旋挖鉆機最大作業跨度參數的確定

旋挖鉆機是近年來發展特快的建筑工程機械之一。由于該設備集環保、節能、高效及智能控制于一身，德國的寶峨、英國的ＢＳＰ、意大利的邁特、ＣＭＶ、ＮＣＢ等世界知名公司，均有各自特長的產品問世。國內實力雄厚的企業也不甘示弱，紛紛進行該類產品的開發、制造。

正是由于以上原因，近年來國產旋挖鉆機無論是結構設計，還是基礎零部件的選型，與國外洋產品相比已經十分接近，具備與外來產品相抗衡的能力。迫使許多世界知名企業不得不改變原始高昂的價格策略，國人揚眉吐氣，華夏用戶大得實惠，為祖國的基礎建設做出了極大的貢獻。
從外觀上看，國產的旋挖鉆機設備可與國外洋貨相比美，但是其性能的差距不容樂觀，用貌似神離形容之，雖說欠妥但并不過分，旋挖鉆機的最大作業跨度參數就是其中之一。具體說來旋挖鉆機的動力頭輸出的扭矩（表現為最大成孔直徑），由于國產設備所選用關鍵零部件與洋貨無大的差別，此項參數也就基本一致。但在實際使用過程中還有兩項技術指標，就是鉆桿旋挖鉆進過程中，安裝在鉆桅中上部并直接作用在動力頭部件的加壓油缸對鉆桿的最大加壓力和提升鉆桿的最大拔起力。該類產品作業跨度的大小，實質上就是整機及各部件質心位置優化設計的結晶，直接表現在這些設備工作的穩定性上，這確實是國產設備的氣短之處。據可靠消息：在去年上海工程機械寶馬博覽會上，國內一家實力不菲的企業在進行１５００鉆機布展的過程中，差一點出事（傾覆），就更加證明了國產旋挖鉆機質心優化設計欠佳缺陷的存在。又由于該類產品成孔直徑的大小，是直觀可見的指標，一旦新產品最大旋挖的孔徑達到最大設計值，產品開發就算大功告成。其它各項性能，如鉆桿最大加壓力及最大提起力、作業穩定性、最大作業跨度等參數的好壞也就無人問津了，這就是造成大多數國產設備先天不足且無法根治的主要原因。
對于任何規格的旋挖鉆機，如果給定了兩輪（驅動輪、導向輪）縱向跨度Ｌ，整機質量Ｍ，動力頭油缸對鉆桿最大加壓力Ｆ和最大的提起力Ｐｃ，最大作業跨度ａ（從轉臺回轉中心到鉆桿中心距離）就是一定的，整機質心的位置（對旋挖鉆機驅動輪中心而言，可設為Ｘ）也能隨之確定。反過來，對于確定了的最大作業跨度ａ、兩輪縱向跨度Ｌ、滿足油缸對鉆桿最大加壓力Ｆ和最大的提起力Ｐｃ條件的整車質量Ｍ也是唯一的，決不會因任何原因有所改變。圖１是旋挖鉆機受力分析示意圖。

新產品ＲＤｌ０旋挖鉆機開發過程，在即無樣機可測繪，又無資料可查的情況下，從僅有一份類似規格產品的樣本上查得：該型號產品兩輪縱向跨度Ｌ，油缸對鉆桿最大加壓力Ｆ和最大的提起力Ｐｃ，整車質量Ｍ，但是該產品最大作業跨度ａ無處尋找（這也很可能是廠家出于技術保密考慮，特意隱區）。為了保證新產品開發進度，根據該類產品其它型號的參數，設定其最大作業跨度為ａ進行相關參數的計算。
圖１可以看出，從滿足對鉆桿最大拔起力Ｐｃ的角度出發，整車質心的位置應遠離漲緊輪中心（向驅動輪中心靠近），當油缸向鉆桿加壓時（Ｆ作用力方向與Ｐｃ相反），其質心的位置應遠離驅動輪中心（向漲緊輪中心靠近）。以ａ為依據計算整車質心位置時出現了圖２的結果。
經分析認為，導致整車質心位置無解的直接原因，就是所選的作業跨度ａ值過大造成的。從而也就進一步證明：旋挖鉆機各參數之間所存在的關系及其唯一性（Ｌ、Ｍ、Ｆ、Ｐｃ、ａ等參數，只要確定其中四個，另一參數也是唯一的，不能隨意變更）。
在新產品ＲＤｌ０旋挖鉆機開發的進一步細化過程中還發現，不但旋挖鉆機最大作業跨度ａ，與驅動輪、導向輪縱向跨度Ｌ，整機質量Ｍ，油缸對鉆桿最大加壓力Ｆ和最大提升力Ｐｃ有關，還與整機的底盤質量（設為Ｍ１）、上車質量（設為Ｍ２，Ｍ２＝Ｍ２１＋Ｍ２２）的分配，以及上車可動部件質量（變幅機構以上部件，設為Ｍ２１）與固定部件質量（設為Ｍ２２）的相對數值密不可分（如圖３）。
按照上述方法，依據Ｌ、Ｍ、Ｆ、Ｐｃ得到的ａ值，對該旋挖鉆機來說是一個最大值，更確切的說就是其極限參數。新開發產品作業跨度所能達到的實際值，可以無限趨近于它，其接近的程度完全取決于Ｍ１、Ｍ２、Ｍ２１、Ｍ２２之間優化設計的結果。只有在零部件質量優化工作上付出必要的勞動，新產品的性能才能達到預想的效果。
經過分析研究，旋挖鉆機最大作業跨度（極限值），可用下述公式計算：ａｍａｘ＝Ｌ×Ｍ＋ＰＣ－Ｆ×２－２×ＭＦ／ＣＰＣ＋Ｆ，Ｍ為風力影響參數。