帶壓開孔機的綠色制造提高動力驅動模塊優化

國家提出綠色制造和對制造業提出了更高的強化技術研發協同化創新發展要求，實現帶壓開孔設備工藝裝備化目標，實現精準研發，提高產品研發效率，達到工程類設備動力充足和最優化運行。

作業野外作業和工程類所使用的帶壓開孔機，液壓驅動的模式具有良好的兼容性、動力性能、抗破壞能力、便攜組裝、易于維護等優點被廣大施工隊伍所認可，尤其是DN1000-DN3000大口徑帶壓開孔施工中，表現極為出色。

帶壓開孔工程施工中采用的液壓模式，主要由由液壓動力輸出及液壓帶壓開孔機兩大設備組成。本文對帶壓開孔機的節能減排優化做簡要介紹：

1.帶壓開孔刀具的綠色制造設計

1.1帶壓開孔機的刀具分為中心定位鉆及帶壓開孔刀。其作用是在管道上進行鉆孔定位并進行管道切削。提高刀具的切削效率會大幅度減小帶壓開孔所需的時間和動力，在滿足工程質量的前提下，可以節約更多的能源減小能耗，有效地提高工人的工作效率。

針對帶壓開孔施工中的管材不同，刀具也相應地細化分類，并形成一系的型號，如：水泥管道開孔刀、碳鋼管開孔刀、X系列管道開孔刀、鑄鐵管道開孔刀、PE管道開孔刀等。

1.2刀具模數優化及減重制造

由于帶壓開孔刀在進行帶壓開孔施工中，刀具在通過短節及閥門后抵住管道后進行中心定位鉆孔時，刀具探出鉆體的行程越長，其刀具重量對鉆桿的壓力越大，驅動刀具切削時則需要更多的動力來維持。因此，刀具應當通過適當的減重來減少能源消耗并相應提高開孔效率。

1.2.1通過多次力學及機械實驗后發現，力矩通過帶壓開孔鉆桿傳遞刀具后，刀壁所承受的動力扭矩分布于開孔刀與鉆桿連接處的筒底及刀壁外側。因此，在設計新式開孔刀制造時采用了刀具底部加厚并做減重。因帶壓開孔刀具的不同尺寸，力矩分布也不相同，減重孔的分布按力矩分布進行合理設計。

以DN600刀具為例，使用了加厚底部3mm并做減重的刀具比原標準非減重的刀具重量減少10Kg，扭矩承受力則增加了40Nm。

對帶壓開孔工程施工而言，刀具所能承受的扭矩越大越好；而對于刀齒而言，大的扭矩可以提高切削力，但容易磨損。因此，刀具的扭矩根據尺寸不同，在保證扭矩的情況下，減重可實現減少能耗。

1.2.2刀壁減重是在保證刀齒切削時扭矩的情況下，合理地進行刀壁減重措施。刀壁厚度與開孔的管道材質相匹配。相對而言，為了便于維修和刀具更換刀齒，減重孔設計的尺寸不超過刀具1/5為宜。

1.3通過對帶壓開孔機不同齒輪箱振動頻譜的檢測結果，進行帶壓開孔機齒輪箱的重新設計和優化。

由于我國有些地區地形地貌、氣候特征與歐洲相比有特殊性，可能對標準設計的齒輪箱正常運行有一定影響。我國除沿海城市外，多處于山區或丘陵地帶。帶壓開孔機的作業區域較為復雜，而作為傳遞動力的裝置-齒輪箱，由于氣壓的不穩定性，導致齒輪箱長期處于復雜的交變載荷下工作。尤其是DN1000-DN3000的帶壓開孔設備安裝在管道上，甚至是幾十米高空，不可能容易地送到工廠檢修，因此經常進行設備的狀態監視可以及時發現問題，及時處理。

在我國北方地區，冬季氣溫很低，一些地區極端(短時)最低氣溫達到-40℃以下，帶壓開孔機變速箱如果長時間在低溫下運行將會被損壞。因此必須對齒輪箱加溫和保溫作業，才能使齒輪箱正常工作。尤其是齒輪油會因氣溫太低而變得很稠，無法飛濺潤滑齒頂或齒根部位而失去得到充分潤滑的條件，導致齒輪或軸承短時缺乏潤滑而損壞。

因此，在帶壓開孔齒輪箱設計時，應當對齒輪箱輸入的載荷進行頻譜分析，以及齒輪箱的振動頻譜，通過測試分析找出故障原因，并在設計制造中進行改進，如設計參數、加工工藝改變。尤其是針對復雜多變的山區及冷暖交替極端地區的使用，提高產品性能。

使用相應的監控手段及帶壓開孔機設備上溫度、轉速、力矩等數字化傳感器的大批量應用，才能及時地發現和預防設備損壞，提高帶壓開孔機的穩定性和安全性。

只有這樣，不僅提高了產品的質量及性能，還相應減少了更換配件的頻次，從綠色環保制造來說，也相應地實現了節能減排目標。