旋挖钻机最大作业跨度参数的确定

旋挖钻机是近年来发展特快的建筑工程机械之一。由于该设备集环保、节能、高效及智能控制于一身，德国的宝峨、英国的ＢＳＰ、意大利的迈特、ＣＭＶ、ＮＣＢ等世界知名公司，均有各自特长的产品问世。国内实力雄厚的企业也不甘示弱，纷纷进行该类产品的开发、制造。
正是由于以上原因，近年来国产旋挖钻机无论是结构设计，还是基础零部件的选型，与国外洋产品相比已经十分接近，具备与外来产品相抗衡的能力。迫使许多世界知名企业不得不改变原始高昂的价格策略，国人扬眉吐气，华夏用户大得实惠，为祖国的基础建设做出了极大的贡献。
从外观上看，国产的旋挖钻机设备可与国外洋货相比美，但是其性能的差距不容乐观，用貌似神离形容之，虽说欠妥但并不过分，旋挖钻机的最大作业跨度参数就是其中之一。具体说来旋挖钻机的动力头输出的扭矩（表现为最大成孔直径），由于国产设备所选用关键零部件与洋货无大的差别，此项参数也就基本一致。但在实际使用过程中还有两项技术指标，就是钻杆旋挖钻进过程中，安装在钻桅中上部并直接作用在动力头部件的加压油缸对钻杆的最大加压力和提升钻杆的最大拔起力。该类产品作业跨度的大小，实质上就是整机及各部件质心位置优化设计的结晶，直接表现在这些设备工作的稳定性上，这确实是国产设备的气短之处。据可靠消息：在去年上海工程机械宝马博览会上，国内一家实力不菲的企业在进行１５００钻机布展的过程中，差一点出事（倾覆），就更加证明了国产旋挖钻机质心优化设计欠佳缺陷的存在。又由于该类产品成孔直径的大小，是直观可见的指标，一旦新产品最大旋挖的孔径达到最大设计值，产品开发就算大功告成。其它各项性能，如钻杆最大加压力及最大提起力、作业稳定性、最大作业跨度等参数的好坏也就无人问津了，这就是造成大多数国产设备先天不足且无法根治的主要原因。
对于任何规格的旋挖钻机，如果给定了两轮（驱动轮、导向轮）纵向跨度Ｌ，整机质量Ｍ，动力头油缸对钻杆最大加压力Ｆ和最大的提起力Ｐｃ，最大作业跨度ａ（从转台回转中心到钻杆中心距离）就是一定的，整机质心的位置（对旋挖钻机驱动轮中心而言，可设为Ｘ）也能随之确定。反过来，对于确定了的最大作业跨度ａ、两轮纵向跨度Ｌ、满足油缸对钻杆最大加压力Ｆ和最大的提起力Ｐｃ条件的整车质量Ｍ也是唯一的，决不会因任何原因有所改变。图１是旋挖钻机受力分析示意图。

新产品ＲＤｌ０旋挖钻机开发过程，在即无样机可测绘，又无资料可查的情况下，从仅有一份类似规格产品的样本上查得：该型号产品两轮纵向跨度Ｌ，油缸对钻杆最大加压力Ｆ和最大的提起力Ｐｃ，整车质量Ｍ，但是该产品最大作业跨度ａ无处寻找（这也很可能是厂家出于技术保密考虑，特意隐区）。为了保证新产品开发进度，根据该类产品其它型号的参数，设定其最大作业跨度为ａ进行相关参数的计算。
图１可以看出，从满足对钻杆最大拔起力Ｐｃ的角度出发，整车质心的位置应远离涨紧轮中心（向驱动轮中心靠近），当油缸向钻杆加压时（Ｆ作用力方向与Ｐｃ相反），其质心的位置应远离驱动轮中心（向涨紧轮中心靠近）。以ａ为依据计算整车质心位置时出现了图２的结果。
经分析认为，导致整车质心位置无解的直接原因，就是所选的作业跨度ａ值过大造成的。从而也就进一步证明：旋挖钻机各参数之间所存在的关系及其唯一性（Ｌ、Ｍ、Ｆ、Ｐｃ、ａ等参数，只要确定其中四个，另一参数也是唯一的，不能随意变更）。
在新产品ＲＤｌ０旋挖钻机开发的进一步细化过程中还发现，不但旋挖钻机最大作业跨度ａ，与驱动轮、导向轮纵向跨度Ｌ，整机质量Ｍ，油缸对钻杆最大加压力Ｆ和最大提升力Ｐｃ有关，还与整机的底盘质量（设为Ｍ１）、上车质量（设为Ｍ２，Ｍ２＝Ｍ２１＋Ｍ２２）的分配，以及上车可动部件质量（变幅机构以上部件，设为Ｍ２１）与固定部件质量（设为Ｍ２２）的相对数值密不可分（如图３）。
按照上述方法，依据Ｌ、Ｍ、Ｆ、Ｐｃ得到的ａ值，对该旋挖钻机来说是一个最大值，更确切的说就是其极限参数。新开发产品作业跨度所能达到的实际值，可以无限趋近于它，其接近的程度完全取决于Ｍ１、Ｍ２、Ｍ２１、Ｍ２２之间优化设计的结果。只有在零部件质量优化工作上付出必要的劳动，新产品的性能才能达到预想的效果。
经过分析研究，旋挖钻机最大作业跨度（极限值），可用下述公式计算：ａｍａｘ＝Ｌ×Ｍ＋ＰＣ－Ｆ×２－２×ＭＦ／ＣＰＣ＋Ｆ，Ｍ为风力影响参数。