牙輪鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)在閉式回路中的應(yīng)用研究

1、牙輪鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)在閉式回路中的應(yīng)用研究2013-7-5 20:59:34  來源：計(jì)測網(wǎng)通訊員  點(diǎn)擊率： 16132 字號: 摘 要：對大中型牙輪鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出一種閉式系統(tǒng)的解決方案?；谠撓到y(tǒng)的特殊性，行走與工 作不同時(shí)進(jìn)行，采用閉式泵驅(qū)動行走馬達(dá)或回轉(zhuǎn)馬達(dá)和推進(jìn)液壓缸，實(shí)現(xiàn)閉式系統(tǒng)的高效應(yīng)用。使用開式泵、PVG閥、PLUS+1控制器和傳感器去構(gòu)建系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的輔助功能。該方案在大中型巖心鉆中具有很高的性價(jià)比。0引言隨著全球能源的日趨枯竭，能源儲備和利用已經(jīng)成為每個(gè)國家戰(zhàn)略要求。在國內(nèi)，礦石和煤炭等資源的需求日趨緊張，引起采礦與探礦業(yè)的巨大市場需 求

2、。目前，大型的牙輪鉆機(jī)主要依靠進(jìn)口，價(jià)格在600萬以上，國內(nèi)生產(chǎn)的大型鉆機(jī)大部分采用開式回路，在大型鉆機(jī)應(yīng)用中成本較高。本文旨在介紹一種最佳性 價(jià)比的閉式系統(tǒng)鉆機(jī)方案。1閉式系統(tǒng)的牙輪鉆機(jī)方案1.1方案優(yōu)勢在大中型鉆機(jī)的設(shè)計(jì)中，開式系統(tǒng)的方案有以下缺點(diǎn)：開式泵效率低;所需主閥數(shù)量多，價(jià)格貴;系統(tǒng)的壓力等級不會超過350bar，整車的爬坡性 能受影響;油箱較大，占用車身體積較大;系統(tǒng)的元件較多，不利于維修時(shí)的排查故障。使用閉式系統(tǒng)的方案，不僅擁有閉式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，而且能省去主要回路的主 閥的成本，相比開式系統(tǒng)，在大中型鉆機(jī)上應(yīng)用，具有很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。1.2方案原型大中型的牙輪鉆機(jī)行走在惡劣環(huán)境中，

3、對行走驅(qū)動系統(tǒng)提出苛刻的要求。使用兩臺閉式泵和兩臺定量馬達(dá)構(gòu)建雙邊驅(qū)動方案，最大系統(tǒng)壓力可達(dá)到 450bar，滿足惡劣的履帶行走工況需求。由于鉆機(jī)在行走時(shí)不工作，工作是步行走，可以在回路中增加換向閥，切換行走工況和工作工況下的油源：即第一臺 閉式泵在行走工況，與左行走馬達(dá)構(gòu)成閉式回路，驅(qū)動左行走履帶;在工作工況，切換驅(qū)動回轉(zhuǎn)馬達(dá)，構(gòu)成新的閉式回路;第二臺閉式泵在行走工況驅(qū)動右行走馬 達(dá)，在工作工況，切換到鉆桿的推進(jìn)和回撤的工況，構(gòu)成新的閉式回路。系統(tǒng)中的其他輔助動作，由于所需壓力不高，流量不是很大，可以通過小排量的開式泵和小流量的PVG閥來實(shí)現(xiàn);系統(tǒng)的先導(dǎo)控制油和風(fēng)扇冷卻可以充分利用開式系統(tǒng)的

4、油源，以便保持系統(tǒng)的最佳性價(jià)比。2閉式系統(tǒng)的牙輪鉆機(jī)方案的實(shí)現(xiàn)牙輪鉆機(jī)的液壓回路分為以下四部分：驅(qū)動回路、推進(jìn)回路、回轉(zhuǎn)回路、輔助回路。2.1驅(qū)動回路使用兩臺閉式泵和兩臺插裝馬達(dá)(定量或變量)構(gòu)建經(jīng)典雙邊驅(qū)動系統(tǒng)。泵用電比例排量控制，變量馬達(dá)用兩位電控或液控，一般在牙輪鉆機(jī)的應(yīng)用中， 行走不是主要的工況，可以使用定量馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是最大車速較低。設(shè)定系統(tǒng)最大壓力450bar，提高系統(tǒng)的爬坡性能。液壓原理圖，如圖1所示。在閉式回路中，必須引入沖洗流量來解決系統(tǒng)的發(fā)熱?？梢栽谛凶唏R達(dá)上增加沖洗閥，或者如圖1所示，在系統(tǒng)回路里面增加沖洗閥。兩種沖洗方式不要同時(shí)共存于一個(gè)回路。2.2推進(jìn)回路在牙輪鉆

5、機(jī)的鉆桿推進(jìn)與回撤工況，需要使用液壓缸來執(zhí)行鉆桿的動作。通過換向閥，將其中一臺閉式泵的油源從行走工況切換到推進(jìn)工況，與推進(jìn)液壓缸構(gòu)成新的閉式系統(tǒng)。液壓原理圖如圖2所示。由閉式泵與液壓缸構(gòu)成的閉式系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)牙輪鉆機(jī)方案的難點(diǎn)。在鉆桿推進(jìn)工況，無桿腔進(jìn)油，有桿腔出油。由于兩腔的面積不同，流入與流出液壓缸的油液體積不同，需要在有桿腔側(cè)補(bǔ)充油液(補(bǔ)油)。在鉆桿回撤工況，有桿腔進(jìn)油少于無桿腔的出油，需要將 無桿腔多余的油液從溢流閥排出，流回油箱。該液壓缸需要帶特殊平衡閥，維持低壓側(cè)的背壓，避免在向下推進(jìn)過程中，鉆桿受重力作用而損壞鉆桿鉆具的現(xiàn)象。圖 3所示是阿特拉斯PV351E機(jī)型所用的液壓缸平衡閥。B

6、1、B2口接推進(jìn)液壓缸的無桿腔，A1、A2口接有桿腔。根據(jù)不同的鉆進(jìn)工況，鉆桿需要增加快進(jìn)的功能。一種簡單實(shí)用的方式是將有桿腔流出的油，一部分引入無桿腔，實(shí)現(xiàn)液壓缸的快速進(jìn)給工況。簡單原理圖如圖4所示。2.3回轉(zhuǎn)回路兩臺馬達(dá)和減速箱可以實(shí)現(xiàn)動力頭的回轉(zhuǎn)工況?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)所需的油源來自另一臺閉式泵，與推進(jìn)工況類似，需要換向閥來切換。原理圖如圖5所示。2.4輔助回路輔助回路主要用于鉆機(jī)的輔助動作，如鉆塔的升降、支腿找平液壓缸的動作，裝卸鉆桿用的扳手動作等，在大型鉆機(jī)上，需要使用兩臺開式串泵和幾組 PVG32閥(閥前補(bǔ)償機(jī)制)，最多時(shí)需要21片工作聯(lián)。同時(shí)，還需提供主要工作回路的控制油，如換向閥的切換，

7、剎車閥的松開等控制油路;系統(tǒng)所需的風(fēng)扇 冷卻回路可以由開式泵提供，也可以獨(dú)立出風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)回路。3遠(yuǎn)程調(diào)壓控制在鉆機(jī)的工作工況，鉆桿的回轉(zhuǎn)和推進(jìn)的動作對系統(tǒng)壓力提出了一定的要求。在回轉(zhuǎn)工況，如果系統(tǒng)壓力過高，遇到卡鉆層，很容易讓鉆頭或鉆具損壞; 在推進(jìn)工，如果推進(jìn)壓力過高，也易使鉆具損壞。另外，鉆桿的回轉(zhuǎn)和推進(jìn)使用的是行走的泵，該泵在行走工況系統(tǒng)壓力設(shè)定較高，在工作工況必須調(diào)整系統(tǒng)的最高 壓力，所以，在閉式系統(tǒng)中，加入遠(yuǎn)程調(diào)壓閥，滿足鉆機(jī)的實(shí)際工作需求。同時(shí)，在該遠(yuǎn)程調(diào)壓閥前，應(yīng)增加2位2通閥，在行走工況時(shí)，該閥切斷遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的控 制。具體原理圖見圖6。4 PLUS+1控制在牙輪鉆機(jī)的系統(tǒng)解決

8、方案中，液壓元件(除液壓缸外)均來自薩澳公司，對其進(jìn)行控制有一種更好的解決方案，使用PLUS+1控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。它不僅能提供100MHz的處理速度，而且擁有完善的控制模塊，與液壓元件連接非常方便快速?？刂破鞯木幊誊浖呀?jīng)將泵、馬達(dá)和PVG閥的控制模塊加入其中，不需要繁瑣的定義與標(biāo)定。全系列的電控手柄家族和人機(jī)界面，操作簡易舒適。5結(jié)論牙輪鉆機(jī)的閉式系統(tǒng)方案，在大中型鉆機(jī)的應(yīng)用上，是一種合理的液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn);采用性能可靠的進(jìn)口液壓元件，是鉆機(jī)成功的關(guān)鍵;該方案不僅突破國內(nèi)傳統(tǒng)的開式系統(tǒng)思路，而且具有很高的性價(jià)比和競爭優(yōu)勢。參 考 文 獻(xiàn)1 Atlas Copco. Operating and Maintenance Manual.CPN57673006, 2005-6.2 Sauer-Danfoss. Products Catalogs. 2010-7.3 Sandvik. Sandvik Mining and Construction Handouts.DK75S,2003-3.4李建華，劉凡柏.YDX-3型全液壓巖心