牙輪鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)在閉式回路中的應(yīng)用

（包鋼鋼聯(lián)股份有限公司巴潤(rùn)礦業(yè)分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014080）

牙輪鉆機(jī)液壓系統(tǒng)一般向各動(dòng)作機(jī)構(gòu)提供壓力油,閥組控制油缸或油馬達(dá)的動(dòng)作,冷卻系統(tǒng)起冷卻系統(tǒng)液壓油的作用,電纜卷筒液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電纜卷筒的收放。

一、原理

高壓油由閉式泵經(jīng)過(guò)多路閥到達(dá)回轉(zhuǎn)馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)整個(gè)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)。鉆桿的負(fù)載特性與鉆頭工作環(huán)境和轉(zhuǎn)速有關(guān)，巖石硬度大，要求的扭矩增大，回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)壓力增大。當(dāng)鉆桿轉(zhuǎn)速加快時(shí)，鉆頭和鉆桿所受巖層和巖壁摩擦力增大，回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)壓力也會(huì)升高。限制回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的壓力，可以達(dá)到限制鉆桿的扭矩的目的，而回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的壓力可以通過(guò)改變閉式泵的排量來(lái)調(diào)節(jié)。所以設(shè)計(jì)一個(gè)回轉(zhuǎn)限壓閥組，將回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的壓力信號(hào)引入閉式泵的伺服缸，調(diào)節(jié)閉式泵的排量，限制回轉(zhuǎn)系統(tǒng)壓力和鉆桿扭矩?；剞D(zhuǎn)限壓閥組的設(shè)計(jì)要求：回轉(zhuǎn)限壓閥組引入的壓力信號(hào)為調(diào)定值，閥組下游壓力不能影響已調(diào)定的開(kāi)啟壓力；閥組可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程壓力控制，即操作人員在駕駛室內(nèi)就可以對(duì)回轉(zhuǎn)限壓閥組進(jìn)行調(diào)壓，以達(dá)到保護(hù)鉆桿目的；閥組響應(yīng)速度要快，而且工作可靠；能夠保護(hù)伺服缸，防止引入的壓力信號(hào)對(duì)伺服缸形成沖擊。

二、牙輪鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)在閉式回路中的應(yīng)用

（一）先導(dǎo)式溢流閥回轉(zhuǎn)限壓閥組

分別引入兩臺(tái)閉式泵的高壓油路中的高壓油液，高壓油液的壓力達(dá)到溢流閥的調(diào)定壓力時(shí)，溢流閥開(kāi)啟，油液流向口，進(jìn)入閉式泵的伺服缸，降低閉式泵的排量，系統(tǒng)壓力隨之降低，減小扭矩，達(dá)到保護(hù)鉆桿的目的。調(diào)節(jié)進(jìn)入伺服缸的流量，對(duì)伺服缸進(jìn)行保護(hù)，阻尼孔是卸荷阻尼孔，伺服缸的液壓油從阻尼孔流出。由于所設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)限壓閥組出油口進(jìn)入伺服缸，缸內(nèi)會(huì)有一定量的液壓油產(chǎn)生背壓，所以對(duì)所建立的溢流閥施加一個(gè)背壓信號(hào)，上部為先導(dǎo)閥部分，下部主閥部分。設(shè)計(jì)邏輯閥為核心元件的回轉(zhuǎn)限壓閥組，是所選的邏輯插裝閥，其控制油口通過(guò)梭閥與電磁溢流閥連接，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)級(jí)調(diào)壓。高壓油進(jìn)入邏輯插裝閥，當(dāng)高壓油的壓力達(dá)到電磁溢流閥設(shè)定壓力再加上的彈簧壓力時(shí)，邏輯插裝閥就會(huì)開(kāi)啟，高壓油進(jìn)入閉式泵的伺服缸。監(jiān)測(cè)邏輯閥外控口壓力，將監(jiān)測(cè)信號(hào)傳遞回車(chē)載控制器電磁換向閥，當(dāng)閉式泵作為其他系統(tǒng)的動(dòng)力源時(shí)，回轉(zhuǎn)限壓閥組將不再開(kāi)啟。邏輯閥的位移輸出量與壓力輸入量之間的關(guān)系為二階振蕩環(huán)節(jié)，確定合適的可調(diào)參數(shù)，可以得到最小超調(diào)量而又最穩(wěn)定的二階系統(tǒng)。邏輯閥的下游壓力不會(huì)影響開(kāi)啟壓力，其開(kāi)啟壓力是由電磁溢流閥設(shè)定的，電磁溢流閥通過(guò)電流調(diào)定，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程壓力控制，同時(shí)其響應(yīng)迅速，完全符合回轉(zhuǎn)限壓的要求，所以邏輯閥回轉(zhuǎn)限壓閥組確定為最終的設(shè)計(jì)方案。限壓閥組中的邏輯閥閥口打開(kāi)，有油液流過(guò)，說(shuō)明當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到調(diào)定值時(shí)，回轉(zhuǎn)限壓閥組開(kāi)始工作，保持回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，限制鉆桿的扭矩。對(duì)邏輯插裝閥限壓閥組仿真及數(shù)學(xué)建模分析，結(jié)果表明邏輯閥的下游壓力不會(huì)影響開(kāi)啟壓力，同時(shí)其響應(yīng)迅速，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程壓力控制。

（二）設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)回路

在牙輪鉆機(jī)的鉆桿推進(jìn)與回撤工況，需要使用液壓缸來(lái)執(zhí)行鉆桿的動(dòng)作。通過(guò)換向閥，將其中一臺(tái)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)。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(wú)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(wú)桿腔的出油，需要將無(wú)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(guò)程中，鉆桿受重力作用而損壞鉆桿鉆。輔助回路主要用于鉆機(jī)的輔助動(dòng)作,如鉆塔的升降等，在大型鉆機(jī)上，需要使用兩臺(tái)開(kāi)式串泵和幾組前補(bǔ)償機(jī)制。同時(shí)，還需提供主要工作回路的控制油，如換向閥的切換，剎車(chē)閥的松開(kāi)等控制油路；系統(tǒng)所需的風(fēng)扇冷卻回路可以由開(kāi)式泵提供，也可以獨(dú)立出風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)回路。在鉆機(jī)的工作工況，鉆桿的回轉(zhuǎn)和推進(jìn)的動(dòng)作對(duì)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(guò)高，遇到卡鉆層，很容易讓鉆頭或鉆具損壞；在推進(jìn)工況，如果推進(jìn)壓力過(guò)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，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。

（三）裝配質(zhì)量直接影響著液壓系統(tǒng)的可靠性

為盡早發(fā)現(xiàn)新設(shè)備裝配時(shí)可能存在的問(wèn)題、確保組裝質(zhì)量,我們組織了經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員對(duì)新組裝鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)收,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)聯(lián)系廠家處理。在試運(yùn)行時(shí)對(duì)發(fā)生泄露的部位進(jìn)行觀察記錄,為液壓系統(tǒng)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、趨勢(shì)分析和故障診斷提供了原始參考點(diǎn)。執(zhí)行點(diǎn)巡檢制度執(zhí)行三級(jí)點(diǎn)巡檢制度,實(shí)現(xiàn)全員參與管理,把液壓系統(tǒng)的泄漏故障消除在萌芽狀態(tài)。三級(jí)點(diǎn)巡檢制度包括日常點(diǎn)檢,由操作人員完成,發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)異常,力所能及的排除小故障,如緊固松動(dòng)的管接頭專(zhuān)業(yè)點(diǎn)檢,由點(diǎn)檢員實(shí)行,對(duì)液壓系統(tǒng)重點(diǎn)部位檢查,發(fā)現(xiàn)隱患,排除故障精細(xì)化點(diǎn)檢,由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查、測(cè)定和分析改進(jìn)存在的缺陷以現(xiàn)在的工藝及裝配技術(shù),液壓系統(tǒng)難免存在缺陷,因此需結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行改進(jìn)。如我礦運(yùn)行的臺(tái)一型牙輪鉆機(jī),油泵站出油口的閘閥接頭處,從設(shè)備投人使用以來(lái),一直存在不同程度的泄漏。更換新閘閥,運(yùn)行一周后泄漏再次出現(xiàn)。因此,我們對(duì)油泵接頭進(jìn)行了改進(jìn),將閘閥的螺紋連接改造成法蘭連接,然后在法蘭處加裝防漏密封墊改進(jìn)后,一年內(nèi)未出現(xiàn)泄漏。

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)鍵不僅突破國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的開(kāi)式系統(tǒng)思路.而且具有很高的性?xún)r(jià)比和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。