旋挖钻机液压系统设计论文

中 南 大 学本科生毕业论文(设计)题 目 旋挖钻机液压系统设计 学生姓名 指导教师 学 院 专业班级 完成时间 2011 年 6 月 1 日 毕 业 论 文 (设 计 )任 务 书 及 成 绩 评 定 表题 目 旋挖钻机液压系统设计 学生姓名 指导教师 学 院 专业班级 本科生院制中 南 大 学毕业论文（设计）任务书学生姓名：巫将毕业论文（设计）题目 旋挖钻机液压系统设计 题目类型 工程设计 题目来源 生产实际题 1 2毕业论文（设计）时间从 2011 年 2 月 21 日至 2011 年 6 月 9 日1. 毕业论文（设计）内容要求：1) 查阅 10 篇以上相关文献资料，其中至少 2 篇是外文文献；2) 翻译一篇 3000 字以上、与专业相关的英文文献；3) 了解旋挖钻机的工作原理和结构特点；4) 分析现有旋挖钻机存在的问题并提出改进方法；5) 设计旋挖钻机的液压系统，完成系统匹配计算,元件选型；6) 完成旋挖钻机液压系统的总体结构设计；7) 绘出液压原理图和总装配图；8) 具体技术参数：最大扭矩 T=20tm，钻孔深度 h=40m，动力头转速n=025r/min，液压系统工作压力 Pmax=30MPa,装机功率 N 电机 160KW，主卷扬提升重量 m-160KN，行走速度 v 行走 =01 公里 /hr，回转速度 v 回转 =03r/min ； 9) 格式和内容要求：图纸数量折合标准图纸不少于 3 张 A1 图纸，其中计算机绘图不少于 2 张；论文格式和内容符合中南大学机电工程学院的统一格式和规范要求。1题目类型：( 1)理 论 研 究 (2)实 验 研 究 (3)工 程 设 计 (4)工 程 技 术 研 究 (5)软 件 开 发2题目来源：(1)教师科研题(2)生产实际题(3)其它2.主要参考资料1 章宏甲, 黄谊 . 液压传动M. 北京：机械工业出版社, 2003.2 雷天觉主编.液压工程手册 M . 北京：机械工业出版社, 1990.3 张利平.液压传动系统及设计M. 北京：化学工业出版社，2005.4 徐灏主编.机械设计手册（ 5 卷）M. 北京：机械工业出版社，1992.5 王春行主编液压控制系统M北京：机械工业出版社， 2002.6 张利平液压阀原理、使用与维护M. 北京：化学工业出版社，2005.7 Rexroth 液压元件产品样本 .8 Kompass 液压液压元件产品样本.9 Ravi Doddannavar, Andries Barnard. Practical hydraulic systems M Elsevier Science & Technology Books. 2005.10 Hebert Merritt. Hydraulic control system M John Wiley & Sons, Inc. 1967.11 Peter Keith Brain Hodges etl. Hydraulic fluids M Arnold.1996.3.毕业论文（设计）进度安排阶段 阶 段 内 容 起止时间前期 熟悉课题、调研、收集资料、英文翻译 2 月 21 日之前中期 实习、方案确定、设计计算、元件选型 2 月 21 日至 5 月 7 日后期 结构设计、绘图、说明书整理 5 月 8 日至 5 月 31 日答辩准备 检查图纸、论文，勘误、论文装订 6 月 1 日至 6 月 7 日答辩 6 月 8、9 日答辩指导教师（签名） _ 时间：_系(所)主任(签名) _ 时间：_主管院长（签名）_ 时间：_中 南 大 学毕业论文（设计）成绩评定表（一）指导教师评语建议成绩 指导教师 _年_月_日中 南 大 学毕业论文（设计）成绩评定表（二）论文（设计）评阅人评语建议成绩 论文（设计）评阅人 _年_月_日中 南 大 学毕业论文（设计）成绩评定表（三）答辩意见答辩成绩 答辩委员会（小组）负责人 _年_月_日学院领导小组审查意见：成绩评定 负责人 _年_月_日目录摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 绪论 .11.1 旋挖 钻机简介 .11.2 旋挖钻机的优点 .21.3 旋挖钻机的发展历史与国内研究现状 .31.3.1 旋挖钻机的发 展历史 .31.3.2 国内 研究现状 .41.4 本论文的主要内容和意义 .6第 2 章 旋挖钻机液压系统分析与设计 .72.1 旋挖钻机现有问题及其液压系统分析 .72.2 旋挖钻机液压系统的设计 .72.2.1 主阀和辅 助阀控制部分设计 .72.2.2 动力头马达液压回路设计 .92.2.3 主卷扬液压回路设计 .102.2.4 副卷扬液压回路设计 .122.2.5 左右行走马达液压回路 .132.2.6 上车回转液压回路设计 .142.2.7 变幅油缸液压回路设计 .142.2.8 加压液压回路设计 .162.2.9 履带展宽油缸液压回路设计 .16第 3 章 液压元件计算和选型 .183.1 执行元件的计算和选型 .183.1.1 动臂变幅 油缸的计算选型 .183.1.2 加压油缸的计算选型 .193.1.3 履带展宽油缸的计算选型 .203.1.4 桅杆变幅 油缸的计算选型 .203.1.5 动力头马达的计算选型 .213.1.6 副卷扬马达的计算选型 .213.1.7 主卷扬马达的计算选型 .223.1.8 行走马达的计算选型 .233.1.9 回转马达的计算选型 .233.2 泵的计算和选型 .243.2.1 主泵的选型 .243.2.2 辅助泵的选型 .243.2.3 伺服泵的选型 .253.3 阀类元件的选型 .253.3.1 主阀和辅助阀的选型 .253.3.2 压力控制阀的选型 .253.3.3 流量控制阀的选型 .283.3.4 方向控制阀的选型 .283.4 辅助元件及工作 介质的选择 .293.4.1 油箱的容量计算与选型 .293.4.2 过滤器的选型 .293.4.3 空气滤清器的选型 .303.4.4 液压工作介质的确定 .303.5 液压系统主要性能验算 .313.5.1 液压系统效率 的估算 .313.5.2 液压系统发热量计算 .323.5.3 液压系统散热计算 .323.5.4 冷却器的选型 .32第 4 章 液压系统的结构设计 .334.1 液压装置结构类型的确定 .334.2 泵站的设计 .334.2.1 泵组布置方式的选择 .334.2.2 液压油箱的设计 .34第 5 章 总结 .36致 谢 .37参考文献 .38附 录 .39I摘 要旋挖钻机是一种技术含量和机电液集成度高的大口径桩基础工程高端成孔装备，具有钻孔效率高、质量好、噪声低等优点，广泛应用于铁路公路桥梁、高层建筑等各种桩基础工程的施工，并且在桩基础工程中扮演着越来越重要的角色。针对目前国内市场上大中型旋挖钻机占据主导地位的现状，为填补市场缺陷，本文主要是设计一种适合小型旋挖钻机的液压系统。通过分析旋挖钻机的现有问题，提出了解决动力头马达易坏和变幅油缸联接座开裂等问题的相应办法，并对比了主卷扬的三种常见控制方案，从中提出了综合各自优点的新方案。本文完成的主要内容包括分析旋挖钻机现有问题并提出解决办法，旋挖钻机液压系统的设计，液压元件计算选型和泵站设计。关键词: 旋挖钻机; 动力头马达; 变幅油缸; 控制方案; 泵站IIABSTRACTRotary Drilling Rig is a kind of high-end equipment of the most technology and the highest Electro-hydraulic integrated in the large-diameter pile foundation engineering. With the advantages of high efficiency of drilling，good quality，low noise and so on, it is widely used in the construction of a variety of pile foundations, like railway and highway bridges, and tall buildings. And its playing a more and more important role in the pile foundation engineering. As the large and medium rotary drilling rig is now dominating the domestic market, to fill the shortage of the market, the paper is to design a kind of hydraulic system for the small rotary drilling rig. Through analyzing the existing problems of the rotary drilling rig, the paper proposed the corresponding methods to solve the problems of the breaking of the power unit motor and the cracking of the connecting part of the luffing cylinder, compared three usual control schemes of the main winch, and raised a new control scheme which combined their advantages. The main content includes analyzing the existing problems of the rotary drilling rig and raising solutions, design of the hydraulic system of the rotary drilling rig, calculating and selecting the hydraulic components, and the design of pumping station. Keywords: rotary drilling rig, power unit motor, luffing cylinder, control scheme, pumping station中南大学本科生毕业论文（设计） 第 1 章 绪论1图 1-1 旋挖钻机结构示意图第 1 章 绪论1.1 旋挖钻机简介旋挖钻机是用回转斗、短螺旋钻头或其它作业装置进行干、湿钻进，逐次取土、反复循环作业成孔的机械设备。该钻机采用无循环工艺施工钻孔灌注桩，该工艺方法具有钻进速度快、质量好、成孔深度深、噪声低等优点，广泛应用于铁路公路桥梁、高层建筑、水利工程和城市交通建设等桩基础工程的施工。旋挖钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、伸缩式钻杆、自行起落可折叠钻桅带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制负荷传感，具有操作舒适、轻便等特点。主、副两个卷扬可适用于工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具，适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业,还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能，主要用于公路桥梁、市政建设、工业和民用建筑、地下连续墙水利、防渗护坡等基础施工。旋挖钻机的主要结构包括(如图 1-1 所示)：底盘机构 旋挖钻机的底盘一般为液压驱动，刚性焊接式车架，轨距可调，履带自行式的结构。底盘主要包括车架和行走装置，行走装置主要由履带张紧装置、履带总成、驱动轮、导向轮、承重轮、托链轮及行走减速机等组成。上车部分 由底架、回转台、发动机、驾驶室和配重等组成；桅杆部分 由鹅头、上桅杆、中桅杆、下桅杆、主卷扬机、加压液压缸等部件组成，它是钻杆、动力头的安装支承部件及其工作进尺的导向；变幅机构 由动臂、支撑杆、变幅液压缸、立桅液压缸等部件组成，通过液压缸的作用，可以使桅杆远离机体或靠近机体，改变桅杆的角度；可以调节桅杆的工作幅度和运输状态桅杆的高度；中南大学本科生毕业论文（设计） 第 1 章 绪论2钻挖系统 主要由钻杆、动力头和钻具组成。钻杆一般采用多节可伸缩式钻杆；钻具又分为旋挖钻斗、螺旋钻头、筒式钻头和扩底钻头等，在施工中一般根据地质报告反馈的地层选用不同的钻具；动力头由减速机、液压马达、减速齿轮箱、减振防护装置等组成；液压系统 主要由液压系统回路、辅助液压系统回路、先导系统回路、动力头润滑系统和冷却系统等部分组成；电气系统 其主要功能有发动机启动、熄火监测、发动机转速自动控制、桅杆角度监测、报警、钻孔深度监测、调整、故障监测、建议钻进参数、触摸屏显示系统和系统报警等。1.2 旋挖钻机的优点成孔速度快。比起传统的循环钻机或冲击钻机，旋挖钻机由于钻头直接从孔内提取岩土，故成孔速度快。施工现场环保、干净。旋挖钻机由钻头旋挖取土，钻杆将钻头提出孔外再卸土旋挖钻机的泥浆仅仅用来护壁，而不用于排渣，成孔所用泥浆基本上等于孔的体积，且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。旋挖钻机使用较少的泥浆，即可满足钻孔护壁的需要，因而施工现场整洁，对环境造成的污染小，同时降低了施工成本。行动方便，旋挖钻机具有履带底盘，可以自行走，钻进前对孔的定位非常准确、方便。适应地层能力强。旋挖钻机配有不同钻头，可用于对付沙层、土层、卵砾石、岩层等不同地质，不受地域限制。适用各种桩基工程。旋挖钻机除用于旋挖钻进外，经简单改装后，还可以用于长螺旋、地下连续墙等施工，适用范围极其广泛。机动性强，旋挖钻机能独立作业。钻机的安装、拆卸无需辅助设施来完成，且能适应复杂地形的工地。占用空间小，能靠墙操作。使用方便、维修简单。旋挖钻机的主要部件均为较为普遍的原产地部件厂家提供（如泵、发动机、马达、减速机等） ，可直接得到原产地厂家的售后服务支持。同时，设备结构简单，故障率低。孔口回填土对钻孔桩的影响少。旋挖钻机一般配备 2 米左右的孔口护筒（如孔口回填土较厚可加长） ，而且钻机本身可埋设护筒，这样也尽量避免了孔口回填土对钻孔桩的影响。孔口掉泥、产生的沉渣少，水下导管灌注混凝土，是一种非常成熟的灌桩工艺，可避免孔口掉泥、灌注过程中产生的沉渣带来的不利影响 。1中南大学本科生毕业论文（设计） 第 1 章 绪论31.3 旋挖钻机的发展历史与国内研究现状1.3.1 旋挖钻机的发展历史旋挖钻机是在回转斗钻机和全套管钻机的基础上发展起来的。第二次世界大战之前，美国 CALWELD(卡尔维尔特 )首先研制出回转斗、短螺旋钻机。二十世纪五十年代，发过 BENOTO（贝洛特）将全套管钻机应用于桩基基础施工，而后由欧洲各国将其组合并不断完善，发展成为今天的多功能组合模式 。2欧洲的旋挖钻机首先是意大利土力公司从美国引进安装在重载汽车上和履带式起重机上的钻机，其动力头固定，不能自行安装套管，因而难以适应硬质地层。1948 年，意大利迈特公司首先研制成功旋挖钻机 ，之后于 1960 年德国维尔特和盖尔茨盖特4.3公司同时开发了可动式动力头。接着 1975 年德国宝峨公司研制了配有伸缩钻杆的 BG7型钻机。该钻机易于配置摇管装置，直接从底盘提供整机动力，而且配置可锁式钻杆能够实现加压钻进，钻孔扭矩大，可实现在紧密砂砾层和岩层的钻孔施工，由于以上优点，该型钻机得到了广大施工单位的广泛认可，极大地促进了旋挖钻机的发展。后来随着技术的不断的进步和钻机作业功能的扩大，旋挖钻机特别是配置可动式动力头的旋挖钻机逐渐成为混凝土灌注桩钻进成孔施工的主流机械设备。旋挖钻机在日本被称为土钻，最早于 1960 年从美国 CALWELD 公司引入。同年，加藤制作所开发了 15-H 型旋挖钻机。1965 年，日立建机利用挖掘机研制出底盘装有液压加压装置的旋挖钻机。1974 年，其又在液压履带式起重机底盘的基础上开发出了由液压马达驱动的钻机。到了 80 年代，住友建机开始与意大利土力公司合作开发旋挖钻机 ，另外 1981 年，日立建机开发了扩底钻头，极大地提高了单桩的承载力，随后5日本车辆也开发了扩底钻头，使旋挖钻机进入了钻孔扩底灌注桩的施工领域。基于国情的不同，日本的旋挖钻机扭矩较于欧洲的同类产品要小。目前，旋挖钻机的研究与应用在国外已经非常成熟，国外生产旋挖钻机的厂家主要有：意大利土力、迈特、意马、神威；德国宝峨、利勃海尔、德尔马格、维尔特；西班牙拉马达；芬兰永腾；美国英格索兰；日本日立、住友、加藤；新加坡双木等。我国从上世界 80 年代初从日本引进过工作装置，配装在 KH-125 型履带式起重机上。1984 年，天津探矿机械厂引进美国 RDI 公司的旋挖钻机并加以消化吸收。1987 年，在北京展览馆首次展出了意大利土力公司产品，1988 年北京城建机械厂根据土力公司的样机开发了 1.5m 直径的履带起重机附着式旋挖钻机。 1994 年郑州勘察机械厂引进英国 BSP 公司附着式旋挖钻机的生产技术，但没有形成批量生产。1992 年，德国宝峨公司在北京设立了代表处，并于 1995 年在天津成立了独资子公司宝峨天津机械工程有限公司，组装适合中国市场的宝峨 BG20 型旋挖钻机。 1998 年宝峨又在上海成立了中德合资上海宝峨金泰工程机械股份有限公司，生产组装 BG15 型、BG24 型旋挖钻机。中南大学本科生毕业论文（设计） 第 1 章 绪论41998 年，徐工集团开始自主开发研制 RD18 型旋挖钻机，于 2000 年成功下线并投入批量生产。之后，旋挖钻机在中国开始进入了国产化的阶段，国内众多机械厂家都开始进军旋挖钻机行业，到最近几年，旋挖钻机在我国取得了快速发展。迄今为止，国内涌现出大量的旋挖钻机生产企业，主要有：徐工科技、三一重机、中联重科、湖南山河智能机械股份有限公司、北京经纬巨力、上海金泰、宇通重工、内蒙古北方重汽等二十多家。同时，也有不少研究所、高校在对旋挖钻机进行新产品、新技术的开发和研制，如：中南大学、北京建筑机械研究所、吉林大学、同济大学、长沙建筑机械研究所等。1.3.2 国内研究现状目前，国内对旋挖钻机的研究主要集中在以下几个方面：1、 针对旋挖钻机钻杆的研究：吉林大学秦四成、董明鹤等人 NR220 型旋挖钻机桅杆结构分析及焊接工艺性为研究内容，结合 NR220 型旋挖钻机的实际工况，分析了桅杆断裂事故的产生原因，就如何防止桅杆断裂的方法进行了探讨；就桅杆在制造过程中发生的焊接变形现象进行了分析，找到了防止和矫正变形的一些行之有效的方法和措施，从而找到了提高桅杆结构件制造水平的方法和经验；最后，还对旋挖钻机桅杆拼焊工装的设计方法和基本原则进行了探讨 。6中国地质大学的王成彪、王文岳等人分析了中桅杆断裂和滑轮架失效的原因，并从有限元方法入手，采用有限元分析软件 ANSYS 求出了中桅杆在力偶矩作用下危险区域的应力分布情况，提出了中桅杆的结构改进措施，得出了中桅杆同一的简化力学模型和设计指导原则；计算出滑轮架在卷扬钢丝绳拉力作用下的应力集中及安全系数分布情况，提出了滑轮架的结构优化方案，得到了滑轮架的力学模型及设计原则 。72、 针对旋挖钻机变幅机构的研究：吉林大学秦四成、何晓艳等人通过分析 NR22 型旋挖钻机钻挖支撑机构的原理和受力，完成了典型工况下 NR22 型旋挖钻机钻挖支撑机构中关键部件三角形连接架和悬臂的静力学分析；然后采用 ANSYS 软件，建立三角形连接架和悬臂有限元力学模型，通过数值模拟计算，揭示出三角形连接架和悬臂在各种典型工况下的应力和位移分布规律，为改进钻挖支撑机构结构形式和减轻自重提供了理论依据 。8中南大学朱建新、谢嵩岳等人以旋挖钻机变幅机构的动力学特性研究和优化设计为目的，对旋挖钻机变幅机构的运动学和动力学进行建模，完成了理论基础研究，并引入虚拟样机技术对其进行仿真研究和优化设计，得出了对旋挖钻机变幅机构设计具有指导意义的理论依据和设计原则，为旋挖钻机变幅机构的动力学特性研究和优化设计提供了一套完整的理论和方法 。9中南大学本科生毕业论文（设计） 第 1 章 绪论53、 针对旋挖钻机钻杆的研究：吉林大学秦四成、叶远林等人基于 CATLA 和 ANSYS 软件，按照从实体造型到有限元分析的基本步骤，对钻杆进行了静强度和动态特性的有限元分析，得出了钻杆静应力、刚度、振动模态以至动应力的情况，找出了钻杆的薄弱部位，为钻杆的优化提供了依据 。10中国地质大学卜长根、张兴辉等人从有限元分析方法入手，利用有限元软件ANSYS 对钻杆的强度、刚度进行了分析计算，求出了钻杆在压扭作用下的应力分布情况，找出了应力集中分布的位置，对钻杆的破坏形式进行了分析解释；并通过对钻杆两段采用不同的约束条件，分析比较了钻杆在不同约束条件、不同钻进深度条件下的临界载荷变化规律，完成了钻杆的稳定性分析。为生产厂家优化钻杆结构，改进设计，也为施工单位合理采用减压钻进规程提供了理论基础 。14、针对旋挖钻机底盘的研究：吉林大学秦四成、叶远林等人基于 CATIA 和 ANSYS 软件，按照从实体造型到有限元分析的基本步骤，对履带伸缩底盘进行了应力、应变分析，找出了履带式底盘的薄弱环节和过剩部位，为优化底盘结构和改进设计提供了经验 。105、旋挖钻机液压和控制系统的研究：吉林大学马文星、吴井泉等人以 NR220 型全液压旋挖钻机为对象，以完善功能，提高效率节约能源为目的，对旋挖钻机动力系统功率匹配控制进行了研究，提出了电子极限负荷控制技术，提高了旋挖钻机的节能型和对环境的适应性 。12中南大学何清华、柳波、鲁湖斌等人分析了旋挖钻机钻孔作业工艺、工况特点、系统工作原理及能量损失的原因，提出了基于转速感应模糊 PID 控制协调变量泵极限负荷控制的方法，实现了发动机与变量泵功率匹配的节能控制；采用负荷传感控制方法实现了上车回转过程的变量泵与负载功率匹配的节能控制，并验证了上述理论与方法的正确和有效性，为旋挖钻机的节能控制提供了一套完整的理论与方法 。 14,3吉林大学王同建、郭守山等人对具有负载敏感特性的旋挖钻机回转定位系统进行了研究，使用 AMESim 软件建立了液压系统回转系统的模型，重点对负载、泵转速变化等影响系统性能的因素进行仿真分析，讨论了不同工况对液压系统稳定性、可靠性、节能、提高效率的影响，为回转系统的优化提供了理论依据 。151.4 本论文的主要内容和意义如前文所述，目前国内对旋挖钻机的研究还处于起步阶段，且研究主要局限在对大中型旋挖钻机系统构件强度和动力学、变幅机构构件强度、桅杆有限元分析、整机稳定性及整机节能技术等方面，而对旋挖钻机起整机宏观控制的液压系统的改进与完善则较少。且就目前国内市场来看，由于“十一五”计划的全面实施，产生了大量大中南大学本科生毕业论文（设计） 第 1 章 绪论6型的桩基工程，以至现在国内市场大中型旋挖钻机泛滥，占到总量的 70%左右，而在未来更有市场潜力的用于房屋桩基等工程的小型旋挖钻机则比例非常的小，形成了市场供求的不平衡之态。因此综合以上两点，迎合市场需求，弥补市场缺陷，本文主要内容是对中小型的旋挖钻机（钻孔深度 40m）液压系统的设计，分析现有液压系统的问题，设计出适合中小型旋挖钻机的液压系统，并完成结构设计。中南大学本科生毕业论文（设计） 第 2 章 旋挖钻机液压系统分析与设计7第 2 章 旋挖钻机液压系统分析与设计2.1 旋挖钻机现有问题及其液压系统分析经调查总结，现有的旋挖钻机普遍存在的问题主要有动力头马达易坏、变幅油缸联接座开裂、集成性不高以及成本高等四点。后文将主要对前两者进行分析，并提出相应的解决办法。目前市场上使用最多的机型是 180200kNm 旋挖钻机，根据任务书的要求，本次设计中也是针对 200kNm 的旋挖钻机，下面就先以 180200kNm 旋挖钻机液压系统为例对旋挖钻机液压系统进行说明分析。180200kNm 旋挖钻机液压系统工作压力一般为 3031.5MPa，最大流量为400450l/min。旋挖钻机液压系统（图 2-1）一般采用 A8VO 斜轴式变量双泵附加 3 个辅助泵作为液压源，控制主要由 M8 和 M4 阀组成，执行元件包括 A6V、A2F 马达等元件。工作时，液压泵分别供油给 M8 主阀和 M4 辅助阀、伺服阀及油冷却系统。M8主阀分别控制变幅油缸、主卷扬马达、左右行走马达、动力头马达、副卷扬马达。M4阀作为辅助多路阀分别控制加压油缸、回转马达、履带伸缩油缸、立柱支腿油缸和左、右斜撑油缸。主阀和辅助阀分别由安装在司机室内坐椅两侧的先导阀控制 。16图 2-1 旋挖钻机液压系统示意图另外，考虑旋挖钻机成孔效率高的特点，此次设计中，未有加入支腿油缸部分的设计。2.2 旋挖钻机液压系统的设计2.2.1 主阀和辅助阀控制部分设计中南大学本科生毕业论文（设计） 第 2 章 旋挖钻机液压系统分析与设计8主阀和辅助阀的配置，除 M8 阀和 M4 阀的组合外，德国林德公司有一种以三位十三通阀作为控制阀，并全部采用负荷敏感的原理配合主泵和副泵进行比例控制的方案，如图 2-2 所示。图 2-2 三位十三通阀组此方案由于主阀和辅助阀都是采用的三位十三通联阀，并全部应用负荷传感原理进行比例控制，可以很好的实现执行元件或者液压泵的压力补偿，有着节能，动作精度高的优点。但对比主流设计方案，稍显复杂，且考虑旋挖钻机虽然动作多，但是复合动作少（只有加压跟钻进等同时进行的动作） ，实际上不应用负荷传感原理，也可以很好的完成动作，因此本次设计依然采用主流的 M8 主阀，配以 M4 辅助阀作为控制阀组的方案。M8 阀和 A8VO 主泵作为液压挖掘机双回路液压系统的标准配置被广泛应用，而将 M8 阀作为旋挖钻机主阀，配以 M4 阀作为辅助阀，也完全能满足旋挖钻机的工作及使用要求。本设计中，M8 阀采用 8 联整体多路阀，控制原理为三位六通，比例控制。从主泵输出的液压油经 、 口（图 2-1）进入该阀，当所有阀杆处于中位时，液*1P2压油通过阀内常通油道返回油箱。主阀可以单独控制一个执行元件，也可同时控制多个执行元件，完成多项复合动作，并可实现动力头、主卷扬阀内合流等功能，如图 2-3所示。中南大学本科生毕业论文（设计） 第 2 章 旋挖钻机液压系统分析与设计9图 2-3 M8 阀控制原理图M8 主阀除进油口设有安全阀外，各联还可根据执行元件的不同要求，配备过载阀和补油阀。M8 阀主要油口都在阀体的正反面，总体安装和管路布置简便 。16M4 阀采用 5 联多路换向阀，功能与 M8 阀基本相同。该阀的最大特点是与A10VO 泵配合，按照负荷传感的原理进行比例控制，执行元件或液压泵的压力变化由各自的压力补偿阀进行调节，即使负载不同，流向执行元件的流量仍保持不变。2.2.2 动力头马达液压回路设计动力头装置和主卷扬系统是旋挖钻机的主要工作装置。对动力头马达易坏的问题，分析认为，主要是由于动力头马达是驱动钻头直接与地层接触的部位，受到的负载及负载的变化量都较大。在钻进的过程中，容易遇到土壤从硬土层变为软土层，发生马达超速而产生吸空对马达造成损害；或是土壤从软土层变为硬土层或者操作手一次进尺太多等，发生难以钻进而造成马达被高压憋坏。解决这个问题，首先要以预防为主，严格按照旋挖钻机施工工法操作，开钻前要充分研究地质报告，掌握好地层的真实情况，合理选择钻具钻杆，经常维护液压系统等。在回路设计上，则采取增加补油阀以及缓冲阀的措施（如图 2-4 所示） ，来缓解马达超速与遇到高压的问题。图 2-4 缓冲补油阀动力头马达选用力士乐的 A6V 变量马达，HA-自动控制，可以根据负载情况改变流量，动力头马达动作回路如图 2-5 所示。 中南大学本科生毕业论文（设计） 第 2 章 旋挖钻机液压系统分析与设计10图 2-5 动力头马达液压回路2.2.3 主卷扬液压回路设计如前所述，主卷扬属于旋挖钻机的主要工作装置之一，在钻机工作过程中，主要完成提放钻杆以及钻进过程中的浮动， 其系统包括马达、减速机、主卷扬支架、钢丝绳、压绳器等部件，主要控制方式有 3 三种。1、 控制阀控制方式这是最常见的一种控制方式，也就是力士乐公司的 BVD 卷扬平衡阀控制，它将马达的补油功能、冲洗功能、提供减速机制动油源等功能集成为一体，如图 2-6 所示。图 2-6 控制阀控制中南大学本科生毕业论文（设计） 第 2 章 旋