臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

郭光 江西水利職業(yè)學(xué)院

通常，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的生產(chǎn)率是垂直井的生產(chǎn)率的兩到五倍。鉆孔的距離取決于鉆機(jī)的機(jī)械能力。鉆機(jī)的扭矩，阻力和重量以及鉆機(jī)可以處理的套管重量決定了鉆孔的時(shí)間。另外，儲(chǔ)層厚度還將決定鉆孔的長(zhǎng)度。

1. 液壓系統(tǒng)組件

液壓技術(shù)是科學(xué)的一個(gè)分支，它涉及運(yùn)動(dòng)中液體的實(shí)際應(yīng)用（如能量傳遞或流動(dòng)效應(yīng)）。液壓理論基礎(chǔ)的很大一部分源于流體力學(xué)，即力和能量對(duì)液體和氣體的影響的研究。大多數(shù)液壓系統(tǒng)由以下部件組成：流體；儲(chǔ)液器；泵；執(zhí)行器；閥門(mén)。根據(jù)液壓系統(tǒng)的應(yīng)用，所有這些部件可能具有不同的設(shè)計(jì)和復(fù)雜性。

1.1 流體

液壓流體（或更準(zhǔn)確地說(shuō)，“液體”）是用于通過(guò)液壓系統(tǒng)承載壓力的介質(zhì)，該液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械力和運(yùn)動(dòng)。液壓油有多種選擇，每種都有特定的特性以匹配特定的應(yīng)用。

“理想”液壓油的一些基本特征包括：熱穩(wěn)定性；水解穩(wěn)定性（在水存在下能夠抵抗化學(xué)分解）；低化學(xué)腐蝕性；高抗磨損特性；使用壽命長(zhǎng)；成本低。

為滿足這些要求，經(jīng)常使用油基液壓油。這些流體可以設(shè)計(jì)成提供所需的粘度，抗磨損和抗腐蝕性能，幾乎沒(méi)有操作、安全或維護(hù)問(wèn)題。但是，某些應(yīng)用中應(yīng)避免使用油基液體。液壓油暴露在高溫和/或火焰中可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的火災(zāi)危險(xiǎn)。因此，臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床專用液壓油屬于耐火液壓油（FRHF）類別。

1.2 儲(chǔ)液器

水箱只是液壓油的儲(chǔ)水箱。根據(jù)應(yīng)用，儲(chǔ)存器具有不同的形狀和尺寸。它們?cè)O(shè)計(jì)用于為額定數(shù)量的操作工具提供足夠的流體容量，同時(shí)還保持儲(chǔ)備。此外，當(dāng)不使用工具時(shí)，儲(chǔ)存器必須足夠大以保持液壓系統(tǒng)的流體體積。在許多情況下，儲(chǔ)液器安裝在液壓泵附近。

1.3 泵

液壓泵是產(chǎn)生液體運(yùn)動(dòng)或流動(dòng)的裝置。泵不會(huì)產(chǎn)生壓力。在液體中，壓力是流動(dòng)阻力的函數(shù)。泵的作用是產(chǎn)生流量。液壓系統(tǒng)中使用的大多數(shù)泵都是正排量。對(duì)于泵送元件的每個(gè)循環(huán)，正排量泵移動(dòng)（或移動(dòng)）相同量的液體。由于泵送元件和泵殼之間的緊密公差，可以實(shí)現(xiàn)精確和一致的液體輸送。容積泵包括往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式。往復(fù)泵是一些最基本的正排量泵。它們包含入口和出口以及氣缸和活塞。旋轉(zhuǎn)泵包括齒輪泵（外部和內(nèi)部），葉片泵和活塞泵。

1.4 執(zhí)行器

液壓油、泵和動(dòng)力源產(chǎn)生流量和壓力。該壓力需要轉(zhuǎn)換回力和位移。 這是執(zhí)行器的工作。 執(zhí)行器可分為兩種類型：（1）線性（液壓缸），將壓力和流量轉(zhuǎn)換為線性力和位移；（2）旋轉(zhuǎn)（液壓馬達(dá)），將壓力和流量轉(zhuǎn)換為扭矩和角位移液壓馬達(dá)用于各種事物。液壓缸控制空中設(shè)備上的許多液壓工具的伸展和升高。

2. 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)元件選擇

2.1 千斤頂

瓶式千斤頂是單作用液壓缸，由簡(jiǎn)單的往復(fù)泵和釋放閥控制。泵上的手柄提供了以相對(duì)低的輸入力獲得大輸出力所需的杠桿作用。瓶口可以是單活塞，也可以包含伸縮活塞。許多瓶式千斤頂在活塞頂部具有螺紋柱，其可在延伸活塞之前延伸以獲得額外的高度。瓶式千斤頂設(shè)計(jì)用于軸向加載。任何側(cè)面或偏心負(fù)載都可能導(dǎo)致千斤頂不穩(wěn)定或液壓缸損壞。

瓶式千斤頂?shù)娜萘糠秶鷱?噸到50噸不等。一些瓶塞配有小型氣動(dòng)馬達(dá)，可用于代替手動(dòng)泵。這些被稱為“液壓空氣”瓶口。

落地千斤頂是另一種單作用氣缸，帶有手動(dòng)往復(fù)泵和釋放閥。液壓缸連接到一個(gè)在提升時(shí)樞轉(zhuǎn)的臂，形成一個(gè)3級(jí)杠桿。地板千斤頂上的提升點(diǎn)稱為鞍座。當(dāng)液壓活塞伸出時(shí)，提升臂樞轉(zhuǎn)抬起鞍座。然而，提升臂的旋轉(zhuǎn)也使得鞍座水平移動(dòng)以及垂直移動(dòng)。為了補(bǔ)償這種水平運(yùn)動(dòng)，地板千斤頂安裝在輪子上。落地千斤頂?shù)娜萘客ǔ?.5噸至20噸。

2.2 便攜式液壓套件

手動(dòng)操作的便攜式液壓套件通常被稱為便攜式動(dòng)力套件。它們由單作用往復(fù)式手動(dòng)泵和液壓軟管組成。泵可以連接到展開(kāi)工具或壓頭。閘板可以配備延伸部和各種端部附件。這些較小的液壓工具在狹窄區(qū)域非常有用。便攜式電源套件的容量從4噸到20噸不等。

2.3 輔助技術(shù)液壓支柱

另一種液壓工具是由液壓支柱。這些支柱是用于穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)支柱和液壓油缸的組合。液壓融合支柱由單獨(dú)的手動(dòng)液壓泵提供動(dòng)力，安全系數(shù)為2 : 1。三種不同尺寸的液壓融合支柱提供4、10和16米的提升/伸展距離。

3. 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的應(yīng)用

大多數(shù)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓救援系統(tǒng)都包含兩級(jí)泵（Holmatro使用三級(jí)軸流泵）。液壓工具將根據(jù)液壓流體壓力和流量的差異執(zhí)行不同的操作。壓力越高，工具的輸出力越大。更高的流體流動(dòng)導(dǎo)致更快的活塞運(yùn)動(dòng)和工具操作，但兩者都無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)。

液壓流體壓力的增加意味著流速的降低。同樣，流體流速的增加導(dǎo)致壓力降低。當(dāng)操作未負(fù)載的工具（例如打開(kāi)切割刀片）時(shí)，液壓工具用戶需要最大速度。為此，液壓泵在低壓/高流量階段（通常稱為階段1）運(yùn)行。

一旦工具遇到阻力，液壓泵就會(huì)自動(dòng)切換到高壓/低流量級(jí)（第2級(jí)），為工具提供最大工作壓力。液壓工具操作員有時(shí)會(huì)注意到這種切換表現(xiàn)為工具操作中的短暫停頓，當(dāng)它遇到阻力然后移動(dòng)以完成展開(kāi)/切割時(shí)。一些制造商現(xiàn)在將“渦輪”或“增壓”模式結(jié)合到他們的泵設(shè)計(jì)中。這種設(shè)計(jì)背后的意圖是，允許用戶將提供給單個(gè)工具的流體量加倍。在兩個(gè)泵級(jí)期間，流體的增加將增加連接工具的操作速度。大多數(shù)液壓救援工具使用控制閥。該閥門(mén)設(shè)計(jì)用于在操作員松開(kāi)手柄后恢復(fù)到空檔位置。這可以防止工具在不使用時(shí)意外移動(dòng)。其中還包括止回閥，以防止在流體流動(dòng)中斷時(shí)工具中的壓力損失（例如液壓管路或泵失效）。這允許工具保持負(fù)載直到可以恢復(fù)流體流動(dòng)。

吊具使用一組連接到活塞桿的臂，以在每個(gè)臂的尖端施加向外的力。它們可用于撬動(dòng)和傳播以及提升。吊具有不同的尺寸和不同的臂長(zhǎng)。較長(zhǎng)的臂在完全打開(kāi)時(shí)提供更大的擴(kuò)展距離。然而，這通常導(dǎo)致最大擴(kuò)展力的降低。吊具使用雙作用油缸，因此當(dāng)它們打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)，力施加到臂上。該閉合力可用于拉動(dòng)和夾緊物體。需要注意的一點(diǎn)是閉合力將小于開(kāi)啟力。這是因?yàn)榛钊谋砻娣e在兩側(cè)不相等。

切割機(jī)充當(dāng)液壓剪刀切割各種金屬。與擴(kuò)張器臂類似，切割器包含兩個(gè)連接到活塞桿的樞轉(zhuǎn)切割刀片。切割刀片的設(shè)計(jì)決定了可切割材料的尺寸、形狀和強(qiáng)度。雖然切割機(jī)也使用雙作用氣缸，但它們并非設(shè)計(jì)用于兩個(gè)方向。當(dāng)切割盡可能靠近刀片樞軸點(diǎn)（通常稱為“凹口”）時(shí)，實(shí)現(xiàn)最大的切割能力。另外，為避免損壞，切割刀片應(yīng)與待切割物體成90°角。

組合工具是吊具和切割機(jī)的混合動(dòng)力。它們被設(shè)計(jì)成具有擴(kuò)散和切割功能的多功能工具。 組合工具可能無(wú)法提供作業(yè)專用工具（如吊具或切割機(jī)）的最佳性能，但它們?cè)谝惑w化包裝中提供靈活性和解救選項(xiàng)。 與吊具和切割機(jī)一樣，組合工具配備有各種尺寸和設(shè)計(jì)的刀片。 要符合NFPA標(biāo)準(zhǔn)，組合工具必須作為吊具和刀具進(jìn)行測(cè)試。

4. 結(jié)語(yǔ)

液壓技術(shù)是科學(xué)的一個(gè)分支，它涉及運(yùn)動(dòng)中液體的實(shí)際應(yīng)用（如能量傳遞或流動(dòng)效應(yīng)）。臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)的一種類型，具有高效、穩(wěn)定的特點(diǎn)。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)液壓技術(shù)的特點(diǎn)合理選擇系統(tǒng)組件，綜合考慮系統(tǒng)負(fù)載和運(yùn)行效果，并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行檢驗(yàn)，從而確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。