環(huán)保型高性能四驅(qū)靜力觸探車開(kāi)發(fā)

王建偉

摘 要：現(xiàn)有的靜力觸探車存在整車使用成本高、環(huán)境污染大、探桿貫入性能差等問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)狀，本產(chǎn)品采用國(guó)VI四驅(qū)底盤，優(yōu)化布局設(shè)計(jì)整車結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、外形結(jié)構(gòu)和尺寸，提高探桿貫入性能滿足深度觸探工作需求，優(yōu)化液壓系統(tǒng)控制液壓油消耗，改善液壓油箱的散熱系統(tǒng)，最終可以達(dá)到降低用戶使用成本、加快整機(jī)液壓系統(tǒng)靜壓速度、減小液壓油損耗、節(jié)能減排、提升靜力探觸車工作性能的目的，整車性能指標(biāo)具有很大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：環(huán)保型;高性能;四驅(qū)

中圖分類號(hào)：U461.99? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-45-03

Abstract： The existing static cone penetration testing vehicle has the problems such as high cost of the whole vehicle， large environmental pollution， poor penetration performance of the Rod， etc. . In view of the present situation， this product uses the national VI four-wheel drive chassis， the optimization layout design whole vehicle structure， the transmission way， the contour structure and the size， enhances the probe Rod penetration performance to meet the depth penetration detection work demand， the optimization hydraulic system control hydraulic oil consumption， by improving the heat dissipation system of the hydraulic oil tank， the purpose of reducing the user's use cost， speeding up the static pressure speed of the hydraulic system of the whole machine， reducing the hydraulic oil loss， saving energy and reducing discharge， and improving the working performance of the static probe car can finally be achieved， the whole vehicle performance index has a great competitive advantage.

Keywords： Environmentally friendly; High performance; Four wheel drive

CLC NO.： U461.99? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-45-03

前言

靜力觸探自 1917 年瑞典正式使用以來(lái)（螺旋錐頭式靜力觸探），迄今已有百余年的歷史。我國(guó)在 20 世紀(jì) 30 年代出現(xiàn)機(jī)械式的靜力觸探儀，并于70 年代研制出“雙橋”探頭。靜力觸探的基本原理就是用準(zhǔn)靜力（相對(duì)動(dòng)力觸探而言，沒(méi)有或很少?zèng)_擊荷載）將一個(gè)裝置有傳感器的觸探頭以勻速壓入土壤中。由于地層中土質(zhì)的硬度不同，探頭在貫入過(guò)程中所受的阻力也不同，貫入阻力可以從一個(gè)側(cè)面反應(yīng)土質(zhì)的強(qiáng)度。傳感器將大小不同的貫入阻力通過(guò)電信號(hào)傳輸?shù)接涗泝x中，通過(guò)貫入阻力與土壤的工程地質(zhì)特征之間的定性關(guān)系和統(tǒng)計(jì)關(guān)系，來(lái)實(shí)現(xiàn)分析土層剖面、確定淺基承載力、選擇樁端持力層和計(jì)算單樁承載力等工程地質(zhì)勘察目的。

靜力觸探主要由兩部分組成：一是貫入系統(tǒng)：由加壓裝置及反力裝置組成;二是量測(cè)系統(tǒng)：由安裝在探頭中的阻力傳感器和量測(cè)儀表組成。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，勘察測(cè)試技術(shù)在精細(xì)準(zhǔn)方面的要求已經(jīng)愈來(lái)愈高，提高原位測(cè)試的機(jī)械自動(dòng)化以及計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)信息的采集處理已是勘察工程發(fā)展的重要方向之一。

1 靜力觸探發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)靜力觸探儀的局限性體現(xiàn)在：

（1）施工速度慢，測(cè)試數(shù)據(jù)誤差較大;

（2）靜探測(cè)試資料不便于保存記錄，成果應(yīng)用困難;

（3）現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化程度不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大;

（4）施工機(jī)械易損傷，維修費(fèi)用昂貴。

現(xiàn)有的靜力觸探車改善了靜力觸探儀存在的一部分劣勢(shì)，具有施工速度快、數(shù)據(jù)收集方便、降低勞動(dòng)強(qiáng)度等方面的優(yōu)勢(shì)，但仍然存在整車使用成本高、環(huán)境污染大、探桿貫入性能差等問(wèn)題。

2 所需解決的問(wèn)題及技術(shù)突破

2.1 減少尾氣排放

經(jīng)過(guò)復(fù)雜的布局設(shè)計(jì)和動(dòng)力需求檢測(cè)，將動(dòng)力源由傳統(tǒng)的后輪兩驅(qū)變更為四驅(qū)，尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)從 GB17691-2005 國(guó) V 升級(jí)到 GB17691-2005 國(guó) VI。整車結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、外形結(jié)構(gòu)和尺寸均優(yōu)化布局設(shè)計(jì)以配合四驅(qū)動(dòng)力源的應(yīng)用。

2.2 提高探桿貫入性能

由于地層土質(zhì)不均勻，探桿的受力情況比較復(fù)雜。一般在靜力觸探過(guò)程中，觸探液壓系統(tǒng)給探桿向下的壓力 P，地層給探頭向上的阻力 N，土層給探桿向上的摩擦力 F，三個(gè)力達(dá)到如下關(guān)系時(shí)可進(jìn)行觸探：

P > N +F

N= Pc · A

A----探頭截面積;

Pc ---貫入阻力系數(shù)N/cm?;

F=∑α·π·di·li·fsi;

α---與探桿外徑、探頭或擴(kuò)孔器外徑有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取 0.3～1.0;

di ---土中探桿的外徑cm;

li ---在第 i 層土中同一外徑探桿的長(zhǎng)度cm;

fsi ---在第 i 層土中，探桿與土之間的摩擦阻力系數(shù)，N/cm?

當(dāng) P > N +F 時(shí)， 觸探可以進(jìn)行;當(dāng) P ≤ N +F 時(shí)，觸探無(wú)法繼續(xù)。

所以要實(shí)現(xiàn)靜力觸探過(guò)程必須滿足公式 P > N +F。

改進(jìn)后靜力觸探受力的方法研究：

可以看出，當(dāng)無(wú)法滿足上述公式時(shí)解決的方法一是增大壓力 P，二是減小摩擦力 F 和探頭阻力 N。

進(jìn)行靜力觸探時(shí)一般是在表層填土或雜填土開(kāi)挖后，下錨在比較軟的土層中，錨固反力 M 決定了壓力 P 的大小，即 P=M。實(shí)際觸探過(guò)程中，在不使用外部荷載的情況下，錨固反力 M 很難提高。

當(dāng)不使用外部荷載時(shí) P=M，最大錨固力不變;探頭阻力N=Pc·A不變，則只有通過(guò)減少 F 來(lái)實(shí)現(xiàn)P>N+F。

F=∑α·π·di·li·fsi ，系數(shù) fsi 為探桿與土之間的摩擦阻力系數(shù)，可以考慮通過(guò)減小 fsi 來(lái)實(shí)現(xiàn)減小F。在探頭的尾部連接一個(gè)比探頭和探桿的外徑略大擴(kuò)孔器，觸探工作時(shí)向探桿內(nèi)加入潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑劑通過(guò)擴(kuò)孔器的預(yù)留孔潤(rùn)滑探桿表面，減小探桿與土體的摩擦系數(shù)fsi ，使觸探阻力 F 減少，以提高探桿貫入性能，滿足深度觸探工作需求。

2.3 優(yōu)化液壓系統(tǒng)

靜力探觸車液壓系統(tǒng)管路為銅質(zhì)材料，銅質(zhì)材料有其韌性不足、抗疲勞性能弱、密封貼合性能差的先天缺陷，容易導(dǎo)致液壓油管路布局不合理、油管易損壞、液壓油泄露、液壓油流通不順暢、維修困難等問(wèn)題。因此，需要設(shè)計(jì)調(diào)整液壓油管路整體布局、研發(fā)更換管路材料、尋找密封性能更好的管路接頭密封材料。

經(jīng)過(guò)多種材料的篩選和實(shí)際的耐疲勞測(cè)試、韌度測(cè)試、密封性能測(cè)試，選定復(fù)合管材作為液壓油管的材料;選用復(fù)合墊片作為管路接頭密封材料;在管路設(shè)計(jì)方面，優(yōu)先考慮減少?gòu)澒?，使液壓油流通順暢?/p>

2.4 改善液壓油箱的散熱系統(tǒng)

常規(guī)靜力探觸車液壓油箱沒(méi)有設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)，存在因液壓油箱溫度過(guò)高導(dǎo)致整機(jī)喪失靜力探觸功能等問(wèn)題。需設(shè)計(jì)增加液壓油箱散熱系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)液壓油在高溫環(huán)境工作中充分散熱，滿足靜力探觸車可持續(xù)高強(qiáng)度工作的作業(yè)需要。

在原郵箱上增加 10 片散熱片，在散熱片兩端布置散熱風(fēng)扇及散熱孔。改進(jìn)后可以保證在高溫環(huán)境工作中液壓油充分散熱，整機(jī)持續(xù)作業(yè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

環(huán)保型高性能四驅(qū)靜力觸探車的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)通過(guò)對(duì)整車驅(qū)動(dòng)、探桿貫入、液壓系統(tǒng)布局、油箱散熱等各方面優(yōu)化，最終可以達(dá)到降低用戶使用成本、加快整機(jī)液壓系統(tǒng)靜壓速度、減小液壓油損耗、節(jié)能減排、提升靜力探觸車工作性能的目的，整車性能指標(biāo)具有很大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。