牙轮钻机的液压系统在闭式回路中的应用研究

1、牙轮钻机的液压系统在闭式回路中的应用研究2013-7-5 20:59:34  来源：计测网通讯员  点击率： 16132 字号: 摘 要：对大中型牙轮钻机的液压系统进行研究，提出一种闭式系统的解决方案。基于该系统的特殊性，行走与工 作不同时进行，采用闭式泵驱动行走马达或回转马达和推进液压缸，实现闭式系统的高效应用。使用开式泵、PVG阀、PLUS+1控制器和传感器去构建系统， 实现钻机的辅助功能。该方案在大中型岩心钻中具有很高的性价比。0引言随着全球能源的日趋枯竭，能源储备和利用已经成为每个国家战略要求。在国内，矿石和煤炭等资源的需求日趋紧张，引起采矿与探矿业的巨大市场需 求

2、。目前，大型的牙轮钻机主要依靠进口，价格在600万以上，国内生产的大型钻机大部分采用开式回路，在大型钻机应用中成本较高。本文旨在介绍一种最佳性 价比的闭式系统钻机方案。1闭式系统的牙轮钻机方案1.1方案优势在大中型钻机的设计中，开式系统的方案有以下缺点：开式泵效率低;所需主阀数量多，价格贵;系统的压力等级不会超过350bar，整车的爬坡性 能受影响;油箱较大，占用车身体积较大;系统的元件较多，不利于维修时的排查故障。使用闭式系统的方案，不仅拥有闭式系统的优点，而且能省去主要回路的主 阀的成本，相比开式系统，在大中型钻机上应用，具有很强的竞争优势。1.2方案原型大中型的牙轮钻机行走在恶劣环境中，

3、对行走驱动系统提出苛刻的要求。使用两台闭式泵和两台定量马达构建双边驱动方案，最大系统压力可达到 450bar，满足恶劣的履带行走工况需求。由于钻机在行走时不工作，工作是步行走，可以在回路中增加换向阀，切换行走工况和工作工况下的油源：即第一台 闭式泵在行走工况，与左行走马达构成闭式回路，驱动左行走履带;在工作工况，切换驱动回转马达，构成新的闭式回路;第二台闭式泵在行走工况驱动右行走马 达，在工作工况，切换到钻杆的推进和回撤的工况，构成新的闭式回路。系统中的其他辅助动作，由于所需压力不高，流量不是很大，可以通过小排量的开式泵和小流量的PVG阀来实现;系统的先导控制油和风扇冷却可以充分利用开式系统的

4、油源，以便保持系统的最佳性价比。2闭式系统的牙轮钻机方案的实现牙轮钻机的液压回路分为以下四部分：驱动回路、推进回路、回转回路、辅助回路。2.1驱动回路使用两台闭式泵和两台插装马达(定量或变量)构建经典双边驱动系统。泵用电比例排量控制，变量马达用两位电控或液控，一般在牙轮钻机的应用中， 行走不是主要的工况，可以使用定量马达来实现，缺点是最大车速较低。设定系统最大压力450bar，提高系统的爬坡性能。液压原理图，如图1所示。在闭式回路中，必须引入冲洗流量来解决系统的发热。可以在行走马达上增加冲洗阀，或者如图1所示，在系统回路里面增加冲洗阀。两种冲洗方式不要同时共存于一个回路。2.2推进回路在牙轮钻

5、机的钻杆推进与回撤工况，需要使用液压缸来执行钻杆的动作。通过换向阀，将其中一台闭式泵的油源从行走工况切换到推进工况，与推进液压缸构成新的闭式系统。液压原理图如图2所示。由闭式泵与液压缸构成的闭式系统是实现牙轮钻机方案的难点。在钻杆推进工况，无杆腔进油，有杆腔出油。由于两腔的面积不同，流入与流出液压缸的油液体积不同，需要在有杆腔侧补充油液(补油)。在钻杆回撤工况，有杆腔进油少于无杆腔的出油，需要将 无杆腔多余的油液从溢流阀排出，流回油箱。该液压缸需要带特殊平衡阀，维持低压侧的背压，避免在向下推进过程中，钻杆受重力作用而损坏钻杆钻具的现象。图 3所示是阿特拉斯PV351E机型所用的液压缸平衡阀。B

6、1、B2口接推进液压缸的无杆腔，A1、A2口接有杆腔。根据不同的钻进工况，钻杆需要增加快进的功能。一种简单实用的方式是将有杆腔流出的油，一部分引入无杆腔，实现液压缸的快速进给工况。简单原理图如图4所示。2.3回转回路两台马达和减速箱可以实现动力头的回转工况。回转马达所需的油源来自另一台闭式泵，与推进工况类似，需要换向阀来切换。原理图如图5所示。2.4辅助回路辅助回路主要用于钻机的辅助动作，如钻塔的升降、支腿找平液压缸的动作，装卸钻杆用的扳手动作等，在大型钻机上，需要使用两台开式串泵和几组 PVG32阀(阀前补偿机制)，最多时需要21片工作联。同时，还需提供主要工作回路的控制油，如换向阀的切换，

7、刹车阀的松开等控制油路;系统所需的风扇 冷却回路可以由开式泵提供，也可以独立出风扇冷却系统回路。3远程调压控制在钻机的工作工况，钻杆的回转和推进的动作对系统压力提出了一定的要求。在回转工况，如果系统压力过高，遇到卡钻层，很容易让钻头或钻具损坏; 在推进工，如果推进压力过高，也易使钻具损坏。另外，钻杆的回转和推进使用的是行走的泵，该泵在行走工况系统压力设定较高，在工作工况必须调整系统的最高 压力，所以，在闭式系统中，加入远程调压阀，满足钻机的实际工作需求。同时，在该远程调压阀前，应增加2位2通阀，在行走工况时，该阀切断远程调压阀的控 制。具体原理图见图6。4 PLUS+1控制在牙轮钻机的系统解决

8、方案中，液压元件(除液压缸外)均来自萨澳公司，对其进行控制有一种更好的解决方案，使用PLUS+1控制系统进行控制。它不仅能提供100MHz的处理速度，而且拥有完善的控制模块，与液压元件连接非常方便快速。控制器的编程软件已经将泵、马达和PVG阀的控制模块加入其中，不需要繁琐的定义与标定。全系列的电控手柄家族和人机界面，操作简易舒适。5结论牙轮钻机的闭式系统方案，在大中型钻机的应用上，是一种合理的液压系统实现;采用性能可靠的进口液压元件，是钻机成功的关键;该方案不仅突破国内传统的开式系统思路，而且具有很高的性价比和竞争优势。参 考 文 献1 Atlas Copco. Operating and Maintenance Manual.CPN57673006, 2005-6.2 Sauer-Danfoss. Products Catalogs. 2010-7.3 Sandvik. Sandvik Mining and Construction Handouts.DK75S,2003-3.4李建华，刘凡柏.YDX-3型全液压岩心