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挖掘力的測定檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-25 22:18:42 更新時(shí)間：2025-08-24 22:18:43

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

挖掘力的測定檢測：原理、方法與標(biāo)準(zhǔn)詳解

挖掘力的測定檢測是衡量機(jī)械設(shè)備，特別是工程機(jī)械如挖掘機(jī)、裝載機(jī)等在作業(yè)過程中對(duì)土壤、巖石或其他介質(zhì)進(jìn)行挖掘能力的重要技術(shù)手段。隨著工程建設(shè)的不斷推進(jìn)，對(duì)挖掘設(shè)備性能的精準(zhǔn)評(píng)估需求日益增強(qiáng)，挖掘力作為核心性能指標(biāo)之一，直接關(guān)系到設(shè)備的工作效率、能耗水平以及作業(yè)安全。挖掘力的測定不僅涉及機(jī)械動(dòng)力學(xué)、材料力學(xué)等多學(xué)科交叉知識(shí)，還依賴于先進(jìn)的檢測儀器和標(biāo)準(zhǔn)化的檢測方法。在實(shí)際應(yīng)用中，挖掘力的檢測能夠?yàn)樵O(shè)備選型、性能優(yōu)化、質(zhì)量控制及后期維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。通過精確的挖掘力檢測，企業(yè)可以有效避免設(shè)備“大馬拉小車”或“力不從心”的情況，提升施工效率與經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，該檢測也是產(chǎn)品認(rèn)證、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性審查、研發(fā)創(chuàng)新的重要組成部分，尤其在智能工程機(jī)械、綠色施工裝備領(lǐng)域，挖掘力的動(dòng)態(tài)監(jiān)測與優(yōu)化已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵方向。

主要檢測項(xiàng)目

挖掘力的測定檢測主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目：

最大挖掘力：指在額定工況下，挖掘臂末端鏟斗所能達(dá)到的最大作用力，通常在鏟斗齒尖處測量。
挖掘力分布特性：分析挖掘力在挖掘臂不同位置（如斗桿、動(dòng)臂、鏟斗）的傳遞與分布情況，評(píng)估力矩平衡。
動(dòng)態(tài)挖掘力：在實(shí)際工作過程中，挖掘力隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，用于評(píng)估設(shè)備在復(fù)雜工況下的穩(wěn)定性與適應(yīng)性。
挖掘效率與能耗比：結(jié)合挖掘力與單位能耗，評(píng)估設(shè)備的能效表現(xiàn)。

常用檢測儀器

為實(shí)現(xiàn)高精度、可重復(fù)的挖掘力檢測，需配備一系列先進(jìn)檢測儀器：

多通道力傳感器：安裝于動(dòng)臂鉸點(diǎn)、斗桿鉸點(diǎn)或鏟斗連接處，實(shí)時(shí)采集力信號(hào)，通常采用應(yīng)變片式或壓電式傳感器。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）：用于同步采集力、位移、速度、壓力等多參數(shù)信號(hào)，具備高采樣率（>1kHz）和抗干擾能力。
激光位移傳感器：用于監(jiān)測挖掘臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡與位移，輔助分析力臂長度變化對(duì)挖掘力的影響。
液壓壓力傳感器與流量計(jì)：測量液壓系統(tǒng)中油壓與流量變化，用于反推挖掘機(jī)構(gòu)的輸出力矩。
三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（如OptiTrack）：在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，可精確獲取設(shè)備各部件的空間姿態(tài)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)，配合力傳感器進(jìn)行力學(xué)建模。

典型檢測方法

挖掘力的檢測通常采用以下幾種方法：

靜態(tài)加載法：在設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)下，通過液壓缸施加預(yù)設(shè)載荷，測量對(duì)應(yīng)位置的力值，適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的基礎(chǔ)性能驗(yàn)證。
動(dòng)態(tài)工況實(shí)測法：在實(shí)際挖掘作業(yè)中，利用傳感器實(shí)時(shí)采集挖掘過程中的力、位移、速度等數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行力矩反演。
虛擬仿真與實(shí)測結(jié)合法：基于多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件（如ADAMS、SIMPACK），建立設(shè)備三維模型，通過實(shí)測數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模型，實(shí)現(xiàn)挖掘力的預(yù)測與優(yōu)化。
標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)循環(huán)法：按照規(guī)定的挖掘動(dòng)作流程（如挖土—回轉(zhuǎn)—卸料），重復(fù)執(zhí)行并記錄關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的挖掘力峰值與平均值。

相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)

目前，國內(nèi)外已建立了較為完善的挖掘力檢測標(biāo)準(zhǔn)體系，主要參考如下：

GB/T 25605-2010《土方機(jī)械挖掘機(jī) 挖掘力測定方法》：中國國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了挖掘機(jī)挖掘力的測試條件、測量方法、設(shè)備要求與結(jié)果評(píng)定。
ISO 6011:2020《Earth-moving machinery — Determination of digging forces》：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，適用于各類土方機(jī)械，強(qiáng)調(diào)測試工況的可重復(fù)性與數(shù)據(jù)可比性。
ASTM D6640-18《Standard Test Method for Measuring the Digging Force of Excavators》：美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，側(cè)重于現(xiàn)場測試方法與數(shù)據(jù)采集規(guī)范。
CEC 10-2021《工程機(jī)械挖掘力性能評(píng)價(jià)規(guī)范》：部分國家或地區(qū)行業(yè)組織制定的推薦性標(biāo)準(zhǔn)，用于設(shè)備能效與性能認(rèn)證。

綜上所述，挖掘力的測定檢測是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及檢測項(xiàng)目明確、儀器設(shè)備先進(jìn)、方法科學(xué)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)充分。隨著智能制造與數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展，未來挖掘力檢測將向?qū)崟r(shí)化、智能化、遠(yuǎn)程化方向演進(jìn)，為工程機(jī)械的性能優(yōu)化與智慧施工提供堅(jiān)實(shí)支撐。