CN114018453A - 一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，包括凿岩机液压控制系统和回转扭矩测试系统，所述凿岩机液压控制系统由电机、液压泵、多路阀组、调速阀、压力表、流量计、液压缸、凿岩机和钎杆组成；所述回转扭矩测试系统主要是由反光标签、磁滞制动器、应力信号采集卡、应变片、路由器、转速数据采集卡、转速传感器、测试计算机组成。本发明通过测定凿岩机在额定工作压力和流量下的切应变的最大值，经过相关数据处理可以计算出凿岩机的回转扭矩，回转扭矩测试系统所用的设备操作简单，数据采集可靠，通过信号处理可以直接计算出切应变的数值，减少数据处理的人为误差，使得数据可靠性更好。

Description

一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法

技术领域

本发明涉及凿岩机机械性能测试技术领域，具体为一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法。

背景技术

凿岩机液压控制系统主要是通过多路阀组对液压系统进行控制，电机驱动液压泵提供为凿岩机的旋转马达缸提供动力，利用磁滞制动器给钎杆附加转矩，这是钎杆会有一定的旋转，产生一个切应变，回转扭矩测试系统是由反光标签、磁滞制动器、应力信号采集卡、应变片、路由器、转速数据采集卡、转速传感器、测试计算机组成。

现有技术中一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法缺点不足：

1、专利文件CN106124099A公开了一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，包括“装配平台以及依次连接的动力源、传动装置、扭矩传感器和驱动结构；驱动结构用于驱动待测回转支承的内圈和外圈中的一者相对于另一者转动，装配平台上设置有多个固定结构，多个固定结构沿水平方向间隔设置在装配平台上，并且多个固定结构与待测回转支承的中心之间的距离互不相同。多个固定结构可实现在同一装配平台上对不同规格的回转支承进行固定，从而实现在同一装配平台上对不同规格的回转支承的扭矩进行测试，本发明提供的回转支承扭矩测试装置的通用性较强，灵活性和实用性都较强，大大提高了扭矩测试效率，大大提高了测试的准确率，避免不合格产品进入市场而导致发生事故。”，上述装置在使用时，经过数据处理可以计算出凿岩机的回转扭矩值，通过转速传感器测得转速电信号，直接经过数据处理可以得出钎杆在工作环境的转速，但大多数装置操作复杂，导致其使用不便。

2、现有技术中一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，使用时，工作人员需要将装置内部进行快速调节，但大多数装置的难以进行调节，导致其可靠性较差。

3、现有技术中一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，使用时，工作人员需要将装置进行数据采集，然后需要单独对数据信号进行数值处理，但大多数装置的使用效果较差，使用不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，包括凿岩机液压控制系统和回转扭矩测试系统，所述凿岩机液压控制系统由电机、液压泵、多路阀组、调速阀、压力表、流量计、液压缸、凿岩机和钎杆组成；所述回转扭矩测试系统主要是由反光标签、磁滞制动器、应力信号采集卡、应变片、路由器、转速数据采集卡、转速传感器、测试计算机组成。

优选的，所述凿岩机液压控制系统主要是经过多路阀组控制液压缸和凿岩机的工作，液压缸实现将凿岩机移动至工作位置，凿岩机获得液压动力后，凿岩机内部的液压马达驱动钎杆旋转，给钎杆传递一个大的转矩。

优选的，所述凿岩机焊接在固定板上方，固定板下方焊接着两个有着内外通孔的圆柱体，用于和固定支架上的圆柱滑轨配合，方便凿岩机的位置的轴向移动。

优选的，所述液压缸尾端部焊接支架内，液压缸的有杆端的端部和凿岩机的固定位置焊接；所述液压缸的作用为控制凿岩机移动至工作位置。

优选的，所述液压缸尾端部焊接支架内，液压缸的有杆端的端部和凿岩机的固定位置焊接；所述液压缸的作用为控制凿岩机移动至工作位置所述回转扭矩测试系统的原理:反光标签、磁滞制动器、转速传感器、转速数据采集卡、应变片、应变信号采集卡和路由器粘贴于钎杆上，转速传感器和应变片分别与其对应的采集卡实现信号连接，利用无线网络调试测试计算机系统和采集卡，建立通信信号。驱动凿岩机液压系统，通过多路阀组控制钎杆的回转速度，同时利用磁滞制动器对钎杆施加一个负载转矩，使钎杆上产生扭转，这时应变片可以测量切应变的电信号测试数据，测试数据以光电信号形式经过采集卡处理后最后会传输到测试计算机上，测试计算机对处理后光电信号再次处理，最后显示记录相关数据，启动试验台，设置凿岩机处在额定工作压力和流量下，逐步加大负载直至钎杆停止回转，通过计算机采集并记录切应变数据。重复5次试验，取切应变最大值的算术平均值。

优选的，所述测试最大负载应不小于设备最大工作负载的80％；

应变数据采集系统要求：量程不小于±5000με；示值误差不大于1％或±5με；采样频率不小于1kHz；采集设备最大尺寸不大于100mm；采集设备总重量不大于500g；

所述的钎杆材料一般为30CrMoNiV，质量长度和液压凿岩机活塞长度相当；

所述的应变片工作的环境温度为10℃～35℃，压气温度为10℃～35℃，大气压力为96±10kPa；敏感栅长度不大于1mm；电阻不小于120Ω；示值误差不大于1％或±5με。

优选的，所述由6段直径为30mm长度为3m的软管长度连接好凿岩机液压缸和多路阀组。

优选的，所述液压油型号满足GB/T11118.1-2011的要求。

优选的，所述最后进行数据处理，凿岩机回转扭矩的切应变最大值按式(1)计算：

τ_max＝G_pγ_max…………………………………………(1)

式中：

τ_max——最大切应力，单位为兆帕(MPa)；

G_p——弹性转轴的剪切弹性模量，无量纲；

γ_max——最大切应变，无量纲；

抗扭截面系数按式(2)计算：

W_p＝πD³/16(1-α⁴)........................................(2)

α＝D/d.......................................................(3)

式中：

W_p——抗扭截面系数，单位为立方毫米(mm³)；

D——钎杆的外径，单位为毫米(mm)；

d——钎杆的内径，单位为毫米(mm)；

根据扭矩和切应变之间的关系，按式(3)计算出扭矩：

T＝W_pτ_max................................................(4)

式中：

T——回转机构回转扭矩，单位为牛顿米(N·m)；

经过数据处理可以计算出液压凿岩机回转扭矩的重要参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过测定凿岩机在额定工作压力和流量下的切应变的最大值，经过相关数据处理可以计算出凿岩机的回转扭矩。

2、本发明通过液压控制系统原理简单可靠，操作性强，压力和流量调节简单，通过溢流阀和调速阀进行压力和流量的调节，装置可靠性强。

3、本发明回转扭矩测试系统所用的设备操作简单，数据采集可靠，通过信号处理可以直接计算出切应变的数值，减少数据处理的人为误差，使得数据可靠性更好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置的回转扭矩测试系统原理图；

图2为本发明实施例提供的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置的回转性能测试系统原理图；

图3为本发明实施例提供的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置的结构原理图。

图中：1、钎杆；2、反光标签；3、磁滞制动器；4、应力信号采集卡；5、应变片；6、凿岩机；7、压力表；8、流量计；9、进油回路方向；10、液压缸；11、多路阀组；12、路由器；13、测试计算机；14、转速数据采集卡；15、转速传感器；16、电机；17、液压泵；18、油箱；19、支撑移动导轨，20、支撑框架；21、固定支架；22、钢板；23、凿岩机固定板；24、液压缸有杆端；25、凿岩机固定支撑两个圆柱钢筒；20-1、支撑框架；19-1、支撑移动件；21-1、固定支架；22-1、钢板1；23-1、凿岩机固定板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

请参阅图1、图2和图3，本发明提供的一种实施例，一种液压凿岩机回转扭矩测试装置，包括凿岩机液压控制系统和回转扭矩测试系统，凿岩机液压控制系统是由凿岩机、固定移动支架、液压缸、多路阀组、电机、液压泵组成，凿岩机液压系统是利用电机驱动液压泵提供液压动力，经过多路阀组控制液压缸和凿岩机的工作，液压缸实现将凿岩机移动至工作位置，凿岩机获得液压动力后，凿岩机内部的液压马达驱动钎杆旋转，给钎杆传递一个大的转矩；

凿岩机6通过螺纹连接于凿岩机固定板23上方，凿岩机固定板23下方焊接着钢板22，钢板22固定在固定支架21上，固定支架21有两个凿岩机固定支撑两个圆柱钢筒25，用于和支撑框架20上的支撑移动导轨19配合，便于凿岩机6的位置移动。凿岩机6液压控制系统的连接：将电机16和液压泵17连接，液压泵17通过液压油管连接于多路阀组11，其中多路阀组11是集成了多个液压阀和溢流阀，经过多路阀组的控制输出端连接于液压缸10和凿岩机6，在凿岩机6旋转马达和活塞腔的进油回路和回油回路分别串联液压压力表7，凿岩机旋转马达和活塞腔的进油回路和回油回路还串联了流量计8，用于回路中压力和流量的值的测定。

实施例二：

请参阅图1、图2和图3，本发明提供的一种实施例，一种液压凿岩机回转扭矩测试装置，回转扭矩测试系统主要是由反光标签、磁滞制动器、应力信号采集卡、应变片、路由器、转速数据采集卡、转速传感器、测试计算机组成，在实验之前，测量并记录钎杆的内径和外径；

反光标签2、磁滞制动器3、转速传感器15、转速数据采集卡14、应变片5、应变信号采集卡4和路由器12粘贴于钎杆1上，两个应变片5在距钎尾端部100mm～300mm位置固定，且分别与钎杆1轴线方向成45°和负45°夹角；转速传感器15和应变片5分别与其对应的采集卡4实现信号连接，利用无线网络调试测试计算机13系统和采集卡4，建立通信信号。驱动凿岩机6液压系统，通过多路阀组11控制钎杆4的回转速度，同时利用磁滞制动器3对钎杆施加一个负载转矩，使钎杆1上产生扭转，这时应变片5可以测量切应片的电信号测试数据，测试数据以光电信号形式经过采集卡4处理后最后会传输到测试计算机13上，测试计算机13对处理后光电信号再次处理，最后显示记录相关数据。

实施例三：

请参阅图1、图2和图3，本发明提供的一种实施例，一种液压凿岩机回转扭矩测试装置，两个应变片在距钎尾端部100mm～300mm位置固定，且分别与钎杆轴线方向成45°和负45°夹角；将采集卡固定于钎杆上，与应变片实现信号连接，利用无线网络调试计算机系统和采集卡，建立通信信号；将钎杆头部固定扭力负载上，转速传感器和应变片分别与其对应的采集卡实现信号连接，利用无线网络调试测试计算机系统和采集卡，建立通信信号。驱动凿岩机液压系统，通过多路阀组控制钎杆的回转速度，同时利用磁滞制动器对钎杆施加一个负载转矩，使钎杆上产生扭转，这时应变片可以测量切应变的电信号测试数据，测试数据以光电信号形式经过采集卡处理后最后会传输到测试计算机上，测试计算机对处理后光电信号再次处理，最后显示记录相关数据，启动试验台，设置凿岩机处在额定工作压力和流量下，逐步加大负载直至钎杆停止回转，通过计算机采集并记录切应变数据。重复5次试验，取切应变最大值的算术平均值，最后进行数据处理，凿岩机回转扭矩的切应变最大值按式(1)计算：

τ_max＝G_pγ_max................................................(1)

式中：

τ_max——最大切应力，单位为兆帕(MPa)；

G_p——弹性转轴的剪切弹性模量，无量纲；

γ_max——最大切应变，无量纲。

抗扭截面系数按式(2)计算：

W_p＝πD³/16(1-α⁴).......................................(2)

α＝D/d.........................................................(3)

式中：

W_p——抗扭截面系数，单位为立方毫米(mm3)；

D——钎杆的外径，单位为毫米(mm)；

d——钎杆的内径，单位为毫米(mm)。

根据扭矩和切应变之间的关系，按式(3)计算出扭矩：

T＝W_pτ_max…………………………………………(4)

式中：

T——回转机构回转扭矩，单位为牛顿米(N·m)；

经过数据处理可以计算出液压凿岩机回转扭矩的重要参数；

当凿岩机钎杆1上的磁滞制动器3施加转矩，这时的回转扭矩测试系统同步工作，经过测试计算机进行数据输出，得出相应的切应变数值，分别测定凿岩机6在额定工作压力和流量下逐步加大负载直至钎杆1停止回转，通过测试计算机13采集并记录切应变数据。重复5次试验，取切应变最大值的算术平均值。

本发明中，该装置的工作步骤如下：

1、凿岩机6通过螺纹连接于凿岩机固定板23上方，凿岩机固定板23下方焊接着钢板22，钢板22固定在固定支架21上，固定支架21有两个凿岩机固定支撑两个圆柱钢筒25，用于和支撑框架20上的支撑移动导轨19配合，便于凿岩机6的位置移动。凿岩机6液压控制系统的连接：将电机16和液压泵17连接，液压泵17通过液压油管连接于多路阀组11，其中多路阀组11是集成了多个液压阀和溢流阀，经过多路阀组的控制输出端连接于液压缸10和凿岩机6，在凿岩机6旋转马达和活塞腔的进油回路和回油回路分别串联液压压力表7，凿岩机旋转马达和活塞腔的进油回路和回油回路还串联了流量计8，用于回路中压力和流量的值的测定；

2、反光标签2、磁滞制动器3、转速传感器15、转速数据采集卡14、应变片5、应变信号采集卡4和路由器12粘贴于钎杆1上，两个应变片5在距钎尾端部100mm～300mm位置固定，且分别与钎杆1轴线方向成45°和负45°夹角；转速传感器15和应变片5分别与其对应的采集卡4实现信号连接，利用无线网络调试测试计算机13系统和采集卡4，建立通信信号。驱动凿岩机6液压系统，通过多路阀组11控制钎杆4的回转速度，同时利用磁滞制动器3对钎杆施加一个负载转矩，使钎杆1上产生扭转，这时应变片5可以测量切应片的电信号测试数据，测试数据以光电信号形式经过采集卡4处理后最后会传输到测试计算机13上，测试计算机13对处理后光电信号再次处理，最后显示记录相关数据；

3、当凿岩机钎杆1上的磁滞制动器3施加转矩，这时的回转扭矩测试系统同步工作，经过测试计算机进行数据输出，得出相应的切应变数值，分别测定凿岩机6在额定工作压力和流量下逐步加大负载直至钎杆1停止回转，通过测试计算机13采集并记录切应变数据。重复5次试验，取切应变最大值的算术平均值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，包括凿岩机液压控制系统和回转扭矩测试系统，其特征在于：所述凿岩机液压控制系统由电机、液压泵、多路阀组、调速阀、压力表、流量计、液压缸、凿岩机和钎杆组成；所述回转扭矩测试系统主要是由反光标签、磁滞制动器、应力信号采集卡、应变片、路由器、转速数据采集卡、转速传感器、测试计算机组成。

2.根据权利要求1所述的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，其特征在于：所述凿岩机液压控制系统主要是经过多路阀组控制液压缸和凿岩机的工作，液压缸实现将凿岩机移动至工作位置，凿岩机获得液压动力后，凿岩机内部的液压马达驱动钎杆旋转，给钎杆传递一个大的转矩。

3.根据权利要求1所述的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，其特征在于：所述凿岩机焊接在固定板上方，固定板下方焊接着两个有着内外通孔的圆柱体，用于和固定支架上的圆柱滑轨配合，方便凿岩机的位置的轴向移动。

4.根据权利要求1所述的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，其特征在于：所述液压缸尾端部焊接支架内，液压缸的有杆端的端部和凿岩机的固定位置焊接；所述液压缸的作用为控制凿岩机移动至工作位置。

5.根据权利要求1所述的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，其特征在于：所述回转扭矩测试系统的原理:反光标签、磁滞制动器、转速传感器、转速数据采集卡、应变片、应变信号采集卡和路由器粘贴于钎杆上，转速传感器和应变片分别与其对应的采集卡实现信号连接，利用无线网络调试测试计算机系统和采集卡，建立通信信号。驱动凿岩机液压系统，通过多路阀组控制钎杆的回转速度，同时利用磁滞制动器对钎杆施加一个负载转矩，使钎杆上产生扭转，这时应变片可以测量切应变的电信号测试数据，测试数据以光电信号形式经过采集卡处理后最后会传输到测试计算机上，测试计算机对处理后光电信号再次处理，最后显示记录相关数据，启动试验台，设置凿岩机处在额定工作压力和流量下，逐步加大负载直至钎杆停止回转，通过计算机采集并记录切应变数据。重复5次试验，取切应变最大值的算术平均值。

6.根据权利要求1所述的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，其特征在于：所述测试最大负载应不小于设备最大工作负载的80％；

应变数据采集系统要求：量程不小于±5000με；示值误差不大于1％或±5με；采样频率不小于1kHz；采集设备最大尺寸不大于100mm；采集设备总重量不大于500g；

所述的钎杆材料一般为30CrMoNiV，质量长度和液压凿岩机活塞长度相当；

所述的应变片工作的环境温度为10℃～35℃，压气温度为10℃～35℃，大气压力为96±10kPa；敏感栅长度不大于1mm；电阻不小于120Ω；示值误差不大于1％或±5με。

7.根据权利要求1所述的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置及方法，其特征在于：所述由6段直径为30mm长度为3m的软管长度连接好凿岩机液压缸和多路阀组。

8.根据权利要求1所述的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置，其特征在于：所述液压油型号满足GB/T11118.1-2011的要求。

9.根据权利要求1所述的一种液压凿岩机回转扭矩测试装置，其特征在于：所述最后进行数据处理，凿岩机回转扭矩的切应变最大值按式(1)

计算：

τ_max＝G_pγ_max…………………………………………(1)

式中：

τ_max——最大切应力，单位为兆帕(MPa)；

G_p——弹性转轴的剪切弹性模量，无量纲；

γ_max——最大切应变，无量纲；

抗扭截面系数按式(2)计算：

W_p＝πD³/16(1-α⁴)…………………………………(2)

α＝D/d…………………………………………………(3)

式中：

W_p——抗扭截面系数，单位为立方毫米(mm₃)；

D——钎杆的外径，单位为毫米(mm)；

d——钎杆的内径，单位为毫米(mm)；

根据扭矩和切应变之间的关系，按式(3)计算出扭矩：

T＝W_pτ_max…………………………………………(4)

式中：

T——回转机构回转扭矩，单位为牛顿米(N·m)；

经过数据处理可以计算出液压凿岩机回转扭矩的重要参数。

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