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摘 要 旋挖钻机是一种大功率桩基础施工设备，因为自身的功率较大、负载较高所以节能性的好坏直接影响到设备使用的经济性、寿命和可靠性。本文将从节能控制技术角度出发，结合旋挖钻机的工程应用实际，对旋挖钻机节能控制技术及其实际工程应用进行简要的分析。
关键词 旋挖钻机；节能控制技术；工程应用
中图分类号：TU67 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）04-0092-01
随着我国社会经济的快速发展，尤其是高速公路和高铁、地铁等大量基础设施的跨越式发展，对大型旋挖钻机的应用需求越来越大。旋挖钻机是一种大功率桩基础施工设备，因为自身的功率较大、负载较高所以节能性的好坏直接影响到设备使用的经济性、寿命和可靠性。鉴于此在实际施工活动中旋挖钻机应用的节能控制技术成为专业领域普遍关注的问题，因此对旋挖钻机节能控制技术及其实际工程应用研究具有鲜明的现实意义。
1 旋挖钻机功率损失分析
1.1 节流损失
旋挖钻机的主油路多采用六通型多路阀作为液压系统换向和流量的控制元件，并用变量泵进行供油，如图1所示。在这一系统的运行过程中因为系统旁路较多，会产生旁路的空流损失和节流损失。当系统运行过程中当阀门处于中心位置的时候，A、B两个阀口是处于关闭状态的，在这时系统中的O口会打开，系统中的液压油经由回流阀进入到油箱当中，但是由于在液压油回流过程中存在着较强的背压，因此会在系统旁路造成空流的损失。当系统处于工作状态的时候，A、B两口会逐渐打开，而O口会逐渐关闭，整体系统的运行需要O口的旁路节流系统配合以克服系统负载保证系统的正常运行，内部负载的相互抵消造成了系统的功率损失。
图1 采用六通阀的液压系统等效图
1.2 溢流损失
旋挖钻机作为一种硬连接的成孔作业设备，其自身必须要具备一定保护装置，因为在钻头遇到异物或者发生作业参数设定错误的时候，系统的液压泵工作压力会超出系统油路的承受范围，如果没有对内部压力的遣散保护装置，系统就会有崩溃的危险。但是在实际应用中液压保护系统往往会因为自身的安全设定而导致液压功率的流失[1]。具体而言在旋挖钻机的运行过程中随着负载压力的增加，液压泵的输出功率也会增加，系统中的压力一旦超过安全阀的设定压力系统就会发生自动溢流，液压泵输出的流量都会经由安全阀回流到油箱中，此时发动机的功率输出大部分都消耗在溢流阀上，转变为热能回流到油箱中，进而导致系统的功率流失。
1.3 沿功率损失
旋挖钻机在运行过程中液压泵的压力并不是直接作用在系统的动作部分上的，而是通过较为复杂的液压管线将液体压力传导到动作部分的，在液体压力的传导过程中存在着较为严重的功率损失，针对这一问题主要的解决办法就是在旋挖钻机上尽量使用管径较大的液压管路，同时合理的布置液压管尽量减少其中的连接部分，必要的连接部分一定要采取一体化的处理，以减轻其对液压油的阻力。同时调查还发现在液压泵的出口处采用带有弧度的管接头能够有效的降低出口处的压力损失[2]。
2 旋挖钻机节能控制方法
2.1 恒功率控制
旋挖钻机在运行过程中因为自身的工作状态不同，工作区域的地质条件不同其在实际运行中的功率是经常变化的，所以为了保护系统自身的安全，不会因为负载压力过大而出现当机或者损坏，但是采用安全阀的形式对系统进行保护会造成系统本身的溢流功率损失降低系统工作的效率，针对这一问题提出了恒功率控制的理念，在旋挖钻机运行过程中对发动机功率和液压泵进行精确控制，既能够充分的利用柴油机的功率，同时又不会导致柴油机过载[3]。具体的运行机制是采用双泵双回路系统，提高复合动作的准确性，每个液压泵都单独与发动机连接，在具体的施工动作中一个液压泵保证对动作系统的全力支持，另一个液压泵则根据动作进行的动力缺口进行动力补充，以保证发动机功率的高效利用。
2.2 压力切断
压力切断是指在旋挖钻机运行的过程中，一旦系统内部的压力超过设置切断点的压力值时，液压系统激活压力切断装置，在这一状态下液压泵的排量会逐渐下降，下降的幅度以保证系统内部维持切断时的压力指标为标准，直到液压泵完全停止工作，液压系统中的压力依然保持在系统压力的标准，液压系统的这一功能又被称为压力补偿，当液压泵进入到压力切断控制时，系统能够维持较高的压力，但是此时液压泵的输出流量却接近零，所以几乎没有功率的损耗，压力切断功能的出现基本上让旋挖钻机避免了溢流损失[4]。
2.3 负荷传感控制系统
在旋挖钻机的运行过程中，传统的液压泵输出功率是一个固定值，也就是说基本上发动机在哪一个转速工作相应的液压泵就会产生固定的流量和压力值，但是在实际的施工活动中存在着很多的特殊情况，所以在旋挖钻机的设计过程中就要将液压泵的输出功率设置的较大，以保证系统运行的顺畅，但是预设功率较大就带来了一系列的溢流损失问题，所以在当前的旋挖钻机中应用负荷传感控制系统对液压系统的压力输出进行控制是十分恰当的，具体应用中复合传感器会对动作部分的压力进行实时测量并传回液压控制系统，液压泵通过对动作部分的负荷值和工作状态进行分析，输出相应的功率，从根源上解决了液压泵溢流损失问题[5]。
3 结论
旋挖钻机作为一种主要桩基施工机械，其自身的能耗指标直接影响到工程施工的成本和质量，所以当前旋挖钻机节能控制技术的研究具有鲜明的现实意义，本文从旋挖钻机功率损失分析、旋挖钻机节能控制方法两个方面对这一问题进行了简要的分析，以期为旋挖钻机节能控制技术水平提升提供支持和
借鉴。
参考文献
[1]柳波.旋挖钻机钻孔作业系统节能控制的研究[D].中南大学，2007.
[2]徐钰琨.旋挖钻机动力系统节能控制技术研究[D].山东大学，2013.
[3]谢丹彤.基于联合仿真的旋挖钻机钻孔作业系统性能分析[D].吉林大学，2013.
[4]鲁湖斌.旋挖钻机上车回转液压系统节能与定位控制的研究[D].中南大学，2007.
[5]李来平，薛建民，吴井泉.旋挖钻机动力系统功率匹配技术的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2008（02）：
24-26，30.
作者简介
范安平（1963-），男，汉族，陕西岐山人，2004年毕业于中南大学筑路机械专业（高等自学考试），现供职单位：中交二公局上海远通路桥工程有限公司，机械工程师，施工机械技术管理岗位。
关键词 旋挖钻机；节能控制技术；工程应用
中图分类号：TU67 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）04-0092-01
随着我国社会经济的快速发展，尤其是高速公路和高铁、地铁等大量基础设施的跨越式发展，对大型旋挖钻机的应用需求越来越大。旋挖钻机是一种大功率桩基础施工设备，因为自身的功率较大、负载较高所以节能性的好坏直接影响到设备使用的经济性、寿命和可靠性。鉴于此在实际施工活动中旋挖钻机应用的节能控制技术成为专业领域普遍关注的问题，因此对旋挖钻机节能控制技术及其实际工程应用研究具有鲜明的现实意义。
1 旋挖钻机功率损失分析
1.1 节流损失
旋挖钻机的主油路多采用六通型多路阀作为液压系统换向和流量的控制元件，并用变量泵进行供油，如图1所示。在这一系统的运行过程中因为系统旁路较多，会产生旁路的空流损失和节流损失。当系统运行过程中当阀门处于中心位置的时候，A、B两个阀口是处于关闭状态的，在这时系统中的O口会打开，系统中的液压油经由回流阀进入到油箱当中，但是由于在液压油回流过程中存在着较强的背压，因此会在系统旁路造成空流的损失。当系统处于工作状态的时候，A、B两口会逐渐打开，而O口会逐渐关闭，整体系统的运行需要O口的旁路节流系统配合以克服系统负载保证系统的正常运行，内部负载的相互抵消造成了系统的功率损失。
图1 采用六通阀的液压系统等效图
1.2 溢流损失
旋挖钻机作为一种硬连接的成孔作业设备，其自身必须要具备一定保护装置，因为在钻头遇到异物或者发生作业参数设定错误的时候，系统的液压泵工作压力会超出系统油路的承受范围，如果没有对内部压力的遣散保护装置，系统就会有崩溃的危险。但是在实际应用中液压保护系统往往会因为自身的安全设定而导致液压功率的流失[1]。具体而言在旋挖钻机的运行过程中随着负载压力的增加，液压泵的输出功率也会增加，系统中的压力一旦超过安全阀的设定压力系统就会发生自动溢流，液压泵输出的流量都会经由安全阀回流到油箱中，此时发动机的功率输出大部分都消耗在溢流阀上，转变为热能回流到油箱中，进而导致系统的功率流失。
1.3 沿功率损失
旋挖钻机在运行过程中液压泵的压力并不是直接作用在系统的动作部分上的，而是通过较为复杂的液压管线将液体压力传导到动作部分的，在液体压力的传导过程中存在着较为严重的功率损失，针对这一问题主要的解决办法就是在旋挖钻机上尽量使用管径较大的液压管路，同时合理的布置液压管尽量减少其中的连接部分，必要的连接部分一定要采取一体化的处理，以减轻其对液压油的阻力。同时调查还发现在液压泵的出口处采用带有弧度的管接头能够有效的降低出口处的压力损失[2]。
2 旋挖钻机节能控制方法
2.1 恒功率控制
旋挖钻机在运行过程中因为自身的工作状态不同，工作区域的地质条件不同其在实际运行中的功率是经常变化的，所以为了保护系统自身的安全，不会因为负载压力过大而出现当机或者损坏，但是采用安全阀的形式对系统进行保护会造成系统本身的溢流功率损失降低系统工作的效率，针对这一问题提出了恒功率控制的理念，在旋挖钻机运行过程中对发动机功率和液压泵进行精确控制，既能够充分的利用柴油机的功率，同时又不会导致柴油机过载[3]。具体的运行机制是采用双泵双回路系统，提高复合动作的准确性，每个液压泵都单独与发动机连接，在具体的施工动作中一个液压泵保证对动作系统的全力支持，另一个液压泵则根据动作进行的动力缺口进行动力补充，以保证发动机功率的高效利用。
2.2 压力切断
压力切断是指在旋挖钻机运行的过程中，一旦系统内部的压力超过设置切断点的压力值时，液压系统激活压力切断装置，在这一状态下液压泵的排量会逐渐下降，下降的幅度以保证系统内部维持切断时的压力指标为标准，直到液压泵完全停止工作，液压系统中的压力依然保持在系统压力的标准，液压系统的这一功能又被称为压力补偿，当液压泵进入到压力切断控制时，系统能够维持较高的压力，但是此时液压泵的输出流量却接近零，所以几乎没有功率的损耗，压力切断功能的出现基本上让旋挖钻机避免了溢流损失[4]。
2.3 负荷传感控制系统
在旋挖钻机的运行过程中，传统的液压泵输出功率是一个固定值，也就是说基本上发动机在哪一个转速工作相应的液压泵就会产生固定的流量和压力值，但是在实际的施工活动中存在着很多的特殊情况，所以在旋挖钻机的设计过程中就要将液压泵的输出功率设置的较大，以保证系统运行的顺畅，但是预设功率较大就带来了一系列的溢流损失问题，所以在当前的旋挖钻机中应用负荷传感控制系统对液压系统的压力输出进行控制是十分恰当的，具体应用中复合传感器会对动作部分的压力进行实时测量并传回液压控制系统，液压泵通过对动作部分的负荷值和工作状态进行分析，输出相应的功率，从根源上解决了液压泵溢流损失问题[5]。
3 结论
旋挖钻机作为一种主要桩基施工机械，其自身的能耗指标直接影响到工程施工的成本和质量，所以当前旋挖钻机节能控制技术的研究具有鲜明的现实意义，本文从旋挖钻机功率损失分析、旋挖钻机节能控制方法两个方面对这一问题进行了简要的分析，以期为旋挖钻机节能控制技术水平提升提供支持和
借鉴。
参考文献
[1]柳波.旋挖钻机钻孔作业系统节能控制的研究[D].中南大学，2007.
[2]徐钰琨.旋挖钻机动力系统节能控制技术研究[D].山东大学，2013.
[3]谢丹彤.基于联合仿真的旋挖钻机钻孔作业系统性能分析[D].吉林大学，2013.
[4]鲁湖斌.旋挖钻机上车回转液压系统节能与定位控制的研究[D].中南大学，2007.
[5]李来平，薛建民，吴井泉.旋挖钻机动力系统功率匹配技术的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2008（02）：
24-26，30.
作者简介
范安平（1963-），男，汉族，陕西岐山人，2004年毕业于中南大学筑路机械专业（高等自学考试），现供职单位：中交二公局上海远通路桥工程有限公司，机械工程师，施工机械技术管理岗位。