机座的应变和所述动力头的扭矩。
优选地，在所述动力头处于工作状态时，采集所述减速机座的应变，根据所述函数关系获得所述动力头的实时扭矩，并自动生成所述动力头的载荷谱。在该技术方案中，可以通过微处理器、计算机等装置完成从采集到的原始数据直接生成动力头载荷谱的过程，简单方便，效率更高，例如可以采用LMS便携式载荷谱采集仪进行采集和载荷谱的生成。
本发明还提供了一种测量装置，用于旋挖钻机动力头载荷谱的测量，所述动力头的驱动装置包括马达和减速机，所述测量装置包括：应变传感器，用于测量所述减速机的机座的应变；扭矩传感器，用于在所述旋挖钻机处于静态时测量所述机座的扭矩；处理器，根据所述机座的应变与所述动力头的输出扭矩之间的函数关系，以及所述应变传感器在所述动力头处于工作状态时测得的所述机座的实时应变，获得所述动力头处于工作状态时的实时输出扭矩。
在该技术方案中，通过在静态时应变传感器和扭矩传感器的配合可以获得扭矩与应变之间的函数关系，然后在旋挖钻机工作时处理器通过应变传感器采集减速机机座的应变并自动该函数关系得到动力头的输出扭矩，实现了通过测量减速机机座的应变简介测量动力头扭矩的目的。
优选地，所述处理器还用于，在所述动力头处于静态时，根据所述动力头的最大扭矩及相应的所述机座的应变获得所述函数关系。使用动力头所能达到的最大扭矩值进行标定，能够更好地保证实际数据与拟合直线的相关性，更好地保证测量精度。
优选地，所述处理器还用于，在所述动力头处于工作状态时，采集所述减速机座的应变，根据所述函数关系获得所述动力头的实时扭矩，并自动生成所述动力头的载荷谱，简单方便，效率更高。
综上所述，本发明通过测量减速机的机座的应变检测地测量动力头的扭矩，有效地解决了相关技术中无法直接用扭矩传感器直接测量动力头动态扭矩的问题，从而实现了通过对动力头载荷谱的分析，为旋挖钻机动臂、桅杆、减速箱、钻杆等关重结构件的疲劳寿命设计、试验提供重要数据，为提高旋挖钻机的可靠性能，提出改进建议；而且测量方法简便，精度高。
附图说明
图1是根据本发明实施例的测量方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的扭矩-应变拟合曲线图；
图3是根据本发明实施例的相对误差分布图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明中提供了一种测量方法，用于旋挖钻机动力头载荷谱的测量，所述动力头的驱动装置包括马达和减速机。
如图1所示，所述的测量方法具体包括：步骤102，在所述动力头处于静态时，使用应变传感器测量所述减速机的机座的应变以及使用扭矩传感器测与该应变相应的所述动力头的扭矩，获得所述动力头的扭矩与所述机座应变之间的函数关系；步骤104，在所述动力头处于工作状态时，使用应变传感器实时测量所述减速机座的应变，根据得到的所述函数关系获得所述动力头的实时扭矩，从而获得所述动力头的载荷谱。
本发明中的测试方法，通过测量减速机的机座的应变检测地测量动力头的扭矩，有效地解决了相关技术中无法直接用扭矩传感器直接测量动力头动态扭矩的问题，从而实现了通过对动力头载荷谱的分析，为旋挖钻机动臂、桅杆、减速箱、钻杆等关重结构件的疲劳寿命设计、试验提供重要数据，为提高旋挖钻机的可靠性能，提出改进建议。
优选地，所述机座为圆柱体，所述应变传感器测量所述机座的应变时，测量所述机座沿与所述圆柱体轴线成45度的方向的应变。实践中通过有限元分析发现，机座沿与所述圆柱体轴线成45度的方向应变最大（约为70微应变），测量效果最佳。
优选地，对所述减速机采用全桥法接线，可以消除在旋挖钻机工作时由于振动造成的减速机机座收到弯矩、拉压力等的干扰，而且可以增加信噪比，使测量结构更加准确。
优选地，在所述动力头处于静态时，根据所述动力头的最大扭矩及相应的所述机座的应变获得所述函数关系。使用动力头所能达到的最大扭矩值进行标定，能够更好地保证实际数据与拟合直线的相关性，更好地保证测量精度。
基于上述技术方案，例如在所述动力头处于静态时，分别设置所述动力托的液压马达的溢流压力为15MPa、20MPa、25MPa、30MPa，并分别测量与每个溢流压力相应的所述机座的应变和所述动力头的扭矩，得到如表1中所示的数据。
序号 应变(με) 扭矩(kNm)
  1   0.0   0.0
  2   46.0   169
  3   57.9   216
  4   69.0   255
  5   75.0   278
表1
采用最大扭矩进行标定，即采用溢流压力为30MPa时的扭矩278kNm，得到扭矩M与应变ε之间的关系式为：
M=3.7045ε-0.17，
其中，相关系数：R2=0.9999。
得到的扭矩与应变的拟合曲线如图2所示，相对误差分布如图3所示，可见动力头的扭矩与减速机机座的应变之间的线性关系非常好，相对误差小于1%。
另外，在实践中获取动力头的载荷谱时，可以在所述动力头处于工作状态时，采集所述减速机座的应变，根据所述函数关系获得所述动力头的实时扭矩，并自动生成所述动力头的载荷谱。在该技术方案中，可以通过微处理器、计算机等装置完成从采集到的原始数据直接生成动力头载荷谱的过程，简单方便，效率更高，例如可以采用LMS便携式载荷谱采集仪进行采集和载荷谱的生成。
本发明还提供了一种可以实现本发明中旋挖钻机动力头载荷谱的测量方法的测量装置，所述动力头的驱动装置包括马达和减速机，所述测量装置包括：应变传感器，用于测量所述减速机的机座的应变；扭矩传感器，用于在所述旋挖钻机处于静态时测量所述机座的扭矩；处理器，根据所述机座的应变与所述动力头的输出扭矩之间的函数关系，以及所述应变传感器在所述动力头处于工作状态时测得的所述机座的实时应变，获得所述动力头处于工作状态时的实时输出扭矩。
在该技术方案中，通过在静态时应变传感器和扭矩传感器的配合可以获得扭矩与应变之间的函数关系，然后在旋挖钻机工作时处理器通过应变传感器采集减速机机座的应变并自动该函数关系得到动力头的输出扭矩，实现了通过测量减速机机座的应变简介测量动力头扭矩的目的。
优选地，所述处理器还用于，在所述动力头处于静态时，根据所述动力头的最大扭矩及相应的所述机座的应变获得所述函数关系。使用动力头所能达到的最大扭矩值进行标定，能够更好地保证实际数据与拟合直线的相关性，更好地保证测量精度。
优选地，所述处理器还用于，在所述动力头处于工作状态时，采集所述减速机座的应变，根据所述函数关系获得所述动力头的实时扭矩，并自动生成所述动力头的载荷谱，简单方便，效率更高。
本发明还提供了一种旋挖钻机，包括上述技术方案中任一项所述的旋挖钻机动力头载荷谱的测量装置。
综上所述，本发明通过测量减速机的机座的应变检测地测量动力头的扭矩，有效地解决了相关技术中无法直接用扭矩传感器直接测量动力头动态扭矩的问题，从而实现了通过对动力头载荷谱的分析，为旋挖钻机动臂、桅杆、减速箱、钻杆等关重结构件的疲劳寿命设计、试验提供重要数据，为提高旋挖钻机的可靠性能，提出改进建议；而且测量方法简便，精度高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量方法，用于测量旋挖钻机动力头的载荷谱，所述动力头的驱动装置包括马达和减速机，其特征在于，所述测量方法包括：
步骤102，在所述动力头处于静态时，使用应变传感器测量所述减速机的机座的应变以及使用扭矩传感器测与该应变相应的所述动力头的扭矩，获得所述动力头的扭矩与所述机座应变之间的函数关系；
步骤104，在所述动力头处于工作状态时，使用应变传感器实时测量所述减速机座的应变，根据得到的所述函数关系获得所述动力头的实时扭矩，从而获得所述动力头的载荷谱。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述机座为圆柱体，所述应变传感器测量所述机座的应变时，测量所述机座沿与所述圆柱体轴线成45度的方向的应变。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，对所述减速机采用全桥法接线。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在所述动力头处于静态时，根据所述动力头的最大扭矩及相应的所述机座的应变获得所述函数关系。
5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述马达为液压马达，在所述动力头处于静态时，分别设置所述液压马达的溢流压力为15MPa、20MPa、25MPa、30MPa，并分别测量与每个溢流压力相应的所述机座的应变和所述动力头的扭矩。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量方法，其特征在于，在所述动力头处于工作状态时，采集所述减速机座的应变，根据所述函数关系获得所述动力头的实时扭矩，并自动生成所述动力头的载荷谱。
7.一种测量装置，用于测量旋挖钻机动力头的载荷谱，所述动力头的驱动装置包括马达和减速机，其特征在于，所述测量装置包括：
应变传感器，用于测量所述减速机的机座的应变；
扭矩传感器，用于在所述旋挖钻机处于静态时测量所述机座的扭矩；
处理器，根据所述机座的应变与所述动力头的输出扭矩之间的函数关系，以及所述应变传感器在所述动力头处于工作状态时测得的所述机座的实时应变，获得所述动力头处于工作状态时的实时输出扭矩。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述处理器还用于，在所述动力头处于静态时，根据所述动力头的最大扭矩及相应的所述机座的应变获得所述函数关系。
9.根据权利要求7或8所述的测量装置，其特征在于，所述处理器还用于，在所述动力头处于工作状态时，采集所述减速机座的应变，根据所述函数关系获得所述动力头的实时扭矩，并自动生成所述动力头的载荷谱。
10.一种旋挖钻机，其特征在于，包括如权利要求7至9中任一项所述的测量装置。
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