瓦斯抽采鉆機液壓系統(tǒng)設(shè)計探討

甄志勇

（陽煤集團平舒煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 壽陽 045400）

引言

全液壓動力式坑道鉆機以其下鉆速度快、變速性能強、順序動作及聯(lián)動過程中工作效率高、能夠適應(yīng)不同環(huán)境的瓦斯抽采工作等優(yōu)點受到普遍使用。目前，我國礦井中瓦斯抽采所用鉆機大多為20世紀(jì)90年代時期研發(fā)和生產(chǎn)的，所采用的操控模式是手動控制，使用的動力元件是定量泵和手動變量泵。這種抽采鉆機具有對動態(tài)的響應(yīng)速度快、發(fā)生故障的幾率小、工作性能強、可靠性高的特點，采用變量泵作為液壓系統(tǒng)的動力元件在于變量泵在使用中的工況匹配性能較好，能夠減少能源的使用，達到節(jié)能的效果，然而在使用過程中受到溫度上升速度快的影響，其能量損耗量較大，實時性較差，導(dǎo)致在使用過程中穩(wěn)定性較差，這些方面的性能都有待提高。使用全液壓坑道鉆機在我國的發(fā)展歷史不長，使用上受限制較多。

1 閥控鉆機液壓系統(tǒng)

1.1 給進回路

隨著礦井下瓦斯抽采的不斷發(fā)展，技術(shù)人員對瓦斯抽采技術(shù)不斷探究，破除各項阻礙。在施工過程中，受到坑道空間不大，對施工造成限制的影響，采用袖缸直接推進動力的方式對坑道鉆機是最常用的方式，普遍對給進壓力進行控制，這一過程利用的工具是減壓閥。目前我國普遍使用減壓閥和溢流閥兩種閥門[1]。

1.1.1 減壓閥調(diào)壓回路

減壓閥自身具有結(jié)構(gòu)簡單的特點，而進口與減壓閥出口二者在壓力上沒有聯(lián)系，在工作中的給進機構(gòu)壓力穩(wěn)定，幾乎未受到影響。受到以上的影響，如果壓力發(fā)生變化，則可對孔內(nèi)情況進行了解，通過這一情況的不同系數(shù)調(diào)整壓力，將一個減壓閥串聯(lián)在液壓馬達的進油管或給進液壓缸上，以達到調(diào)整壓力的目標(biāo)。在實施過程中，加壓的目的在于當(dāng)給進速度進入液壓缸后，其工作壓力能夠隨著負(fù)載的變化而變化。受到一臺機器多種用途及在使用過程中工藝能夠?qū)崿F(xiàn)順利的廣泛適應(yīng)性的影響，需要對其產(chǎn)生的原因及影響進行分析，回路被用作鉆機是在壓力控制下，在減壓、鉆進等方面與鉆機具有相似之處，因而被當(dāng)做鉆機使用。

1.1.2 溢流閥調(diào)壓回路

溢流閥調(diào)壓回路在使用時期上較早，被使用到立軸式鉆機的回路方式中，這種調(diào)壓回路在垂直向下鉆進時，利用鉆機自重加壓由溢流閥對卸荷的工序進行打開，以此作為主要工作模式，這樣做的意義在于讓鉆具在自重加壓的過程中出現(xiàn)鉆壓不足的情況時，向孔底增加壓力，以便對溢流閥進行調(diào)節(jié)，并改善此種情況，促進鉆進工作的順利進行。液壓系統(tǒng)實現(xiàn)兩個溢流閥的并聯(lián)，并安置于副泵出口，在使用過程中溢流閥起到對系統(tǒng)中的最大壓力進行限制級對給進回路的工作壓力進行調(diào)節(jié)。

1.2 回轉(zhuǎn)回路設(shè)計

鉆機回轉(zhuǎn)速度根據(jù)不同底層而產(chǎn)生不同調(diào)節(jié)情況，具有較大變化，而其主要原因在于其余底層情況具有直接聯(lián)系。另外，當(dāng)回轉(zhuǎn)回路系統(tǒng)中出現(xiàn)工作壓力時，其負(fù)載變化在調(diào)速方式上是自動調(diào)整的，能夠?qū)φ{(diào)速方式進行自動適應(yīng)，調(diào)速方式主要包括容積調(diào)速和節(jié)流調(diào)速兩種方式，前者在調(diào)速中是最主要的[2]。

1.2.1 容積調(diào)速回路

橫扭矩輸出及恒功率輸出特性是容積調(diào)速回路中的主要特征，調(diào)速系統(tǒng)主要由變量馬達和定量泵兩個部分組成，在這兩個部分組成的系統(tǒng)包含以上方式的系統(tǒng)。在使用過程中，變量馬達和定量泵組成的容積調(diào)速回路，其調(diào)速范圍較小，受到這一影響，

導(dǎo)致定量泵在鉆機液壓系統(tǒng)中的使用情況較小。在鉆機中，使用時對回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，一般為降低，以達到增大轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)，這個過程中隨著轉(zhuǎn)矩的不斷增大，負(fù)載得到滿足，但是，在這種情況下的鉆進方式不能滿足工程進度的要求，其工作效率不高。在使用過程中，為了進一步調(diào)整回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速及負(fù)載，以便滿足所需值，從而對工作的可靠性和穩(wěn)定性進行提升，利用在容積調(diào)速回路的鉆機動力頭上設(shè)置機械變速的方式進行調(diào)整。

1.2.2 節(jié)流調(diào)節(jié)回路

氣流調(diào)節(jié)回路在使用中受到限制，而使用范圍和頻率較小，未能得到廣泛推廣。其把氣流閥在回轉(zhuǎn)回路進油口上進行并聯(lián)，并調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)馬達輸油量，促進鉆機效果的發(fā)揮?；谶@種工作模式的鉆機對能量消耗較大，且產(chǎn)生其他成本，不利于瓦斯抽采工作和礦區(qū)的管理。

2 泵控鉆機液壓系統(tǒng)

1）利用恒壓變量技術(shù)進行給進回路的控制，這個過程一般利用恒壓變量泵對壓力進行控制，此過程主要是達到壓力免受輸出流量變化帶來的影響，減少不良現(xiàn)象造成的影響，保證壓力的穩(wěn)定。

2）在泵控鉆機液壓系統(tǒng)中，對負(fù)載敏感技術(shù)進行研究不難發(fā)現(xiàn)，這種技術(shù)在使用上是根據(jù)其回轉(zhuǎn)回路上多路負(fù)載反饋功能具有的液態(tài)控制比例形成調(diào)節(jié)，以達到泵控負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)正常使用的目標(biāo)。進行液控比例控制的過程是對多路轉(zhuǎn)向閥進行開口調(diào)節(jié)的過程，并由手動閥位置的變化調(diào)整進行馬達量的控制，根據(jù)實際情況控制鉆機回轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)鉆機的平穩(wěn)運行。在使用系統(tǒng)過程中，通過液控比例的調(diào)節(jié)來對泵的流量輸出進行調(diào)節(jié)，另外，對調(diào)整壓力轉(zhuǎn)向閥的前后壓力差進行控制時，主要是對負(fù)載敏感閥的控制，這一動作有效緩解負(fù)載壓力變化帶來的不良影響。在使用中需要注意一點，受到負(fù)載壓力較泵出口壓力低的影響，需要根據(jù)實際情況對限壓范圍進行合理控制，這樣才能夠形成自動適應(yīng)負(fù)載的變化。提供及執(zhí)行元件與元件負(fù)載相適應(yīng)的流量和壓力，促進系統(tǒng)在未產(chǎn)生過多壓力的情況下進行平穩(wěn)運行是液壓泵主要作用。因此，針對回轉(zhuǎn)回路中的運行情況，對能量加以利用，并控制在限量范圍，能夠調(diào)節(jié)整體系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，并達到降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效益的效果。然而，液壓系統(tǒng)在使用上能夠加大對轉(zhuǎn)速控制的靈活度及可靠性，使用效果更為穩(wěn)定，能夠在很大程度上提高回轉(zhuǎn)運動機械性，并緩解負(fù)載的變化跨度過大而帶來的不良影響，有效保證和延長鉆機使用壽命，保證其使用質(zhì)量[3]。

3 結(jié)論

隨著技術(shù)的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，瓦斯抽采工作體系得到進一步完善，抽采鉆機系統(tǒng)設(shè)計得到快速發(fā)展，然而還存在一些急需解決的問題。泵控變量技術(shù)在瓦斯抽采鉆機液壓系統(tǒng)中得到普遍推廣是因為其存在以下幾方面特點：第一，這種技術(shù)的集成化程度較高，能夠順利解決常見技術(shù)性難題，機械設(shè)備發(fā)生故障的幾率較低，能夠有效提升工作的穩(wěn)定性；第二，這種技術(shù)在應(yīng)用過程中使能量消耗量較低，在負(fù)荷方面滿足流量的設(shè)置，對壓力變化的適應(yīng)性較強，具有較高的工作效率。第三，這種技術(shù)在成本方面雖然控制難度較大，但可根據(jù)不同環(huán)境進行設(shè)計。第四，可根據(jù)施工環(huán)境和方式的不同對控制方式進行選擇，主要包括液壓控制、氣動控制、電液控制和手動控制等。

[1] 馬念杰，李季，趙希棟，等.深部煤與瓦斯共采中的優(yōu)質(zhì)瓦斯通道及其構(gòu)建方法[J].煤炭學(xué)報，2015（4）：77-78.

[2] 閆保永.ZYWL-4000D經(jīng)濟型定向鉆機研制與應(yīng)用[J].煤炭工程，2016（8）：112-113.

[3] 劉令.井下瓦斯抽采集輸系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].廣東化工，2016（14）：88-89.