T150潛孔鉆機液壓系統的設計與分析

汪正南

(銅陵有色銅冠機械股份有限公司, 安徽銅陵市 244000)

T150潛孔鉆機液壓系統的設計與分析

汪正南

(銅陵有色銅冠機械股份有限公司, 安徽銅陵市 244000)

在井下潛孔鉆機中采用了液壓傳動與控制技術,實現了鉆機的鉆孔、行走、定位、變幅和接卸桿等功能。大量采用的集成技術使液壓系統的結構緊湊,變量泵與定量馬達容積調速閉式回路的設計使鉆機的液壓系統達到了高效節能的目的,多個大型礦山的實際應用證明,T150潛孔鉆機值得在同行業中推廣。

T150潛孔鉆機;三聯泵;液壓系統;容積調速

隨著高階段、大直徑深孔采礦工藝的推廣應用,許多礦山急需該采礦工藝的關鍵設備——潛孔鉆機,因此,根據井下礦山實際條件和應用環境,公司和長沙礦山礦究院共同研制開發了T-150新型全液壓潛孔鉆機。幾年來,該型鉆機在銅陵有色金屬(集團)公司鳳凰山銅礦、冬瓜山銅礦,大冶銅綠山銅礦、廣東凡口鉛鋅礦等單位獲得推廣應用,證明其體積小、效率高、能耗低,適應能力強,操作維護方便,技術性能達到國外同類產品的水平。T-150潛孔鉆機設計時采用液壓傳動與控制,與傳統鉆機的機械傳動相比,具有功率重量比大、便于無級調速和過載保護、布局靈活方便等多種技術優勢。

1 液壓系統的組成

T-150潛孔鉆機是一種自行走、大功率的回轉沖擊鑿孔設備。它能在環形的任何方位鉆鑿孔深為100m、孔徑為Φ89～Φ165mm的炮孔。設計的液壓系統要實現行走、定位、鉆孔等功能。

T-150潛孔鉆機液壓系統基本組成如圖1所示。

圖1 T-150潛孔鉆機液壓系統基本組成

電機1通過聯軸器驅動液壓泵組給鉆機提供液壓動力源,液壓泵組由三聯泵2和柱塞泵3組成。三聯泵2由軸向柱塞泵①、泵③、內嚙合齒輪泵②串聯成一體,主要負責給鉆進回轉馬達6和鉆機行走液壓馬達7提供液壓油。柱塞泵3主要是給鉆進系統推進油缸19和變幅、定位、接卸桿油缸供油。

2 鉆機主要功能的實現

2.1 鉆孔和行走功能

T-150潛孔鉆機運用沖擊破巖原理,向鉆頭施加一個垂直于巖石表面的沖擊力,在這個沖擊力的作用下,使連續回轉的鉆頭壓入并破碎巖石,每沖擊一次就旋轉一定角度,以形成圓形炮孔。T-150鉆機設計采用高風壓潛孔沖擊器,沖擊是由外設空壓機提供動力,液壓系統提供由推進油缸施于鉆具孔底的軸推力和鉆進回轉馬達的速度與扭矩,合理的軸推力、回轉速度與扭矩直接影響鉆孔的效率。

T-150潛孔鉆機鉆孔回轉和行走回路是由變量泵與定量馬達組成的容積調速閉式回路,三聯泵中的內嚙合齒輪泵②的主要功能有2點:一是向閉式系統進行補油,二是為整個液壓系統提供控制油源。三聯泵2中的泵①、泵③是雙向變量柱塞泵,鉆孔回轉和行走回路的速度與換向是通過雙控閥4改變三聯泵2中的泵①、泵③的斜盤傾角來實現的。三聯泵中的內嚙合齒輪泵②從油箱吸油進入閉式系統,泵①通過選擇閥5向鉆進回轉馬達6和左前、左后輪邊行走馬達7供油。泵③向右前、右后輪邊行走馬達7供油。集分流閥8保證前后輪邊行走馬達流量的合理分配。柱塞泵3通過推進電磁閥16、雙向液壓鎖15向推進油缸19供油,由溢流閥18進行調整,以提供合理的軸推力。推進油缸19通過浮動電磁閥17實現浮動,以便于接卸桿的操作。

2.2 定位和變幅與接卸桿功能

鉆機在鉆孔前,鉆機底盤和鉆進推進架必須牢固定位,定位的牢固程度與鉆孔的精度密不可分,鉆機底盤主要是通過前左、前右、后左、后右四只支腿油缸10和主頂油缸11來實現定位的,鉆進推進架的定位則主要通過上副頂油缸21和下副頂油缸22來實現。鉆機在鉆孔前必須先根據采礦設計的要求找孔位,擺動油缸13和仰俯油缸14等變幅機構擔負鉆進推進架找到孔位的責任。井下鉆機由于受到巷道和采場高度的限制,機身一般在3.5m以下,而采礦設計的炮孔深度一般為15～60m之間,這樣井下鉆機一般都設計了推進長度補償機構和接卸桿機構。T-150潛孔鉆機由二只上夾緊油缸23、二只下夾緊油缸24、一只卸桿油缸25來實現接卸桿功能,并設計了補償油缸12來補償推進長度。

T-150潛孔鉆機定位、變幅和接卸桿功能都是由柱塞泵3提供油源,一路經七聯換向閥、雙向液壓鎖15到前左、前右、后左、后右四只支腿油缸10和主頂油缸11、補償油缸12、擺動油缸13和仰俯油缸14。一路經液壓閥組20到二只上副頂油缸21、二只下副頂油缸22、二只上夾緊油缸23、二只下夾緊油缸24、卸桿油缸25。系統設計了集分流閥,以保證二只上、下夾緊油缸的同步,更好的完成接卸桿作業。

3 結 論

T-150潛孔鉆機液壓系統的設計經過多個大型礦山鑿巖作業的證明,采用變量泵與定量馬達容積調速回路,液壓泵輸出的流量總是與液壓馬達的負載流量相適應,無溢流損失,系統效率高,取得了很好的鉆孔效率和節能效果。大部分液壓元件采用疊加式和模塊化設計,結構緊湊。本系統各項性能良好,值得在同行業中推廣。

2010-04-23)

汪正南(1969-),男,安徽東至人,工程師,主要從事礦山機械液壓技術研究,Email:wangzn100@sina.com。