阿特拉斯牙輪鉆機(jī)CDM75E 液壓系統(tǒng)改造

呂秀梅，姜 鵬，鄒 偉，宋海濤，3

（1.遼寧瀚石機(jī)械制造有限公司，遼寧 阜新 123000；2.阜新市產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 遼寧 阜新 123000；3.阜新市生態(tài)環(huán)境建設(shè)投資(集團(tuán))有限公司，遼寧 阜新 123000）

CDM75E 牙輪鉆機(jī)在錫盟項(xiàng)目部進(jìn)行爆破鉆孔作業(yè)，是阿特拉斯·科普柯公司生產(chǎn)的1 款電力驅(qū)動(dòng)的牙輪鉆機(jī)[1]。該鉆機(jī)最大鉆孔直徑270 mm，具有自動(dòng)履帶行走、智能接卸桿等功能，但是，在實(shí)際使用過(guò)程中，液壓系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了眾多問(wèn)題，如采用閉式液壓系統(tǒng)，散熱效果不好，而且對(duì)液壓油的清潔度要求較高，每個(gè)動(dòng)作的液壓閥都采用負(fù)載敏感的電比例多路閥進(jìn)行單獨(dú)控制，電比例電磁閥價(jià)格昂貴，導(dǎo)致本機(jī)的維修價(jià)格過(guò)高。而且本液壓系統(tǒng)液壓泵眾多，CDM75E 牙輪鉆機(jī)共有9 個(gè)液壓泵[2-3]，維修不方便，經(jīng)過(guò)多年的使用，液壓元器件磨損嚴(yán)重，管路漏油現(xiàn)象頻發(fā)。為此，針對(duì)CDM75E 系列鉆機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了1 次升級(jí)改造，改造后的液壓系統(tǒng)更智能，操作更加方便，可靠性更高。

1 CDM75E 液壓系統(tǒng)

1）行走裝置。CDM75E 牙輪鉆機(jī)的行走系統(tǒng)采用2 個(gè)變量主泵和2 個(gè)定量馬達(dá)組成的閉式行走系統(tǒng)，2 個(gè)變量泵分別為每個(gè)馬達(dá)供油，從而驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)。為了節(jié)約液壓油箱的空間，原車行走液壓系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)，即液壓泵排除的液壓油進(jìn)入馬達(dá)，帶動(dòng)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)后液壓油不排回油箱液壓油直接進(jìn)入液壓泵。閉式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的開(kāi)式系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)更加緊湊，省去了控制換向的換向閥[4]，因此，原車行走系統(tǒng)的液壓泵為雙向變量液壓泵，通過(guò)改變泵的擺角方向，可以改變液壓油的出油與回油方向，從而實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，從而控制鉆機(jī)的前進(jìn)與后退。行走馬達(dá)設(shè)有停車駐車機(jī)構(gòu)，防止停車時(shí)鉆機(jī)發(fā)生移動(dòng)，鉆機(jī)設(shè)有單獨(dú)的解閘裝置，在行走之前進(jìn)行解閘操作。由于閉式系統(tǒng)的散熱性能不好，所以需要設(shè)置熱交換閥，需要時(shí)時(shí)將熱油排回油箱。為了保證系統(tǒng)中液壓油的充足，閉式系統(tǒng)的主泵上設(shè)有小排量的補(bǔ)油泵。在該閉式系統(tǒng)中還設(shè)有補(bǔ)油溢流閥和補(bǔ)油單向閥[5]，補(bǔ)油溢流閥限制最高補(bǔ)油壓力，補(bǔ)油單向閥依據(jù)兩側(cè)管路液壓油壓力的高低，選擇補(bǔ)油方向，向主油路低壓側(cè)補(bǔ)油，以補(bǔ)償由于馬達(dá)容積喪失所泄露的流量。主泵的最高工作壓力由遠(yuǎn)程溢流閥進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)[6-8]。

2）回轉(zhuǎn)裝置。鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置與鉆機(jī)左行走共用1 套液壓泵，通過(guò)液控?fù)Q向閥切換行走與回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)裝置采用2 個(gè)變量液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)，通過(guò)改變液壓泵的擺角方向與大小，從而控制馬達(dá)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)以及馬達(dá)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

3）加壓提升裝置。鉆機(jī)的加壓提升裝置與鉆機(jī)右行走共用1 套液壓泵，通過(guò)液控?fù)Q向閥切換行走與加壓提升。加壓提升裝置采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)頭上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)改變液壓泵的擺角方向與大小[9]，從而控制加壓與提升動(dòng)作。

4）輔助動(dòng)作。鉆機(jī)的支腿、鉆架舉升、卷纜、除塵油缸等輔助動(dòng)作采用1 個(gè)齒輪泵單獨(dú)供油，鉆機(jī)的收塵馬達(dá)采用1 個(gè)單獨(dú)液壓泵供油。每個(gè)輔助動(dòng)作，都采用1 個(gè)負(fù)載敏感多路閥單獨(dú)控制。輔助動(dòng)作的液壓泵都采用定量的齒輪泵，排量不可調(diào)節(jié)，系統(tǒng)產(chǎn)熱量過(guò)大。

5）液壓系統(tǒng)問(wèn)題。具體為：①液壓系統(tǒng)液壓泵眾多：液壓系統(tǒng)維修不便，同時(shí)維修成本過(guò)高；②行走、回轉(zhuǎn)、加壓支路采用閉式系統(tǒng)：閉式系統(tǒng)雖然占地面積小，同時(shí)省去了控制閥，但是，閉式系統(tǒng)散熱條件差，要求較高的過(guò)濾精度，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，后續(xù)維修成本過(guò)高[10-12]；③每個(gè)輔助動(dòng)作都單獨(dú)采用1 片負(fù)載敏感閥進(jìn)行操控：負(fù)載敏感閥成本較高，而且對(duì)液壓油清潔度要求較高，一但發(fā)生故障，維修成本過(guò)高；④鉆機(jī)行走解閘需要單獨(dú)操作，操作不方便；⑤缺少慢加壓功能：只能手工通過(guò)調(diào)節(jié)泵的擺角來(lái)控制加壓速度，導(dǎo)致打孔不方便；⑥采用多個(gè)定量齒輪泵：不能根據(jù)系統(tǒng)需要自動(dòng)調(diào)整泵的排量，多余的流量會(huì)從溢流閥溢流掉，功率損耗較大，同時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)熱嚴(yán)重。

2 CDM75E 液壓系統(tǒng)改造

改造后的液壓系統(tǒng)采用目前最為先進(jìn)的負(fù)載敏感技術(shù)，選用哈威公司的V30D 系列變量泵與PSV系列多路閥共同搭建負(fù)載敏感系統(tǒng)。

負(fù)載敏感變量可以根據(jù)閥的反饋壓力，實(shí)時(shí)改變泵的排量，同時(shí)，負(fù)載敏感泵帶有恒功率控制器，可以控制最大功率，目的是充分利用電動(dòng)機(jī)的功率，根據(jù)工作壓力調(diào)節(jié)泵的排量，以避免被泵吸收的功率超過(guò)電動(dòng)機(jī)提供的功率值。當(dāng)達(dá)到設(shè)定最大功率時(shí)，隨著壓力的增大，泵的排量開(kāi)始減小，從而保護(hù)電機(jī)不被損壞，同時(shí)，又可以滿足工作要求，在執(zhí)行元件力或扭矩的輸出不產(chǎn)生變化，只是速度的減小。負(fù)載敏感變量泵還配有壓力切斷裝置，可以保證在壓力過(guò)高時(shí)，壓力切斷閥打開(kāi)，從而改變泵的擺角，減小油液的輸出，從而減少系統(tǒng)中溢流閥的溢流，從而減少熱量散失[13]。

負(fù)載敏感比例多路閥采用電比例控制，不但可以遠(yuǎn)程遙控液壓系統(tǒng)，還可以通過(guò)改變電流大小，從而控制閥的開(kāi)口量，并通過(guò)LS 口反饋至液壓泵，控制泵的排量，使液壓泵按需提供系統(tǒng)所需的流量，從而減少功率損失，達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)多聯(lián)閥同時(shí)工作時(shí)，多路閥能通過(guò)定差減壓閥（流量分配閥）進(jìn)行流量分配。確保無(wú)論在負(fù)載如何變化時(shí)，流過(guò)比例換向閥的流量為固定值，從而不受負(fù)載變化影響[14]，保證執(zhí)行元件的運(yùn)行速度不發(fā)生改變。

1）行走液壓系統(tǒng)。改造后的行走液壓系統(tǒng)采用開(kāi)式系統(tǒng)，用2 片比例換向閥分別控制左右行走，通過(guò)改變換向閥的換向，從而控制行走馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的前進(jìn)與后退，改造后的液壓系統(tǒng)，行走馬達(dá)還采用了雙速變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)行走時(shí)快慢速的調(diào)節(jié)。馬達(dá)內(nèi)置平衡閥，保證鉆機(jī)行走時(shí)更加平穩(wěn)，防止發(fā)生由于慣性導(dǎo)致失速問(wèn)題的發(fā)生，從而保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

2）回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)。改造后回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)采用1個(gè)超級(jí)液壓馬達(dá)帶動(dòng)減速機(jī)的工作模式，與傳統(tǒng)液壓馬達(dá)相比，超級(jí)液壓馬達(dá)使用壽命更長(zhǎng)，穩(wěn)定性更好，由于回轉(zhuǎn)需要的流量較大，所以采用2 片閥合流，共同驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)。為了保證馬達(dá)的使用壽命，在馬達(dá)附近安裝有過(guò)載閥，限制馬達(dá)工作時(shí)的最大工作壓力。

3）加壓提升液壓系統(tǒng)。改造后的加壓提升液壓系統(tǒng)分為慢加壓和快加壓2 個(gè)工作模式，快加壓提升單獨(dú)用1 片負(fù)載敏感閥，用于帶動(dòng)鉆頭的快速移動(dòng)，慢加壓提升與輔助動(dòng)作共用1 片負(fù)載敏感閥[15]，慢加壓提升用于鉆機(jī)在鉆孔作業(yè)時(shí)慢速加壓。

4）輔助動(dòng)作液壓系統(tǒng)。改造后的鉆機(jī)的支腿油缸與鉆架舉升油缸共用1 片比例換向閥，比例換向閥負(fù)責(zé)控制油缸的換向操作，在每個(gè)動(dòng)作之路，都單獨(dú)設(shè)有電磁換向閥，用于單獨(dú)控制每個(gè)液壓支路的通斷，從而減少了比例換向閥的使用，1 個(gè)比例換向閥組合5 個(gè)電磁換向閥便可實(shí)現(xiàn)4 個(gè)支腿油缸與鉆架舉升油缸的分別動(dòng)作，從而節(jié)約了成本，也簡(jiǎn)化了操作。為了保證鉆架舉升過(guò)程中的安全性，在鉆架舉升油缸油口處安裝有防爆管閥，一但鉆架舉升之路發(fā)生油管爆破事件，在防爆管閥的作用下，油缸仍然能夠平穩(wěn)的降落，從而排除安全隱患。鉆機(jī)的卷纜、除塵油缸、離合器油缸等輔助動(dòng)作共用負(fù)載敏感閥配合電磁換向閥使用，實(shí)現(xiàn)每個(gè)動(dòng)作的單獨(dú)運(yùn)動(dòng)[16]。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)CDM75E 牙輪鉆機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造。①改造后的開(kāi)式系統(tǒng)，減少了液壓泵與輔助液壓閥的使用，簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng);②改造后的輔助動(dòng)作系統(tǒng)中，比例換向閥與電磁閥的組合使用，減少了多路閥的使用數(shù)量，節(jié)約了制造與維護(hù)成本;③改造后的開(kāi)式系統(tǒng)對(duì)液壓油的清潔度要求更低，系統(tǒng)的故障率更低，同時(shí)產(chǎn)熱量更少;④改造后的液壓系統(tǒng)，操作更加簡(jiǎn)便，工作效率更高。

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用發(fā)現(xiàn)，改造后的液壓系統(tǒng)與原車液壓系統(tǒng)相比，使用與維護(hù)都更加便捷，因此具有更好的使用與推廣價(jià)值。