采用比例閥技術改進設計鉆機液壓系統

摘要： 筆者結合多年的實踐工作檢驗，提出了了中深孔鉆液壓的系統的新型方案，其重要特征在于利用比例閥門技術達到了恒壓鉆進的目的，同時也得到了最為科學、理想的鉆數。此外，本文從理論方面上針對鉆機液壓系統的散熱情況以及構成特點進行了研究分析，并針對液壓件型號的選擇提出了幾點意見。

關鍵詞： 鉆機液壓系統；比例閥門技術；改進設計

引言

現階段，在我國地質勘探過程中使用最為普遍的是深孔鉆機。和國外先進的鉆機相比較而言，我國所使用的深孔鉆機的鉆進效率偏低，鉆機性能與規格等諸多方面均無法完全滿足具體的使用要求。因此，研究與開發高性能的液壓鉆機有著重要的現實意義。研究人員在吸取國外先進鉆井的設計經驗的同時，根據現階段鉆機通常采取的重要性能參數與鉆進技術工藝要求，提出了利用比例閥門技術對鉆機液壓系統進行改造的新方案。下文針對采用比例閥技術改造鉆機液壓系統進行了分析。

1.鉆機液壓系統的工作原理以及構成特征

該鉆機液壓系統是有：動力頭與絞車閉式回路、比例閥門控制自動的加減壓給進回路、補油回路、變量控制回路以及壓力控制回路、泥漿泵的閉式回路等基本的回路組合而成。

1.1.動力頭與絞車的閉式回路。因為在實際的鉆探施工過程中，提鉆絞車、取芯絞車以及動力頭并不需要同參與施工，因此將這些元件的油馬達均可以放置在同一個回路上，以此簡化系統的結構。在本回路中，油泵需要根據實際操作順序要求在其中的某個油馬達上提油，因而，可以選擇小規格型號的油泵。此外，動力頭與絞車閉式的回路還具備了工作效率高、結構簡單以及節約能源資源等諸多優點[1]。

1.2.比例閥門控制自動的加減壓給進回路。在本回路上油泵供給Lee換向閥、油經順序閥以及進入給進的油缸，也實現了對鉆具的加壓目的。利用比例壓力對閥門進行有效的控制，以此實現對油缸的自動化調整，使得進油的壓力值不斷偏小，最終實現了加壓鉆進、減壓鉆進的目的，有效的控制了加壓力和減壓力的實際大小。本回路是為為了確保鉆探工藝中心的正常操作。比例閥門控制自動的加減壓給進回路的特點在于利用電液比例的控制技術，保證了鉆具在實際的鉆井施工過程中不會受到來自巖石刻鉆性能等多方面的因素影響。這項技術被稱為目前世界上最為高新的科學技術之一。

1.3.補油回路。該回路利用的是閉式回路的兩個主要的泵補油進行工作。其中低壓泵所排出的壓力油是從溢流閥中進行定壓處理，通過了過濾油器與單向閥，進入到閉式回路中，以此很好的解決了油液的泄露與熱轉換等問題。

1.4.變量控制回路。本回路利用的是電磁換向閥特有的換向性能，使得雙聯葉片泵中的高壓泵所提供的壓力油能夠通過減壓閥進入到油泵的變量機構內。其中溢流閥能夠有效的控制與調節流量與壓力，從而促使變量活塞能夠移動到要求的位置上，保證了動力回頭轉器與絞車能夠滿足鉆探的所有壓力與鉆速要求[2]。

1.5.壓力控制回路。本回路采用的是油泵的高壓油通過多路換向閥與轉閥的分配方式，以此對鉆缸起落油缸、支腿油缸以及千斤頂油缸進行集中控制。其中千斤頂油缸是主要用來處理鉆孔中的施工事故，以此保障施工操作的安全性。

1.6.泥漿泵的閉式回路。泥漿泵主要用來對鉆孔內輸送泥漿，從而將鉆孔內的巖粉沖刷出去，對井壁起到了較好的保護作用。為了保證泥漿的循環，泥漿泵需要和動力頭或是絞車同時參與施工，所以泥漿泵需要單獨具備一個閉式回路。此回路中并沒有采取一般的溢流閥對供油壓力值進行設定，而是利用電磁的溢流閥進行設定。

2.液壓元件參數以及選型問題

按照現階段國外通常使用的深孔鉆井中的重要技術參數以及鉆探工藝要求，以及設計參數值，對鉆機液壓系統的所有構成元件進行必要的參數計算，并確定出鉆機液壓系統的規格。對型號的選擇是為了保障液壓鉆機能夠具備更高的性能的關鍵，也是為了保障液壓鉆機的經濟合理性。此外比例壓力控制閥作為液壓鉆機的核心元件，其質量高低對整個系統的工作性能產生了較大的影響。處于對進口比例液壓閥的價格考慮，為了有效的控制國產液壓鉆進的生產成本，可以選擇使用BY-E10B-14型號的比例控制閥。這種型號的液壓控制閥基本上能夠滿足該鉆井液壓系統的設計要求。同時，還需要充分注意到控制回路所用電磁轉向閥的具體選型問題[3]。

3.鉆機液壓系統的散熱估算以及確定油冷卻器

液壓系統總發熱量包括了以下三個方面。其一，油泵功率損失所發生的熱量；其二，溢流損失損失所發生的熱量；其三，管道阻力損失和其他損失所發生的熱量。通常情況下，只需要對這三項熱量值進行簡單的估算即可。按照鉆探的工藝要求，提鉆絞車、取芯絞車以及動力頭是不需要在同一時間段進行工作的。在正常的鉆進過程中，唯有動力車和泥漿泵需要同時進行工作；在提升鉆具的過程中，唯有提升絞車需要單獨進行工作；在取芯的過程中，唯有取芯絞車需要單獨進行工作；而補油泵以及控制油泵一直都處在工作的狀態中。

4.結語

液壓鉆機作為現階段國內外發展速度比較快的現代鉆機之一，其能夠實現無極調壓與調速，提供了鉆進的效率，所以具有廣闊的市場發展前景。研究人員需要精心設計與改進液壓系統，科學的選擇液壓元件，以此提高液壓鉆機的液壓控制技術以及元件的國產水平，這對于推動我國地質勘探領域的發展有著重要的現實意義。此外，筆者認為我國目前投入使用的理想鉆機液壓系統是利用電液控制閥技術進行改造的全液壓鉆機系統。但是有關研究人員還需要加大研究力度，改進產品的性能。

參考文獻：

[1]張玉玲，劉志明，劉瑩.JDD-100型城市地質調查鉆機電液比例自動鉆進系統研究[J].科技致富向導，2010，08（11）：931-933.

[2]崔旭東，項迎靚，周超群.新型全液壓多功能錨桿鉆機關鍵技術的研究[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2012，18（07）：333-335.

[3]祁彥科，鄒遠勤，劉文麗.采用比例閥技術改進設計鉆機液壓系統[J].科技情報開發與經濟，2012，01（05）：130-135.

作者簡介：

陳珩（1980。11-）男，漢族，廣西南寧市人。武漢理工大學機電工程學院碩士研究生畢業（2009年），工學碩士學位，講師，廣西工業職業技術學院機械工程系教師。主要研究機械制造及自動化，液壓與氣動技術應用與維修。