进口汽油内燃捣固机/破碎镐/凿岩机/破碎机性能测试（威克诺森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯Cobra TT）
进口汽油内燃捣固机/破碎镐/凿岩机/破碎机性能测试（威克诺森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯Cobra TT）
进口汽油破碎镐/内燃捣固机/汽油凿岩机/汽油破碎机性能检测研究
张策，赵国存，闻 明
( 中国地震局地壳应力研究所，北京 100085)
［摘 要］ 文章参考国家标准 《凿岩机械与气动工具性能试验方法》 ( GB / T 5621—2008) 研发了一套适合检测汽油破
碎镐运行性能的测试系统，论述了系统两大关键技术 “吸能器的制作” 和 “系统标定”，完成了检测系统的测试试验工 作。所开发的检测系统具有体积小巧、操作简单、测量准确、工作效率高的优点，改变了传统测量系统体积庞大、功 能单一的缺点。
汽油破碎镐; 冲击能; 冲击频率
内燃捣固机/汽油凿岩机汽油破碎镐
轻便型内燃捣固机威克诺森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油凿岩机/汽油破碎镐Petrol Breaker广泛应用在建筑破拆行业之中，它是一种利用冲击能来击碎石块或水泥的冲击式机械。由于内燃捣固机威克诺森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油凿岩机/汽油破碎镐体积小，使用 方便，因此在破拆行业中发挥了重大作用，也十分适 合作为地震灾害现场的救援工具。然而至今我国还没 有对内燃捣固机威克诺森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油凿岩机/汽油破碎镐建立一套完善的检测制度，尤其对此 类工具的两个重要性能参数 “单次冲击能” 和 “冲 击频率”，还没有简便易行的检测手段。各生产厂家 为了研制开发新产品和控制检验产品的质量水平，只 得借助于凿岩机运行试验台来检验产品的技术性能。 尽管内燃捣固机威克诺森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油凿岩机/汽油破碎镐试验台可以部分满足汽油破碎镐单次 冲击能和冲击频率的测量，但是由于凿岩机运行试验 台设备庞大、结构复杂，且主要用于凿岩机生产厂商 对凿岩机类产品的出厂合格检验，因此并不适合作为 生产厂家或者其他非专业机构检测汽油破碎镐的设 备。本文紧密结合地震行业科研专项项目 “地震救援 装备检测 / 校准技术研究”，研发适合地震救援单位使 用的轻便型汽油破碎镐性能检测设备。这一工作将对
提升我国地震救援装备、铁路养护检测水平具有重要意义。
2系统关键技术
2.1吸能器
威克诺森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油凿岩机/汽油破碎镐在工作时会产生巨大的冲击力，如果
不进行缓冲，将对周围环境产生恶劣影响，甚至使周
围的仪器设备无法正常工作。因此在测试过程中必须 将被测威克诺森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油凿岩机/汽油破碎镐安置于一个特别制作的吸能器之 上，以确保测试工作顺利展开。吸能器必须保证破碎 镐在额定工作状态下有效吸收冲击力，同时还应保证 采集系统不出现能量反射现象，且反射波能量不应超 过入射波能量的 20% 。经过大量的实际比较，检测系
整个吸能器由一个内装淬硬钢球的钢管组成，钢
管被牢牢地固定在一块质量至少为 300kg 的坚硬基座 底板上以防止其反弹。被测破碎镐的钎杆从吸能器的 上端插入顶住钢砧，钢砧下充满钢球。钢管的热处理 硬度应为 62HＲC ± 2HＲC 或 750HV ± 10HV，钢砧和
统选用了摩擦式吸能器，其结构如图 1 所示。
图 1 吸能器外形、结构图
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测试钎杆的热处理硬度应为 55HＲC ± 2HＲC，钢球的
热处理硬度应大于 63HＲC。如果测量持续时间长，应 对测试系统予以冷却。
测试过程中，威克诺森BH23/BH55/阿特拉斯科普柯CobraTT/汽油凿岩机/汽油破碎镐产生的冲击力经测试钎 杆、钢砧传到钢珠，钢珠之间产生摩擦，大部分冲击 能将变为热能散发掉，从而起到缓冲和吸能作用。
2. 2系统标定
检测系统的传感器装置是对称贴在测试钎杆两侧
的应变片，考虑到应力波的传播速度，检测系统选用
了电阻值 120Ω 的单轴应变片。测试时，为了抵消测 试钎杆弯曲引起的测量误差，系统采用对臂测量电 桥。对臂测量电桥是将两枚工作片 Ｒ1 、Ｒ3 分别接在对 臂 AB、CD 上 ( 如图 2 所示) ，Ｒ2 、Ｒ4 分别接在其它 两对臂 BC、AD 上。这里 Ｒ2 、Ｒ4 采用动态应变仪内 的电阻，电阻均是 120Ω。考虑到检测过程耗时仅需 几秒 ( 钟) 的时间，这里忽略了温度变化的影响，因 此未设置温度补偿片。可以证明 UDB 与桥臂电阻有如 下关系:
图 2 测试电桥图
初始状态时，Ｒ1 = Ｒ2 = Ｒ3 = Ｒ4 = 120Ω，电桥处
于平衡状态。当钎杆发生变形时，各电阻的变化量分 别为 ΔＲ1 ， ΔＲ2 ， ΔＲ3 ， ΔＲ4 ， 输出电压的相应变
化为:
在小应变ΔＲ ＜ ＜ 1 的条件下，可以证明桥路输出
电压为:
由于 ΔＲ2 = ΔＲ4 = 0，且认为 ΔＲ 仅由机械变形引起，
与温度无关，同时认为所使用的应变片灵敏度系数 Ks
相等，所以
式中: 为应变片灵敏度系 数; ε 为 应 变 片 形 变;
ΔUDB ：为输出电压电压的变化量汽油破碎镐单次冲击能的计算方法参考国家标准
GB 5621—2008 提出的冲击能计算公式，即
式中: e 为能量，J; a 为贴有应变片的杆的截面积，
m2 ;
c 为钎杆中的声速，m / s; E 为钎杆杨氏模 量，
N / m2j 为积分点个数 ( 至少 30 个积分点) ; Ｒ 为第 j
个积分点的应力振幅，N / m2 ; Δt 为相邻积分点的时
间间隔，s。
当波形采集系统采样率恒定时，Δt 为常数，则上 式变为:
( 2)
为 标 定 系 数，
式中:V为电桥输出电 压， V;
B为 标 定 系 数，
由于应变片自身参数及粘贴过程的不一致性，检 测系统需要对新粘贴的应变片进行标定，也就是对系 数 B 进行标定。 参考 GB 5621—2008 提出的标定方 法，检测系统采用自由落锤法进行标定，并对标定过 程进行了改进。标定时，用一个具有导向装置的钢制 匀质重锤自由下落冲击测试钎杆，记录采集到的冲击 波形 ( 如图 3 所示) 。
图 3 标定波形图
计算时，参数 B 视作一个变量 C ( 能量系数) ，E
此时冲击能:
由于重锤下落高度和重锤质量已知，因此e = mg
式中 m 为重锤质量; g 为当地重力加速度; h 为重
锤下落高度。式( 3和式( 4 )联立即可求出能量系数 C。
系统搭建和测试
系统搭建
搭建好的检测系统实物如图 4，其硬件选 型 见
图 4 搭建好的检测系统图
表1硬件选型及参数表
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检测试验被测样机由德国 Wacker 公司生产，型号 BH23， 重量 23kg，使用年限 4 年。按照该威克诺森BH23/BH55/汽油凿岩机/汽油破碎镐/汽油内燃捣固机的操作章程 准备好开机工作后，就可以点火检测了。
检测过程应遵循以下几个原则:( 1)
检测时操作
者应对 威克诺森BH23/BH55/汽油凿岩机/汽油破碎镐/汽油内燃捣固机施加至少为 200N 的 轴 向 推 力。
( 2) 应在威克诺森BH23/BH55/汽油凿岩机/汽油破碎镐/汽油内燃捣固机稳定工作过程中记录不少于 25 个数量的入射波形，由此逐一计算出冲击能，并取算 术平均值。( 3) 冲击能数值应测量 5 次以上，取测量 结果的算术平均值作为最终的冲击能数值。
图 5 是检测系统采集到的威克诺森BH23/BH55/汽油凿岩机/汽油破碎镐/汽油内燃捣固机工作过程中 时长 2. 5s 的波形图，图 6 是从图 5 中截取的相邻两个 应力波波形，图 7 是单个应力波波形。
由于检测系统已经标定完毕，将采集到的应力波 形能量与标准落锤产生的应力波形能量相比就可以得 出被测汽油破碎镐单次冲击能数值。重复以上过程， 获得多次冲击能数值经统计分析即可得出被测威克诺森BH23/BH55/汽油凿岩机/汽油破碎镐/汽油内燃捣固机破碎镐 的平均冲击能数值。
被测威克诺森BH23/BH55/汽油凿岩机/汽油破碎镐/汽油内燃捣固机冲击频率的计算可借助图 5 实测波
工业计量 2011 年增刊 1
形。由于采样率已知，因此只需计算出一定时长内的
应力波个数即可计算出冲击频率。
表 2 是被测破碎镐的测试结果 ( 25 次测试试验样 本) 。从结果可以看出，使用 4 年后的破碎镐冲击能 比出厂值 55J 略有下降，冲击频率变化不大。
结论威克诺森BH23/BH55/汽油凿岩机/汽油破碎镐/汽油内燃捣固机检测系统参考国家标准 GB / T 5621—
2008 建立，可以准确检测威克诺森BH23/BH55/汽油凿岩机/汽油破碎镐/汽油内燃捣固机的单次冲击能和冲击 频率。在实际应用中，检测系统没有完全照搬国家标 准，而是针对汽油破碎镐和凿岩机的不同进行了诸多 改进。项目所完成的检测系统具有体积小巧、操作简 单、测量准确、工作效率高的优点，改变了传统测量 系统体积庞大、功能单一的缺点，使今后威克诺森BH23/BH55/汽油凿岩机/汽油破碎镐/汽油内燃捣固机 的性能测试不再借助凿岩机械的检测设备，可以满足 相关检测部门的使用要求。
威克诺森BH 55汽油破碎镐
BH23/BH55汽油拆除锤锤在拆除的入门级模型。在威克诺森系列其他拆迁铁锤轻小，它专为专业的使用和印象其紧凑的尺寸和易用性。
55焦耳的单冲程冲击能量
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1300下每分钟
内部设计经济、低排放的威克诺森电机
简单的打击乐系统维修现场的一个小油枪在中心油嘴
威克诺森BH23/BH55汽油破碎镐/内燃捣固机/汽油内燃凿岩机
技术参数
威克诺森BH23/BH55汽油破碎镐/内燃捣固机/汽油内燃凿岩机
| 威克诺森BH23/BH55汽油破碎镐 | ø 27 x 80 | hex 25 x 108 | hex 28 x 152 | hex 28 x 160 |
|---|---|---|---|---|
| 单次冲击能量 焦耳 (mkp) | 55 | 55 | 55 | 55 |
| 锤击次数 1/分钟 | 1.300 | 1.300 | 1.300 | 1.300 |
| 重量 千克 | 24 | 24 | 25 | 25 |
| 长 x 宽 x 高 毫米 | 777 x 492 x 346 | 777 x 492 x 346 | 833 x 492 x 346 | 833 x 492 x 346 |
| 发动机制造商 | Wacker Neuson | Wacker Neuson | Wacker Neuson | Wacker Neuson |
| 发动机型号 | WM 80 | WM 80 | WM 80 | WM 80 |
| 汽缸工作容积 立方厘米 | 80 | 80 | 80 | 80 |
| 工作功率 千瓦（米制马力） | 1,6 (2.18) | 1,6 (2.18) | 1,6 (2.18) | 1,6 (2.18) |
| 转速 1/分钟 | 4.250 | 4.250 | 4.250 | 4.250 |
| 汽油机油混合 | 50:1 | 50:1 | 50:1 | 50:1 |
| 油箱容积 升 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 |
| 燃料消耗 升/小时 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 |
ATLAS COPCO阿特拉斯科普柯内燃捣固机眼镜蛇、阿特拉斯汽油内燃破碎镐TT Cobra TT: 汽油破碎镐(Hex 28x160) (1 1/8x6 1/4)
8318 0700 47
阿特拉斯·科普柯的汽油驱动破碎镐应用范围广泛，如破碎混凝土、切割沥青、夯实道碴等。所有这些工作均不需要动力站或电缆。ATLAS COPCO阿特拉斯科普柯内燃捣固机眼镜蛇、阿特拉斯汽油内燃破碎镐TT Cobra TT 特别针对夯实作业设计。它的工作频率相对较高，冲击能量经优化，可防止道碴粉末化。
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功能和特点
· 易于运输
· 快速就位
· HAPS™ 手臂保护系统
· 低排放
· 低噪音
应用
除了枕木夯实外，ATLAS COPCO阿特拉斯科普柯内燃捣固机眼镜蛇、阿特拉斯汽油内燃破碎镐TT Cobra™ TT 可用于轨道、交叉路口、交流道、火车站的全部维护工作：
· 钉牢木枕
· 挖掘电缆沟道
· 破碎混凝土
· 切割和压紧沥青
· 锤入桩柱和栅栏
铁路养护专用进口威克诺森-阿特拉斯科普柯汽油内燃捣固机-破碎机-捣固镐-破碎镐-BH23-BH55-CobraTT
技术数据
· 单位:
· 公制
· 英制
技术规格 | |
长度 | 927 mm |
深度 | 331 mm |
把手间的宽度 | 611 mm |
发动机 | |
发动机类型 | 1 个气缸，双冲程 |
气缸排量 | 90 cc |
功率 | 1.5 kW |
冷却系统 | 风扇冷却 |
起动器系统 | 反冲式启动系统 |
燃油类型 | 90-100 无铅辛烷汽油 |
燃料容量 | 1 l |
燃油混合 (%) | 2 |
油类型 | 阿特拉斯·科普柯双冲程油或类似产品 |
柄尺寸 (mm) | 28x160 |
柄尺寸 (inch) | 1 1/8x6 1/4 |
重量 | 25 kg |
冲击能量 | 40 joule |
冲击速度 | 1620 blows/min |
燃油消耗 | 0.8 l/h |
振动级 3 轴向（破碎）(ISO 28927-10)* | 4.5 m/s² |
保证的声功率级，Lw (2000/14/EC)* | 109 dB(A) |
声压级 (ISO 11203)* Lp，r=1m | 96 dB(A) |
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