旋挖钻机安全稳定性设计

旋挖钻机安全稳定准则：钻孔设备应能保证在正常使用条件下的稳定性，如在运输，移位行走作业等情况下，不造成重大人身安全事故。

稳定性判据：整机质心的投影应落在稳定区域内，且稳定力矩之和应大于倾翻力矩之和。

稳定角的定义：垂直于倾翻线的平面与该平面绕其与地面相交的轴线旋转过整机重心所形成的平面之间的夹角。稳定角是一个矢量（参见《钻机安全标准》）。

倾翻线：对于履带旋挖钻机、履带式打桩机来说，前后倾翻时的倾翻线为两履带与地面的接触线，左右倾翻时的倾翻线是每侧履带各支重轮外侧下部与履带接触区域中心的连线。

倾翻原点：倾翻线上有发生翻转角位移倾向且倾翻时最后离开地面的某一点。

倾翻始点：倾翻线上有发生翻转切向位移倾向且最先离开地面导致整机失稳的某一点。

稳定区域：对于履带旋挖式钻机、履带打桩机，稳定区域是由两条履带所构成的倾翻线上倾翻原点和倾翻始点间围成的矩形。

旋挖钻机的静态稳定性：在各种工况下设备不发生倾翻安全事故的性能指标。设计时一般用静态质心处的稳定角αs来校核验算，如图a所示。设定:通过倾翻原点的垂线y1为稳定角的基准线， 名为静态质心所对应的稳定角，αd为动态质心所对应的稳定角。

旋挖钻机的动态稳定性：是指旋挖钻机在各种可能工况下不发生颠覆正常工作状态的性能.所谓正常工作状态是指钻掘轴线与桅杆导轨不产生5度夹角（仅为参考值）的情况，如图a所示，设计时一般用动态质心处的稳定角αd的变化，即因施工时整机质心的变化而引起的整机稳定角的变量△α来校核验算。实际使用时，是用有限的几种极限工况下钻机的钻掘轴线与正常工作状态的钻掘轴线的夹角△α的变化值大小来评价，它是一种安全性指标，在旋挖钻机的基本结构布置与智能控制设计中是应优先考虑与保证的一个重要指标。

旋挖钻机属于不对称工作装置机械，而且倾翻对于旋挖钻机来说属于极其严重的工程事故，很容易发生车毁人亡的重大事故，所以，在对旋挖钻机进行设计时，对于旋挖钻机的静态稳定性的设计验算是必不可少的。 同样，旋挖钻机属于间隙作业机械，其面对的施工作业对象地质工程具有千变万化的随机性，即使相同的施工场地由于不同的地质构造的分层和不同的水土应力场，由于小型旋挖钻机施工过程的时空环境不断的变化，很容易发生正常作业状态的颠覆现象，导致钻掘轴线发生歪斜，致使多层滑移部件钻杆在伸缩过程中承受不断变化的弯矩和剪切力，从而产生不良的钻掘弯曲和破坏，此时若不及时处置，久而久之，就会导致发生重大的施工故障和安全事故。所以，随着旋挖钻机施工设计智能化进程的推进，如何确保高效、安全、环保地完成作业流程，对旋挖钻机进行各种工况，特别是极限工况的动态作业稳定性的分析计算，是十分必要的。此时，我们应对旋挖钻机进行分工况的设计分析，预测其动态稳定性的变化趋势，在电气系统的控制程序设计时，主动采取必要的对策，从而确保旋挖钻机的动态稳定性满足使用要求。

根据施工时承受各种载荷的情况，我们将对以下三种典型工况下旋挖钻机安全稳定性进行分析讨论：在钻掘加压工况下、钻机提升工况下以及整机回转工况下。

旋挖钻机各主要部件的质量是不完全对称于主机纵向中心线的，但即使有一些偏差对整机稳定性计算的影响并不大。在进行旋挖钻机安全稳定性计算时，以回转中心线与地面的交点为坐标原点建立维直角坐标系，如图b所示。

希望这篇《旋挖钻机安全稳定性设计》文章对正在进行挖掘机改装旋挖钻机朋友们也有所启示。