立軸式鉆機(jī)負(fù)載反饋液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋小青，沈　璽

（1.浙江省建設(shè)機(jī)械集團(tuán)有限公司，浙江杭州310000；2.浙江杭鉆機(jī)械制造股份有限公司，浙江杭州310000）

立軸式鉆機(jī)負(fù)載反饋液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋小青1，沈璽2

（1.浙江省建設(shè)機(jī)械集團(tuán)有限公司，浙江杭州310000；2.浙江杭鉆機(jī)械制造股份有限公司，浙江杭州310000）

通過比較分析現(xiàn)有立軸式鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種采用負(fù)載反饋技術(shù)的液壓系統(tǒng)，使立軸式鉆機(jī)液壓系統(tǒng)更簡潔，總體效率更高，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

鉆機(jī)；液壓系統(tǒng)；負(fù)載反饋

液壓系統(tǒng)是立軸式鉆機(jī)設(shè)計(jì)的核心部分，其性能直接反應(yīng)了鉆機(jī)操作的方便性，可靠性，同時(shí)也影響鉆機(jī)的能耗效率。現(xiàn)有的立軸式鉆機(jī)液壓系統(tǒng)一般采用的是定量泵供油，溢流閥調(diào)壓溢流。這種控制方式存在的缺點(diǎn)：泵總是在調(diào)定的壓力下溢流工作；功耗損失大；整機(jī)效率低［1］。為了適應(yīng)國家“節(jié)能，降耗”的號召，有必要采用新技術(shù)，升級改造現(xiàn)有立軸式鉆機(jī)液壓系統(tǒng)。使立軸式鉆機(jī)液壓系統(tǒng)更簡潔，及提高總體效率，設(shè)計(jì)一種采用負(fù)載反饋技術(shù)的液壓系統(tǒng)，為公司今后相關(guān)產(chǎn)品的液壓設(shè)計(jì)提供實(shí)例依據(jù)。

1　立軸式鉆機(jī)原有液壓系統(tǒng)分析

立軸式鉆機(jī)液壓系統(tǒng)一般包括給進(jìn)、起拔回路、液壓卡盤回路、卷揚(yáng)機(jī)馬達(dá)回路、移機(jī)油缸回路及其他輔助油缸回路。一般在鉆進(jìn)過程中給進(jìn)、起拔回路需要8 MPa的中高壓和48 L/min的流量才能滿足工作需求；液壓卡盤回路與其他回路只需要2.5 MPa的低壓和15 L/min的流量就可以滿足工作需求。如果只使用一組多路換向閥，則在鉆進(jìn)過程中無法實(shí)現(xiàn)不同的液壓回路不同的工作壓力。因此解決這種工況要求采用雙泵輸出，兩組多路換向閥分別控制的技術(shù)方案，如圖1所示。大、小泵輸出的液壓油分別經(jīng)兩組多路換向閥到各個(gè)執(zhí)行元件，液壓系統(tǒng)壓力為：溢流閥I設(shè)定為8 MPa和溢流閥II設(shè)定為2.5 MPa.大泵的額定流量是48 L/min，小泵的額定流量是15 L/min.在鉆進(jìn)過程中只有液壓卡盤回路和給進(jìn)、起拔回路工作，其它回路都不需要工作，因此可以實(shí)現(xiàn)在鉆進(jìn)過程中工作的液壓回路相互獨(dú)立，互不干涉。這種液壓系統(tǒng)比較復(fù)雜，布局繁瑣。液壓泵采用的是定量泵，泵的輸出流量是額定的，壓力隨負(fù)載改變。當(dāng)執(zhí)行元件負(fù)載達(dá)到調(diào)定壓力時(shí)，多余的流量只有從溢流閥回油箱，這時(shí)液壓系統(tǒng)消耗的功為無用功，會導(dǎo)致液壓油發(fā)熱，影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖1　現(xiàn)有立軸式鉆機(jī)液壓系統(tǒng)

2　負(fù)載反饋技術(shù)的應(yīng)用

液壓技術(shù)的發(fā)展為立軸式鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的改進(jìn)提供了基礎(chǔ)。負(fù)載敏感多路閥與遠(yuǎn)程控制恒壓變量泵相結(jié)合的液壓技術(shù)應(yīng)用于立軸式鉆機(jī)液壓系統(tǒng)，可以現(xiàn)實(shí)高效節(jié)能，降低油溫，使同時(shí)工作的回路在工作時(shí)相互獨(dú)立［2］。現(xiàn)采用一個(gè)恒壓負(fù)荷傳感變量泵和一個(gè)五聯(lián)負(fù)載敏感式比例多路換向閥（簡稱“負(fù)載敏感多路閥”），如圖2所示。負(fù)載敏感多路閥P口通過二通流量調(diào)節(jié)閥與工作閥片的A口和B口相通。二通流量調(diào)節(jié)閥通過梭閥接收它本身的那個(gè)工作閥片的LS信號，從而實(shí)現(xiàn)具有負(fù)載反饋的功能。由于裝著梭閥，變量泵的流量控制器只接受最高負(fù)載壓力閥片的LS信號，因而變量泵的流量將調(diào)整到提供所有動作的執(zhí)行閥片所需要的總流量，從而構(gòu)成負(fù)載反饋技術(shù)的液壓系統(tǒng)。

圖2　立軸式鉆機(jī)負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)

立軸式鉆機(jī)液壓系統(tǒng)在鉆進(jìn)過程中給進(jìn)、起拔回路的流量設(shè)定為48 L/min，液壓卡盤回路的流量設(shè)定為15 L/min，總的流量之和為63 L/min.電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，采用“華德”的55 ml/r排量的恒壓負(fù)荷傳感變量泵，該泵理論輸出最大流量為82.5 L/min，大于鉆進(jìn)過程中所需流量之總和，滿足要求。該泵的壓差標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為0.18 MPa.五聯(lián)負(fù)載敏感多路閥采用“哈威”D7700的PSV型，滿足幾個(gè)負(fù)載不同的執(zhí)行元件同時(shí)工作。給進(jìn)、起拔回路閥片壓力設(shè)定為8MPa，液壓卡盤回路與其他回路閥片設(shè)定為2.5 MPa.這種技術(shù)方案使液壓系統(tǒng)變得簡潔、緊湊，各方面性能優(yōu)異。具有以下特點(diǎn)：（1）由于負(fù)載敏感多路閥流量的分流特性，采用單一泵為立軸式鉆機(jī)給進(jìn)、起拔和液壓卡盤回路同時(shí)供油，且相互獨(dú)立。與現(xiàn)有液壓系統(tǒng)相比，減少一個(gè)泵。（2）泵的輸出流量與負(fù)載成反比變化，使整個(gè)液壓系統(tǒng)效率提高，同時(shí)使立軸式鉆機(jī)工作在恒功率下，相比現(xiàn)有液壓系統(tǒng)發(fā)熱量減少。（3）調(diào)速方便，給進(jìn)、起拔速度可以通過負(fù)載敏感多路閥操作手柄的幅度進(jìn)行無級變速。

3　結(jié)束語

本文將負(fù)載反饋技術(shù)應(yīng)用在立軸式鉆機(jī)上，并完成室內(nèi)型式試驗(yàn)，給公司今后該系列產(chǎn)品的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一種參考。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［2］孫寶山.基于負(fù)載反饋技術(shù)的履帶式鉆機(jī)液壓系統(tǒng)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39（3）：95-99.

Design of Load Feedback Hydraulic System For Drilling Rig

SONG Xiao-qing1，SHEN Xi2
（1.Zhejiang Construction Machinery Group Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 3100002，China；2.Zhejiang Hang Drilling Machinery Manufacturing Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310000，China）

Through the comparative analysis of the existing hydraulic system of drilling rig，design a hydraulic system with load feedback technology.The hydraulic system of drilling rig is simpler，the overall efficiency is higher，can realize long-distance control.

drilling rig；hydraulic system；load feedback

TD421

A

1672-545X（2016）05-0056-02

2016-02-26

宋小青（1981-）女，江西人，工程師，研究生，主要從事產(chǎn)品工藝研究；沈璽（1981-）男，工程師，研究生，主要負(fù)責(zé)新產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)工作。