一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法

专利名称：一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410556429.2

专利申请（专利权）人：广东电网有限责任公司揭阳供电局,广东电网有限责任公司揭阳惠来供电局,广东中毅电力建设有限公司
权利人地址：广东省揭阳市榕城区东二路西侧地段(电力调度大楼)

专利发明（设计）人：发明人:郑史滨,陈金君,熊鑫欣,方冠勇,邱汉民,王玮璞,王素文,李凯曼,杨炎标,陶冶,黄晓权,黄毓琦,吕征,姚远,余程鹏

专利摘要：本发明提供了一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，适用于电力工程建设领域；包括评估土壤条件、评估开挖扭矩、评估旋挖最大转速、监测齿轮温度和控制旋挖转速；本发明提出的一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，解决了设备在运行过程中由于齿轮发热所导致的效能下降及潜在的损害风险问题，具有实现经济效益与工程效能的双重提升的优点，可广泛的应用于电力工程建设领域。

主权利要求：
1.一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
1)评估土壤条件；
所述评估土壤条件，包括现场人员根据土壤的颗粒大小，湿润程度以及手握成团松手后的破碎程度，评估土壤类别，结合所述土壤类别和土工试验资料对土壤与开挖设备钻头的静摩擦系数μ进行评估，获得所述静摩擦系数μ；
2)评估开挖扭矩；
所述评估开挖扭矩，包括现场人员根据所述静摩擦系数μ，对基坑开挖所需扭矩M(N·m)根据评估计算式(1)进行评估，M＝k1Fe+k2μQD(1)
式中，k1为从动轴绕主动轴扭矩修正系数，F为钻头侧压力(N)，e为主动轴与从动轴轴线水平间距(m)，k2为钻齿摩阻扭矩修正系数，D为钻齿勒洛三角形边长(m)，Q为钻压(N)；
3)评估旋挖最大转速；
所述评估旋挖最大转速，包括现场人员根据所述基坑开挖所需扭矩M，对基坑旋挖过程中齿轮的最大转速ωmax(rad/s)根据评估计算式(2)进行评估，所述齿轮为主动轴下部的第一齿轮；
式中，η为开挖设备的转化效率，P为开挖设备的功率(W)；
4)监测齿轮温度；
所述监测齿轮温度，包括使用温度监测装置对齿轮温度进行实时监测，每隔Δt时间记录反馈一次齿轮局部最高温度；
5)控制旋挖转速；
所述控制旋挖转速，包括对比所述齿轮局部最高温度的实时监测数据结果，当所述齿轮局部最高温度小于T且前n次齿轮局部最高温度也小于T时，提升所述旋挖转速，提升后所述旋挖转速不大于所述旋挖最大转速；当所述齿轮局部最高温度小于T且前n次齿轮局部最高温度大于等于T时，保持所述旋挖转速；当所述齿轮局部最高温度大于等于T，必须降低所述旋挖转速。
2.根据权利要求1所述的一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，其特征在于，所述基坑开挖设备采用了基于勒洛三角形原理的钻头，所述钻头包括与旋挖钻机钻杆直连的主动轴，与主动轴通过一对规格相同锥形齿轮副相连接的从动轴，以及与从动轴直连的钻齿。
3.根据权利要求1所述的一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，其特征在于：所述1)中，所述土工试验资料包括不同土壤条件下，开挖设备钻头材质与土壤的静摩擦系数取值。
4.根据权利要求1所述的一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，其特征在于：所述4)中，所述温度监测装置为非接触式温度测量装置，所述测量装置的测量精度根据测量间隔时间确定。
5.根据权利要求1所述的一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，其特征在于：所述5)中，所述实时监测数据对比结果由所述温度监测装置反馈，所述温度监测装置根据测量的所述齿轮局部最高温度与前n次齿轮局部最高温度对比后，反馈给现场人员，由现场人员综合决定设备提升转速、保持转速或者降低转速。 说明书 : 一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法技术领域[0001] 本发明涉及一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，适用于电力工程建设领域。背景技术[0002] 传统的方形基坑开挖设备在运行过程中，针对不同土壤条件，主要考虑转速和扭矩平衡点。然而，基于勒洛三角形原理，主动轴与从动轴不在同一轴线上，该轴距所引起的偏心转动对使主动轴与从动轴之间的齿轮副成为比较薄弱的一环。设备运行过程中，齿轮副的损耗比较大。[0003] 针对上述情况，同时充分考虑设备在运行过程中由于齿轮发热所导致的效能下降及潜在的损害风险，开发一种基于对齿轮发热程度的实时监控与控制的旋挖设备转速控制新方法具有重要意义。该方法利用齿轮在运行中产生的热量作为反馈信号，通过精细调节齿轮的工作状态来控制旋挖设备的最大转速，旨在降低因过热引发的机械故障率，提高设备的可靠性与工作寿命。[0004] 通过传感器实时监控齿轮的温度，并与设定的安全温度阈值进行比较，系统能够在检测到过高温度时自动调节转速，从而在保障机械结构完整性与操作安全的同时，优化设备的工作性能。这种温控限速方法为旋挖设备的持久稳定运行和故障预防提供了新思路，尤其适用于长时间、高负荷工作的挖掘作业环境。此外，它也有助于降低能耗和维护成本，从而实现经济效益与工程效能的双重提升。发明内容[0005] 本发明的目的，是为了解决设备在运行过程中由于齿轮发热所导致的效能下降及潜在的损害风险问题，提高设备的可靠性与工作寿命，提供了配电网电力电杆方形基坑开挖设备转速控制方法，适用于电力工程建设领域，具有实现经济效益与工程效能的双重提升的优点，可广泛的应用于电力工程建设领域。[0006] 本发明的目的可以通过采取如下方法达到：[0007] 1)评估土壤条件；[0008] 所述评估土壤条件，包括现场人员根据土壤的颗粒大小，湿润程度以及手握成团松手后的破碎程度，评估土壤类别，结合所述土壤类别和土工试验资料对土壤与开挖设备钻头的静摩擦系数μ进行评估，获得所述静摩擦系数μ；[0009] 2)评估开挖扭矩；[0010] 所述评估开挖扭矩，包括现场人员根据所述静摩擦系数μ，对基坑开挖所需扭矩M(N)根据评估计算式(1)进行评估，[0011] M＝k1Fe+k2μQD(1)[0012] 式中，k1为从动轴绕主动轴扭矩修正系数，F为钻头侧压力(N)，e为主动轴与从动轴轴线水平间距(m)，k2为螺旋钻齿摩阻扭矩修正系数，D为螺旋钻齿勒洛三角形边长(m)，Q为钻压(N)；[0013] 3)评估旋挖最大转速；[0014] 所述评估旋挖最大转速，包括现场人员根据所述基坑开挖所需扭矩M，对基坑旋挖过程中齿轮的最大转速ωmax(rad/s)根据评估计算式(2)进行评估，[0015][0016] 式中，η为开挖设备的转化效率，P为开挖设备的功率(W)；[0017] 4)监测齿轮温度；[0018] 所述监测齿轮温度，包括使用温度监测装置对齿轮温度进行实时监测，每隔Δt时间记录反馈一次齿轮局部最高温度；[0019] 5)控制旋挖转速；[0020] 所述控制旋挖转速，包括对比所述齿轮局部最高温度的实时监测数据结果，当所述齿轮局部最高温度小于T且前n次齿轮局部最高温度也小于T时，可以提升所述旋挖转速，提升后所述旋挖转速不大于所述旋挖最大转速；当所述齿轮局部最高温度小于T且前n次齿轮局部最高温度大于等于T时，保持所述旋挖转速；当所述齿轮局部最高温度大于等于T，必须降低所述旋挖转速。[0021] 进一步的，所述基坑开挖设备采用了基于勒洛三角形原理的钻头，所述钻头包括与旋挖钻机钻杆直连的主动轴，与主动轴通过一对规格相同锥形齿轮副相连接的从动轴，以及与从动轴直连的螺旋钻齿。所述齿轮为所述一对规格相同锥形齿轮副中的主动轴上的齿轮。[0022] 进一步的，上述1)中，所述土工试验资料包括不同土壤条件下，开挖设备钻头材质与土壤的静摩擦系数取值。[0023] 进一步的，上述4)中，所述温度监测装置为非接触式温度测量装置，所述测量装置的测量精度根据测量间隔时间确定。[0024] 进一步的，上述5)中，所述实时监测数据对比结果由所述温度监测装置反馈，所述温度监测装置根据测量的所述齿轮局部最高温度与前n次齿轮局部最高温度对比后，反馈给现场人员，由现场人员综合决定设备提升转速、保持转速或者降低转速。[0025] 本发明的有益效果是：[0026] 本发明的有益效果是：解决了设备在运行过程中由于齿轮发热所导致的效能下降及潜在的损害风险问题，提高设备的可靠性与工作寿命；提供了一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，具有实现经济效益与工程效能的双重提升的优点，可广泛的应用于电力工程建设领域。附图说明[0027] 图1：本发明的一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法的流程图。[0028] 图2：本发明的一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法的开挖设备钻头结构。图中：1、主动轴；2、齿轮1；3、齿轮2；4、从动轴；5、钻齿。[0029] 图3：本发明的一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法的钻齿俯视图。具体实施方式[0030] 以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明；应当理解的是此处所给出的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不能用来限制本发明。[0031] 下面是一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法的具体实施例。[0032] 如图1所示，为本发明的一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法流程图。[0033] 本实施例依托于某电网10kV的输电线路工程某段线路的方形基坑开挖过程，具体实施过程如下：[0034] 1)评估土壤条件；[0035] 现场人员根据土壤的颗粒大小，湿润程度以及手握成团松手后的破碎程度，评估土壤类别为粉质黏土，在土工试验资料中，粉质黏土与开挖设备钻头的静摩擦系数取值为μ＝0.7；[0036] 2)评估开挖扭矩；[0037] 建模计算在不同钻头侧压力、主动轴与从动轴轴线水平间距、螺旋钻齿勒洛三角形边长、钻压条件下，齿轮转动所需力矩，根据计算结果采用多元回归分析方式，得到从动轴绕主动轴扭矩修正系数k1＝1.12，螺旋钻齿摩阻扭矩修正系数k2＝2.15；[0038] 本实施例中，钻头侧压力F＝12kN，主动轴与从动轴轴线水平间距e＝0.4m，螺旋钻齿勒洛三角形边长D＝0.5m，钻压Q＝30kN，结合所述静摩擦系数μ，对基坑开挖所需扭矩M根据评估计算式(1)进行评估，[0039] M＝k1Fe+k2μQD(1)[0040] 基坑开挖所需扭矩M＝27.95kN；[0041] 3)评估旋挖最大转速；[0042] 主动轴与从动轴之间的一对齿轮副在规格上一致，受力形式及转速等值反向，因此，不妨以主动轴上齿轮1作为参照目标，后续齿轮均指代齿轮1。开挖设备的功率P＝120kW，在钻压15kN的条件下，开挖设备的转化效率η＝0.75，结合所述基坑开挖所需扭矩M，对基坑旋挖过程中齿轮的最大转速ωmax(rad/s)根据评估计算式(2)进行评估，[0043][0044] 基坑旋挖过程中齿轮的最大转速ωmax＝3.22rad/s，工程领域转速一般采用转每分钟(r/min)的单位形式，因此，基坑旋挖过程中齿轮的最大转速ωmax＝31r/min；[0045] 4)监测齿轮温度；[0046] 所述监测齿轮温度，包括使用温度监测装置对齿轮温度进行实时监测，每隔Δt＝10s时间记录反馈一次齿轮局部最高温度，采用了精度为1℃的红外线测温仪；[0047] 5)控制旋挖转速；[0048] 齿轮采用钢材材质，一般钢材材料温度达到200℃时，钢材的各项力学性能指标开始变化，因此齿轮局部最高温度限值T＝200℃。[0049] 参考所述齿轮局部最高温度的实时监测数据结果，以及所述齿轮局部最高温度与200℃的接近程度，按如下规律控制所述旋挖转速，当所述齿轮局部最高温度小于200℃且前2次齿轮局部最高温度也小于200℃时，可以提升所述旋挖转速，提升后所述旋挖转速不大于所述旋挖最大转速；当所述齿轮局部最高温度小于200℃且前2次齿轮局部最高温度大于等于200℃时，保持所述旋挖转速；当所述齿轮局部最高温度大于等于200℃，必须降低所述旋挖转速。[0050] 在150～200s阶段旋挖转速实际控制方式如下表所示：[0051] 表1旋挖转速实际控制方式[0052] t(s) 150 160 170 180 190 200齿轮局部最高温度 180℃ 196℃ 201℃ 195℃ 196℃ 198℃控制方式 提升转速 提升转速 降低转速 保持转速 保持转速 保持转速当前转速(r/min) 24 26 28 26 26 26[0053] 在上述实施例中，本发明公开了一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，包括评估土壤条件、评估开挖扭矩、评估旋挖最大转速、监测齿轮温度和控制旋挖转速；本发明提出的一种电杆方形基坑开挖设备旋挖转速控制方法，解决了设备在运行过程中由于齿轮发热所导致的效能下降及潜在的损害风险问题，具有实现经济效益与工程效能的双重提升的优点，可广泛的应用于电力工程建设领域。[0054] 以上所述为本发明的较佳实施例，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：广东

专利申请日期：2024-05-07

专利公开日期：2024-10-18

专利公告号：CN118327450B