CN107543734A - 一种液压凿岩机性能的测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压凿岩机性能的测试系统，包括落锤、标定台架、应变计、测杆、温度传感器、第一压力传感器、泵站、AD板、第二压力传感器、推进缸、流量计、液压凿岩机、应变仪、波形存储分析仪、微机、打印机、岩石模拟装置和卧式台架，所述标定台架垂直设置在岩石上，所述落锤悬挂在标定台架的右侧，所述温度传感器、第一压力传感器、泵站、AD板、第二压力传感器、流量计、应变仪、波形存储分析仪、微机和打印机相互电性连接，所述推进缸、液压凿岩机和岩石模拟装置从左往右依次螺柱固定在卧式台架上，所述温度传感器、第一压力传感器、泵站和流量计与液压凿岩机并联；该系统提供了一套实际可操作的测量技术，可准确测定凿岩机的能量利用率。

Description

一种液压凿岩机性能的测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种液压凿岩机性能的测试系统及其测试方法。

背景技术

凿岩机，是用来直接开采石料的工具。它在岩层上钻凿出炮眼，以便放入炸药去炸开岩石，从而完成开采石料或其它石方工程，此外，凿岩机也可改作破坏器，用来破碎混凝土之类的坚硬层；凿岩机在国民经济发展中是有较重要的地位，是矿山、交通、水电、国防建设等工程凿岩爆破钻孔的必备设备，它的性能参数对施工效果影响十分明显，尤其是冲击能，它直接决定了施工效率。

凿岩机性能参数的检测方法已经纳入了IS02787国际标准和GB/T 5621国家标准，因此，需要研究一种能够直接测量液压凿岩机性能的测试系统。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种为使用者提供了一套实际可操作的测量技术，能够准确测定凿岩机的能量利用率的液压凿岩机性能的测试系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种液压凿岩机性能的测试系统，包括落锤、标定台架、应变计、测杆、温度传感器、第一压力传感器、泵站、AD板、第二压力传感器、推进缸、流量计、液压凿岩机、应变仪、波形存储分析仪、微机、打印机、岩石模拟装置和卧式台架，所述标定台架垂直设置在岩石上，并与岩石螺柱固定，所述落锤悬挂在标定台架的右侧，所述测杆设置在落锤下方，并位于岩石内部，所述温度传感器、第一压力传感器、泵站、AD板、第二压力传感器、流量计、应变仪、波形存储分析仪、微机和打印机相互电性连接，所述推进缸、液压凿岩机和岩石模拟装置从左往右依次螺柱固定在卧式台架上，所述温度传感器、第一压力传感器、泵站和流量计与液压凿岩机并联。

进一步的，所述测杆的上端设置有钎杆，使得落锤撞击钎杆后产生的能够以应力波的形式在钎杆上传递，所述钎杆插入测杆内，并与测杆焊接固定，并与落锤连接，在运行时能够消除多余振动，使得凿岩机接近钻井的工作状态，能够准确测定凿岩机的能量利用率。

进一步的，所述测杆内设置有吸能器，所述吸能器包裹钎杆插入测杆的部分，能够吸收传递给钎杆的应力波。

进一步的，所述应变计套在钎杆上，并与钎杆贴合固定，通过应力计能够通过应力波的大小测定冲击能量。

进一步的，所述温度传感器上设置有二次仪表，能够显示温度的数值。

进一步的，所述第一压力传感器上设置有二次仪表，能够显示压力的数值。

进一步的，所述第二传感器上设置有二次仪表，能够显示压力的数值。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种液压凿岩机性能的测试系统的测试方法，为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：包括以下步骤：

步骤1：试验系统的设置，其具体步骤为：A、开机按De1键进入COMS设置界面内设置COMS参数；B，在计算机内安装液压凿岩机性能参数测试系统软件；C、运行液压凿岩机性能参数测试系统软件，并进入软件主菜单内对参数设置、冲击能标定、AD参数设定、冲击能测试、扭矩仪测试、运行测试和实验报告进行操作；

步骤2：冲击性能参数测试，其具体步骤为：A、将应变计布置在距打击端130mm处，并将两个应变计串接后相对粘贴于测赶的侧面，在粘贴时，分别将两个应变计上的标记线对准待贴面上的定位线，用其背面的胶带纸将应变计固定在钎杆表面上，并从应变计的引线前部揭开胶带纸，直至应变计的底部，用药棉签蘸502胶水，迅速擦在应变计和测杆表面上。然后沿应变计的底部迅速再次将胶带纸粘在钎杆表面上，并挤压应变计1分钟，使得应变计与钎杆接触面内的气泡和胶水挤出，并与钎杆粘贴，最后用胶带纸缠绕应变计，然后放置在温度为40-50℃的红外线灯泡下烘烤1小时，直至通过万用表检测绝缘值大于200MΩ，最后撕开胶带纸，将应变计中的引线拉开并挂焊接锡，然后焊接过渡线，再焊接屏蔽线，最后将应变计和桥盒连接；B、将应变器使用通道的测试状态和标定状态开关置为测试状态，并在调节应变器打电桥平衡后打开电脑运行液压凿岩机性能参数测试系统软件，在软件内设置波形记录分析仪的参数，然后打开标定试验程序进入标定和输入落锤重量及落锤高度，最后将应变器置为标定状态，记录标定时应变器连接方式和应变器的放大倍数、频响和桥压；C、把吸能器从标定台架上移动至卧式试验台上并固定，按标定时的接线方式连接应变计和桥盒，应变计置于测试状态下时，按平衡旋钮调节电桥平衡，然后通过标定程序调入相应的标定系数，同时打开应立波测试程序，点击校零，等待测试，最后启动液压凿岩机，并在液压凿岩机运行至预定压力下的等压力、流量数值稳定时，点击测试，记录应力波形和测试数据，并在测试后及时停止液压凿岩机和关闭仪器仪表电源；

步骤3：回转性能参数测试，其具体步骤为：A、压力显示仪表箱信号模拟量输出端与扭矩仪模拟量输入口的连接，同时连接扭矩仪、压力温度仪表箱和控制器的电源；B、仪器仪表连线后，将液压凿岩机安装到测试台上，并在检查各传感器、仪器仪表连线后通电，在电脑中的液压凿岩机性能参数测试系统软件内根据转矩传感器检查扭矩仪中的各项参数，并设置扭矩仪的运行参数，开启转矩转速传感器顶部的电机，设置电机的旋转方向与液压凿岩机的旋向相反，并核准扭矩仪的扭矩为零，在调零后关闭电机，在液压凿岩机的转速低于600r/min时，再次启动电机，通过左旋控制器的电流调节旋钮至底部，将电流调至最小，然后由控制室启动液压凿岩机，并调节控制器的电流调节旋钮，增大电流，使得液压凿岩机由低压到高压运行一次后重新将扭矩仪调零，并在扭矩仪调零开始测试液压凿岩机，在液压凿岩机启动后，旋动控制器的电流调节旋钮来调节磁粉制动器的电流，使得液压凿岩机在设定的转速中运行，然后采样收集数据，并在测试后，先向左旋动控制器的电流调节旋钮至底，关闭电源，使得液压凿岩机停止运转，然后关闭压力、温度传感器的电源，最后进行数据处理。

本发明技术效果主要体现在以下方面：结合液压凿岩机性能的测试系统以及测试方法，能够为使用者提供了一套实际可操作的测量技术，通过标定台架能够标定落锤的种技能，通过吸能器能够吸收传递给钎杆的应力波，通过卧式试验台能够测定凿岩机冲击能，同时能够测出吸能状态下的冲击频率、钎杆中的最大应力、进油压力、回油压力、油温和流量，能够准确测定凿岩机的能量利用率。

附图说明

图1为本发明一种液压凿岩机性能的测试系统的示意图；

图2为本发明一种液压凿岩机性能的测试系统的落锤标定系统的示意图；

图3为本发明一种液压凿岩机性能的测试系统的标定应力波形的示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-3，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

如图1所示，一种液压凿岩机性能的测试系统，包括落锤1、标定台架2、应变计3、测杆4、温度传感器5、第一压力传感器6、泵站7、AD板8、第二压力传感器9、推进缸10、流量计11、液压凿岩机12、应变仪13、波形存储分析仪14、微机15、打印机16、岩石模拟装置17和卧式台架18，所述应变计3的型号为FT-0100，所述温度传感器5的型号为602F-3500F，所述第一压力传感器6、泵站7和第二压力传感器9的型号为PPM-S230A，所述推进缸10的型号为YSXW7，所述流量计11的型号为SR-CT15-V-B-B-6，所述液压凿岩机12的型号为YYT28，所述应变仪13的型号为YB-25，所述波形存储分析仪14的型号为CN61M/TK2012B，所述微机15的型号为WAW-600B，所述打印机16的型号为HP1108，所述标定台架2垂直设置在岩石上，并与岩石螺柱固定，所述落锤1悬挂在标定台架2的右侧，并通过钢丝贯穿落锤1悬挂在标定台架2上，方便落锤1在标定台架2上进行自由落体运动，所述测杆4设置在落锤1下方，并位于岩石内部，所述测杆4的上端设置有钎杆41，使得落锤1撞击钎杆41后产生的能够以应力波的形式在钎杆41上传递，所述钎杆41插入测杆4内，并与测杆4焊接固定，并与落锤1连接，在运行时能够消除多余振动，使得凿岩机接近钻井的工作状态，能够准确测定凿岩机的能量利用率，述测杆4内设置有吸能器(未图示)，所述吸能器的型号为NTCD-SB-ZY-002-045，所述吸能器包裹钎杆41插入测杆4的部分，能够吸收传递给钎杆41的应力波。所述温度传感器5、第一压力传感器6、泵站7、AD板8、第二压力传感器9、流量计11、应变仪13、波形存储分析仪14、微机15和打印机16相互电性连接，方便使用者操作液压凿岩机性能的测试系统，所述推进缸10、液压凿岩机12和岩石模拟装置17从左往右依次螺柱固定在卧式台架18上，通过卧式试验台能够测定凿岩机冲击能，同时能够测出吸能状态下的冲击频率，所述温度传感器5、第一压力传感器6、泵站7和流量计11与液压凿岩机12并联，能够测出吸能状态下的进油压力、回油压力、油温和流量。所述应变计3套在钎杆41上，并与钎杆41贴合固定，通过应力计3能够通过应力波的大小测定冲击能量。所述温度传感器5上设置有二次仪表51，能够显示温度的数值，所述第一压力传感器6上设置有二次仪表61，能够显示压力的数值，所述第二传感器9上设置有二次仪表91，能够显示压力的数值，在本实施例中，二次仪表的型号为AS8-U-230。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种液压凿岩机性能的测试系统的测试方法，为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：包括以下步骤：

步骤1：试验系统的设置，其具体步骤为：A、开机按De1键进入COMS设置界面内设置COMS参数；B，在计算机内安装液压凿岩机性能参数测试系统软件；C、运行液压凿岩机性能参数测试系统软件，并进入软件主菜单内对参数设置、冲击能标定、AD参数设定、冲击能测试、扭矩仪测试、运行测试和实验报告进行操作；

步骤2：冲击性能参数测试，其具体步骤为：A、将应变计布置在距打击端130mm处，并将两个应变计串接后相对粘贴于测赶的侧面，在粘贴时，分别将两个应变计上的标记线对准待贴面上的定位线，用其背面的胶带纸将应变计固定在钎杆表面上，并从应变计的引线前部揭开胶带纸，直至应变计的底部，用药棉签蘸502胶水，迅速擦在应变计和测杆表面上。然后沿应变计的底部迅速再次将胶带纸粘在钎杆表面上，并挤压应变计1分钟，使得应变计与钎杆接触面内的气泡和胶水挤出，并与钎杆粘贴，最后用胶带纸缠绕应变计，然后放置在温度为40-50℃的红外线灯泡下烘烤1小时，直至通过万用表检测绝缘值大于200MΩ，最后撕开胶带纸，将应变计中的引线拉开并挂焊接锡，然后焊接过渡线，再焊接屏蔽线，最后将应变计和桥盒连接；B、将应变器使用通道的测试状态和标定状态开关置为测试状态，并在调节应变器打电桥平衡后打开电脑运行液压凿岩机性能参数测试系统软件，在软件内设置波形记录分析仪的参数，然后打开标定试验程序进入标定和输入落锤重量及落锤高度，最后将应变器置为标定状态，记录标定时应变器连接方式和应变器的放大倍数、频响和桥压；C、把吸能器从标定台架上移动至卧式试验台上并固定，按标定时的接线方式连接应变计和桥盒，应变计置于测试状态下时，按平衡旋钮调节电桥平衡，然后通过标定程序调入相应的标定系数，同时打开应立波测试程序，点击校零，等待测试，最后启动液压凿岩机，并在液压凿岩机运行至预定压力下的等压力、流量数值稳定时，点击测试，记录应力波形和测试数据，并在测试后及时停止液压凿岩机和关闭仪器仪表电源；

步骤3：回转性能参数测试，其具体步骤为：A、压力显示仪表箱信号模拟量输出端与扭矩仪模拟量输入口的连接，同时连接扭矩仪、压力温度仪表箱和控制器的电源；B、仪器仪表连线后，将液压凿岩机安装到测试台上，并在检查各传感器、仪器仪表连线后通电，在电脑中的液压凿岩机性能参数测试系统软件内根据转矩传感器检查扭矩仪中的各项参数，并设置扭矩仪的运行参数，开启转矩转速传感器顶部的电机，设置电机的旋转方向与液压凿岩机的旋向相反，并核准扭矩仪的扭矩为零，在调零后关闭电机，在液压凿岩机的转速低于600r/min时，再次启动电机，通过左旋控制器的电流调节旋钮至底部，将电流调至最小，然后由控制室启动液压凿岩机，并调节控制器的电流调节旋钮，增大电流，使得液压凿岩机由低压到高压运行一次后重新将扭矩仪调零，并在扭矩仪调零开始测试液压凿岩机，在液压凿岩机启动后，旋动控制器的电流调节旋钮来调节磁粉制动器的电流，使得液压凿岩机在设定的转速中运行，然后采样收集数据，并在测试后，先向左旋动控制器的电流调节旋钮至底，关闭电源，使得液压凿岩机停止运转，然后关闭压力、温度传感器的电源，最后进行数据处理。

在步骤2中的冲击性能测试过程中，如图2所示，在给定质量为M(kg)和测杆4等直径的落锤1自高h(2m或其他高度)落下，撞击测杆4，测杆4中产生的理论应力σ₀和冲击能E₀分别为

E₀＝Mgh，并以此作为标准值。

如图3所示，在实际测试中，波形存储分析仪14以Δt＝2μs的采样时间采样600个点，得到应力波形，将各点采样值调入微机15，比较得出其最大量化值则可得到应力标定系数，其公式为：

由最大值点分别向左右搜索至零点可得到入射波的起点t₁和终点t₂，将入射应力波曲线各应力值平方并积分可得出此时的入射应力波能量，其公式为：

取标定应力波形各采样点的量化值，运用辛卜生公式进行数值积分，则

其中Q_k＝Q_1i(0)+kΔt

省略常数项，记其辛卜生求和值为：

则可得能量标定系数

在标定时，需要检查吸能器反射能量E_r和入射能量E_i之比λ，取

则

式中Sr为自t2起至1200μs时对应应力波形的辛卜生求和值。

标定试验一般做5次，取其平均值作为正式标定系数，同时给出对应的均方差。

均值

均方差

凿岩机冲击能量和最大应力的测试原理和标定时间，只是此时将落锤1换为凿岩机，调用标定时得出的能量标定系数A_E和应力标定系数A_σ，可以得出σ_max＝A_σ·Q_max和冲击能E＝A_E·S₀，其中S₀为测试得出的辛卜生和值。

凿岩机冲击频率一般在33-65Hz，以33Hz为例，25次需占用采样时间0.76s＝760000μs，以2μs为采样时间。

在测试中根据需要测试进油压力P1、回油压力P2、油温T、流量Q，根据测试的冲击能、冲击频率、进油压力、回油压力、流量，计算能量利用率

在步骤3中的回转性能参数测试过程中，凿岩机回转性能参数测试包括：扭矩M(N·m)、转速n(r/min)、流量Q(L/s)、压力P_e(MPa)、温度t(℃)，以及根据扭矩和转速测试值来计算出的功率P＝0.0001×M×n。

本发明技术效果主要体现在以下方面：结合液压凿岩机性能的测试系统以及测试方法，能够为使用者提供了一套实际可操作的测量技术，通过标定台架能够标定落锤的种技能，通过吸能器能够吸收传递给钎杆的应力波，通过卧式试验台能够测定凿岩机冲击能，同时能够测出吸能状态下的冲击频率、钎杆中的最大应力、进油压力、回油压力、油温和流量，能够准确测定凿岩机的能量利用率。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种液压凿岩机性能的测试系统，其特征在于：包括落锤、标定台架、应变计、测杆、温度传感器、第一压力传感器、泵站、AD板、第二压力传感器、推进缸、流量计、液压凿岩机、应变仪、波形存储分析仪、微机、打印机、岩石模拟装置和卧式台架，所述标定台架垂直设置在岩石上，并与岩石螺柱固定，所述落锤悬挂在标定台架的右侧，所述测杆设置在落锤下方，并位于岩石内部，所述温度传感器、第一压力传感器、泵站、AD板、第二压力传感器、流量计、应变仪、波形存储分析仪、微机和打印机相互电性连接，所述推进缸、液压凿岩机和岩石模拟装置从左往右依次螺柱固定在卧式台架上，所述温度传感器、第一压力传感器、泵站和流量计与液压凿岩机并联。

2.如权利要求1所述的一种液压凿岩机性能的测试系统，其特征在于：所述测杆的上端设置有钎杆，所述钎杆插入测杆内，并与测杆焊接固定，并与落锤连接。

3.如权利要求2所述的一种液压凿岩机性能的测试系统，其特征在于：所述测杆内设置有吸能器，所述吸能器包裹钎杆插入测杆的部分。

4.如权利要求3所述的一种液压凿岩机性能的测试系统，其特征在于：所述应变计套在钎杆上，并与钎杆贴合固定。

5.如权利要求4所述的一种液压凿岩机性能的测试系统，其特征在于：所述温度传感器上设置有二次仪表。

6.如权利要求5所述的一种液压凿岩机性能的测试系统，其特征在于：所述第一压力传感器上设置有二次仪表。

7.如权利要求6所述的一种液压凿岩机性能的测试系统，其特征在于：所述第二传感器上设置有二次仪表。