進(jìn)口汽油內(nèi)燃搗固機(jī)/破碎鎬/鑿巖機(jī)/破碎機(jī)性能測(cè)試（威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯Cobra TT）

?進(jìn)口汽油破碎鎬/內(nèi)燃搗固機(jī)/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎機(jī)性能檢測(cè)研究

張策，趙國(guó)存，聞  明

( 中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085)

［摘 要］ 文章參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《鑿巖機(jī)械與氣動(dòng)工具性能試驗(yàn)方法》 ( GB / T 5621—2008) 研發(fā)了一套適合檢測(cè)汽油破

碎鎬運(yùn)行性能的測(cè)試系統(tǒng)，論述了系統(tǒng)兩大關(guān)鍵技術(shù) “吸能器的制作” 和 “系統(tǒng)標(biāo)定”，完成了檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試試驗(yàn)工 作。所開(kāi)發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)具有體積小巧、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)，改變了傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)體積龐大、功 能單一的缺點(diǎn)。

汽油破碎鎬; 沖擊能; 沖擊頻率

內(nèi)燃搗固機(jī)/汽油鑿巖機(jī)汽油破碎鎬

輕便型內(nèi)燃搗固機(jī)威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬Petrol Breaker廣泛應(yīng)用在建筑破拆行業(yè)之中，它是一種利用沖擊能來(lái)?yè)羲槭瘔K或水泥的沖擊式機(jī)械。由于內(nèi)燃搗固機(jī)威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬體積小，使用 方便，因此在破拆行業(yè)中發(fā)揮了重大作用，也十分適 合作為地震災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的救援工具。然而至今我國(guó)還沒(méi) 有對(duì)內(nèi)燃搗固機(jī)威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬建立一套完善的檢測(cè)制度，尤其對(duì)此 類(lèi)工具的兩個(gè)重要性能參數(shù) “單次沖擊能” 和 “沖 擊頻率”，還沒(méi)有簡(jiǎn)便易行的檢測(cè)手段。各生產(chǎn)廠(chǎng)家 為了研制開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和控制檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量水平，只 得借助于鑿巖機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)臺(tái)來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)品的技術(shù)性能。 盡管內(nèi)燃搗固機(jī)威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬試驗(yàn)臺(tái)可以部分滿(mǎn)足汽油破碎鎬單次 沖擊能和沖擊頻率的測(cè)量，但是由于鑿巖機(jī)運(yùn)行試驗(yàn) 臺(tái)設(shè)備龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主要用于鑿巖機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)商 對(duì)鑿巖機(jī)類(lèi)產(chǎn)品的出廠(chǎng)合格檢驗(yàn)，因此并不適合作為 生產(chǎn)廠(chǎng)家或者其他非專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)汽油破碎鎬的設(shè) 備。本文緊密結(jié)合地震行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目 “地震救援 裝備檢測(cè) / 校準(zhǔn)技術(shù)研究”，研發(fā)適合地震救援單位使 用的輕便型汽油破碎鎬性能檢測(cè)設(shè)備。這一工作將對(duì)

提升我國(guó)地震救援裝備、鐵路養(yǎng)護(hù)檢測(cè)水平具有重要意義。

2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1吸能器

威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊力，如果

不進(jìn)行緩沖，將對(duì)周?chē)?/span>環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響，甚至使周

圍的儀器設(shè)備無(wú)法正常工作。因此在測(cè)試過(guò)程中必須 將被測(cè)威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬安置于一個(gè)特別制作的吸能器之 上，以確保測(cè)試工作順利展開(kāi)。吸能器必須保證破碎 鎬在額定工作狀態(tài)下有效吸收沖擊力，同時(shí)還應(yīng)保證 采集系統(tǒng)不出現(xiàn)能量反射現(xiàn)象，且反射波能量不應(yīng)超 過(guò)入射波能量的 20% 。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際比較，檢測(cè)系

整個(gè)吸能器由一個(gè)內(nèi)裝淬硬鋼球的鋼管組成，鋼

管被牢牢地固定在一塊質(zhì)量至少為 300kg 的堅(jiān)硬基座 底板上以防止其反彈。被測(cè)破碎鎬的釬桿從吸能器的 上端插入頂住鋼砧，鋼砧下充滿(mǎn)鋼球。鋼管的熱處理 硬度應(yīng)為 62HＲC ± 2HＲC 或 750HV ± 10HV，鋼砧和

統(tǒng)選用了摩擦式吸能器，其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1   吸能器外形、結(jié)構(gòu)圖

進(jìn)口汽油內(nèi)燃搗固機(jī)/破碎鎬/鑿巖機(jī)/破碎機(jī)性能測(cè)試（威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯Cobra TT

測(cè)試釬桿的熱處理硬度應(yīng)為 55HＲC ± 2HＲC，鋼球的

熱處理硬度應(yīng)大于 63HＲC。如果測(cè)量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng) 對(duì)測(cè)試系統(tǒng)予以冷卻。

測(cè)試過(guò)程中，威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬產(chǎn)生的沖擊力經(jīng)測(cè)試釬 桿、鋼砧傳到鋼珠，鋼珠之間產(chǎn)生摩擦，大部分沖擊 能將變?yōu)闊崮苌l(fā)掉，從而起到緩沖和吸能作用。

2. 2系統(tǒng)標(biāo)定

檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器裝置是對(duì)稱(chēng)貼在測(cè)試釬桿兩側(cè)

的應(yīng)變片，考慮到應(yīng)力波的傳播速度，檢測(cè)系統(tǒng)選用

了電阻值 120Ω 的單軸應(yīng)變片。測(cè)試時(shí)，為了抵消測(cè) 試釬桿彎曲引起的測(cè)量誤差，系統(tǒng)采用對(duì)臂測(cè)量電 橋。對(duì)臂測(cè)量電橋是將兩枚工作片 Ｒ1 、Ｒ3 分別接在對(duì) 臂 AB、CD 上 ( 如圖 2 所示) ，Ｒ2 、Ｒ4 分別接在其它 兩對(duì)臂 BC、AD 上。這里 Ｒ2 、Ｒ4 采用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀內(nèi) 的電阻，電阻均是 120Ω。考慮到檢測(cè)過(guò)程耗時(shí)僅需 幾秒 ( 鐘) 的時(shí)間，這里忽略了溫度變化的影響，因 此未設(shè)置溫度補(bǔ)償片。可以證明 UDB 與橋臂電阻有如 下關(guān)系:

圖 2   測(cè)試電橋圖

初始狀態(tài)時(shí)，Ｒ1 = Ｒ2 = Ｒ3 = Ｒ4 = 120Ω，電橋處

于平衡狀態(tài)。當(dāng)釬桿發(fā)生變形時(shí)，各電阻的變化量分 別為 ΔＲ1 ， ΔＲ2 ， ΔＲ3 ， ΔＲ4 ， 輸出電壓的相應(yīng)變

化為:

在小應(yīng)變ΔＲ ＜ ＜ 1 的條件下，可以證明橋路輸出

電壓為:

由于 ΔＲ2 = ΔＲ4 = 0，且認(rèn)為 ΔＲ 僅由機(jī)械變形引起，

與溫度無(wú)關(guān)，同時(shí)認(rèn)為所使用的應(yīng)變片靈敏度系數(shù) Ks

相等，所以

式中:    為應(yīng)變片靈敏度系 數(shù); ε 為 應(yīng) 變 片 形 變;

ΔUDB ：為輸出電壓電壓的變化量汽油破碎鎬單次沖擊能的計(jì)算方法參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB 5621—2008 提出的沖擊能計(jì)算公式，即

式中: e 為能量，J; a 為貼有應(yīng)變片的桿的截面積，

m2 ;

c 為釬桿中的聲速，m / s; E 為釬桿楊氏模 量，

N / m2j 為積分點(diǎn)個(gè)數(shù) ( 至少 30 個(gè)積分點(diǎn)) ; Ｒ 為第 j

個(gè)積分點(diǎn)的應(yīng)力振幅，N / m2 ;   Δt 為相鄰積分點(diǎn)的時(shí)

間間隔，s。

當(dāng)波形采集系統(tǒng)采樣率恒定時(shí)，Δt 為常數(shù)，則上 式變?yōu)?/span>:

( 2)

為 標(biāo) 定 系 數(shù)，

式中:V為電橋輸出電 壓， V;

B為 標(biāo) 定 系 數(shù)，

由于應(yīng)變片自身參數(shù)及粘貼過(guò)程的不一致性，檢 測(cè)系統(tǒng)需要對(duì)新粘貼的應(yīng)變片進(jìn)行標(biāo)定，也就是對(duì)系 數(shù) B 進(jìn)行標(biāo)定。 參考 GB 5621—2008 提出的標(biāo)定方 法，檢測(cè)系統(tǒng)采用自由落錘法進(jìn)行標(biāo)定，并對(duì)標(biāo)定過(guò) 程進(jìn)行了改進(jìn)。標(biāo)定時(shí)，用一個(gè)具有導(dǎo)向裝置的鋼制 勻質(zhì)重錘自由下落沖擊測(cè)試釬桿，記錄采集到的沖擊 波形 ( 如圖 3 所示) 。

圖 3   標(biāo)定波形圖

計(jì)算時(shí)，參數(shù)   B 視作一個(gè)變量 C ( 能量系數(shù)) ，E

此時(shí)沖擊能:

由于重錘下落高度和重錘質(zhì)量已知，因此e = mg

式中  m 為重錘質(zhì)量; g 為當(dāng)?shù)刂亓?/span>加速度; h 為重

錘下落高度。式( 3和式( 4 )聯(lián)立即可求出能量系數(shù) C。

系統(tǒng)搭建和測(cè)試

系統(tǒng)搭建

搭建好的檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)物如圖 4，其硬件選 型 見(jiàn)

圖 4   搭建好的檢測(cè)系統(tǒng)圖

表1硬件選型及參數(shù)表

進(jìn)口汽油內(nèi)燃搗固機(jī)/破碎鎬/鑿巖機(jī)/破碎機(jī)性能測(cè)試（威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯Cobra TT

檢測(cè)試驗(yàn)被測(cè)樣機(jī)由德國(guó) Wacker 公司生產(chǎn)，型號(hào) BH23， 重量 23kg，使用年限 4 年。按照該威克諾森BH23/BH55/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬/汽油內(nèi)燃搗固機(jī)的操作章程 準(zhǔn)備好開(kāi)機(jī)工作后，就可以點(diǎn)火檢測(cè)了。

檢測(cè)過(guò)程應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則:( 1)

檢測(cè)時(shí)操作

者應(yīng)對(duì) 威克諾森BH23/BH55/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬/汽油內(nèi)燃搗固機(jī)施加至少為 200N 的 軸 向 推 力。

( 2) 應(yīng)在威克諾森BH23/BH55/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬/汽油內(nèi)燃搗固機(jī)穩(wěn)定工作過(guò)程中記錄不少于 25 個(gè)數(shù)量的入射波形，由此逐一計(jì)算出沖擊能，并取算 術(shù)平均值。( 3) 沖擊能數(shù)值應(yīng)測(cè)量 5 次以上，取測(cè)量 結(jié)果的算術(shù)平均值作為最終的沖擊能數(shù)值。

圖 5 是檢測(cè)系統(tǒng)采集到的威克諾森BH23/BH55/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬/汽油內(nèi)燃搗固機(jī)工作過(guò)程中 時(shí)長(zhǎng) 2. 5s 的波形圖，圖 6 是從圖 5 中截取的相鄰兩個(gè) 應(yīng)力波波形，圖 7 是單個(gè)應(yīng)力波波形。

由于檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)標(biāo)定完畢，將采集到的應(yīng)力波 形能量與標(biāo)準(zhǔn)落錘產(chǎn)生的應(yīng)力波形能量相比就可以得 出被測(cè)汽油破碎鎬單次沖擊能數(shù)值。重復(fù)以上過(guò)程， 獲得多次沖擊能數(shù)值經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析即可得出被測(cè)威克諾森BH23/BH55/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬/汽油內(nèi)燃搗固機(jī)破碎鎬 的平均沖擊能數(shù)值。

被測(cè)威克諾森BH23/BH55/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬/汽油內(nèi)燃搗固機(jī)沖擊頻率的計(jì)算可借助圖 5 實(shí)測(cè)波

工業(yè)計(jì)量 2011 年增刊 1

形。由于采樣率已知，因此只需計(jì)算出一定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的

應(yīng)力波個(gè)數(shù)即可計(jì)算出沖擊頻率。

表 2 是被測(cè)破碎鎬的測(cè)試結(jié)果 ( 25 次測(cè)試試驗(yàn)樣 本) 。從結(jié)果可以看出，使用 4 年后的破碎鎬沖擊能 比出廠(chǎng)值 55J 略有下降，沖擊頻率變化不大。

結(jié)論威克諾森BH23/BH55/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬/汽油內(nèi)燃搗固機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB / T 5621—

2008 建立，可以準(zhǔn)確檢測(cè)威克諾森BH23/BH55/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬/汽油內(nèi)燃搗固機(jī)的單次沖擊能和沖擊 頻率。在實(shí)際應(yīng)用中，檢測(cè)系統(tǒng)沒(méi)有完全照搬國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)，而是針對(duì)汽油破碎鎬和鑿巖機(jī)的不同進(jìn)行了諸多 改進(jìn)。項(xiàng)目所完成的檢測(cè)系統(tǒng)具有體積小巧、操作簡(jiǎn) 單、測(cè)量準(zhǔn)確、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)，改變了傳統(tǒng)測(cè)量 系統(tǒng)體積龐大、功能單一的缺點(diǎn)，使今后威克諾森BH23/BH55/汽油鑿巖機(jī)/汽油破碎鎬/汽油內(nèi)燃搗固機(jī) 的性能測(cè)試不再借助鑿巖機(jī)械的檢測(cè)設(shè)備，可以滿(mǎn)足 相關(guān)檢測(cè)部門(mén)的使用要求。

威克諾森BH 55汽油破碎鎬

BH23/BH55汽油拆除錘錘在拆除的入門(mén)級(jí)模型。在威克諾森系列其他拆遷鐵錘輕小，它專(zhuān)為專(zhuān)業(yè)的使用和印象其緊湊的尺寸和易用性。

55焦耳的單沖程沖擊能量

進(jìn)口汽油內(nèi)燃搗固機(jī)/破碎鎬/鑿巖機(jī)/破碎機(jī)性能測(cè)試（威克諾森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯Cobra TT

1300下每分鐘

內(nèi)部設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、低排放的威克諾森電機(jī)

簡(jiǎn)單的打擊樂(lè)系統(tǒng)維修現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)小油槍在中心油嘴

威克諾森BH23/BH55汽油破碎鎬/內(nèi)燃搗固機(jī)/汽油內(nèi)燃鑿巖機(jī)

技術(shù)參數(shù)

威克諾森BH23/BH55汽油破碎鎬/內(nèi)燃搗固機(jī)/汽油內(nèi)燃鑿巖機(jī)

ATLAS COPCO阿特拉斯科普柯內(nèi)燃搗固機(jī)眼鏡蛇、阿特拉斯汽油內(nèi)燃破碎鎬TT Cobra TT: 汽油破碎鎬(Hex 28x160) (1 1/8x6 1/4)

8318 0700 47

阿特拉斯·科普柯的汽油驅(qū)動(dòng)破碎鎬應(yīng)用范圍廣泛，如破碎混凝土、切割瀝青、夯實(shí)道碴等。所有這些工作均不需要?jiǎng)恿φ净螂娎|。ATLAS COPCO阿特拉斯科普柯內(nèi)燃搗固機(jī)眼鏡蛇、阿特拉斯汽油內(nèi)燃破碎鎬TT Cobra TT 特別針對(duì)夯實(shí)作業(yè)設(shè)計(jì)。它的工作頻率相對(duì)較高，沖擊能量經(jīng)優(yōu)化，可防止道碴粉末化。

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功能和特點(diǎn)

·                                 易于運(yùn)輸

·                                 快速就位

·                                 HAPS? 手臂保護(hù)系統(tǒng)

·                                 低排放

·                                 低噪音

應(yīng)用

除了枕木夯實(shí)外，ATLAS COPCO阿特拉斯科普柯內(nèi)燃搗固機(jī)眼鏡蛇、阿特拉斯汽油內(nèi)燃破碎鎬TT Cobra? TT 可用于軌道、交叉路口、交流道、火車(chē)站的全部維護(hù)工作：

·                                 釘牢木枕

·                                 挖掘電纜溝道

·                                 破碎混凝土

·                                 切割和壓緊瀝青

·                                 錘入樁柱和柵欄

鐵路養(yǎng)護(hù)專(zhuān)用進(jìn)口威克諾森-阿特拉斯科普柯汽油內(nèi)燃搗固機(jī)-破碎機(jī)-搗固鎬-破碎鎬-BH23-BH55-CobraTT

技術(shù)數(shù)據(jù)

·                                 單位:

·                                 公制

·                                 英制

鐵路養(yǎng)護(hù)專(zhuān)用進(jìn)口威克諾森-阿特拉斯科普柯汽油內(nèi)燃搗固機(jī)-破碎機(jī)-搗固鎬-破碎鎬-BH23-BH55-CobraTT

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