采用比例閥技術(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)

摘要： 筆者結(jié)合多年的實(shí)踐工作檢驗(yàn)，提出了了中深孔鉆液壓的系統(tǒng)的新型方案，其重要特征在于利用比例閥門(mén)技術(shù)達(dá)到了恒壓鉆進(jìn)的目的，同時(shí)也得到了最為科學(xué)、理想的鉆數(shù)。此外，本文從理論方面上針對(duì)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的散熱情況以及構(gòu)成特點(diǎn)進(jìn)行了研究分析，并針對(duì)液壓件型號(hào)的選擇提出了幾點(diǎn)意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞： 鉆機(jī)液壓系統(tǒng)；比例閥門(mén)技術(shù)；改進(jìn)設(shè)計(jì)

引言

現(xiàn)階段，在我國(guó)地質(zhì)勘探過(guò)程中使用最為普遍的是深孔鉆機(jī)。和國(guó)外先進(jìn)的鉆機(jī)相比較而言，我國(guó)所使用的深孔鉆機(jī)的鉆進(jìn)效率偏低，鉆機(jī)性能與規(guī)格等諸多方面均無(wú)法完全滿(mǎn)足具體的使用要求。因此，研究與開(kāi)發(fā)高性能的液壓鉆機(jī)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。研究人員在吸取國(guó)外先進(jìn)鉆井的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)階段鉆機(jī)通常采取的重要性能參數(shù)與鉆進(jìn)技術(shù)工藝要求，提出了利用比例閥門(mén)技術(shù)對(duì)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造的新方案。下文針對(duì)采用比例閥技術(shù)改造鉆機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

1.鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理以及構(gòu)成特征

該鉆機(jī)液壓系統(tǒng)是有：動(dòng)力頭與絞車(chē)閉式回路、比例閥門(mén)控制自動(dòng)的加減壓給進(jìn)回路、補(bǔ)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(dòng)力頭與絞車(chē)的閉式回路。因?yàn)樵趯?shí)際的鉆探施工過(guò)程中，提鉆絞車(chē)、取芯絞車(chē)以及動(dòng)力頭并不需要同參與施工，因此將這些元件的油馬達(dá)均可以放置在同一個(gè)回路上，以此簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在本回路中，油泵需要根據(jù)實(shí)際操作順序要求在其中的某個(gè)油馬達(dá)上提油，因而，可以選擇小規(guī)格型號(hào)的油泵。此外，動(dòng)力頭與絞車(chē)閉式的回路還具備了工作效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及節(jié)約能源資源等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。

1.2.比例閥門(mén)控制自動(dòng)的加減壓給進(jìn)回路。在本回路上油泵供給Lee換向閥、油經(jīng)順序閥以及進(jìn)入給進(jìn)的油缸，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉆具的加壓目的。利用比例壓力對(duì)閥門(mén)進(jìn)行有效的控制，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)油缸的自動(dòng)化調(diào)整，使得進(jìn)油的壓力值不斷偏小，最終實(shí)現(xiàn)了加壓鉆進(jìn)、減壓鉆進(jìn)的目的，有效的控制了加壓力和減壓力的實(shí)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(mén)控制自動(dòng)的加減壓給進(jìn)回路的特點(diǎn)在于利用電液比例的控制技術(shù)，保證了鉆具在實(shí)際的鉆井施工過(guò)程中不會(huì)受到來(lái)自巖石刻鉆性能等多方面的因素影響。這項(xiàng)技術(shù)被稱(chēng)為目前世界上最為高新的科學(xué)技術(shù)之一。

1.3.補(bǔ)油回路。該回路利用的是閉式回路的兩個(gè)主要的泵補(bǔ)油進(jìn)行工作。其中低壓泵所排出的壓力油是從溢流閥中進(jìn)行定壓處理，通過(guò)了過(guò)濾油器與單向閥，進(jìn)入到閉式回路中，以此很好的解決了油液的泄露與熱轉(zhuǎn)換等問(wèn)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(lián)葉片泵中的高壓泵所提供的壓力油能夠通過(guò)減壓閥進(jìn)入到油泵的變量機(jī)構(gòu)內(nèi)。其中溢流閥能夠有效的控制與調(diào)節(jié)流量與壓力，從而促使變量活塞能夠移動(dòng)到要求的位置上，保證了動(dòng)力回頭轉(zhuǎn)器與絞車(chē)能夠滿(mǎn)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(guò)多路換向閥與轉(zhuǎn)閥的分配方式，以此對(duì)鉆缸起落油缸、支腿油缸以及千斤頂油缸進(jìn)行集中控制。其中千斤頂油缸是主要用來(lái)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(lái)對(duì)鉆孔內(nèi)輸送泥漿，從而將鉆孔內(nèi)的巖粉沖刷出去，對(duì)井壁起到了較好的保護(hù)作用。為了保證泥漿的循環(huán)，泥漿泵需要和動(dòng)力頭或是絞車(chē)同時(shí)參與施工，所以泥漿泵需要單獨(dú)具備一個(gè)閉式回路。此回路中并沒(méi)有采取一般的溢流閥對(duì)供油壓力值進(jìn)行設(shè)定，而是利用電磁的溢流閥進(jìn)行設(shè)定。

2.液壓元件參數(shù)以及選型問(wèn)題

按照現(xiàn)階段國(guó)外通常使用的深孔鉆井中的重要技術(shù)參數(shù)以及鉆探工藝要求，以及設(shè)計(jì)參數(shù)值，對(duì)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的所有構(gòu)成元件進(jìn)行必要的參數(shù)計(jì)算，并確定出鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的規(guī)格。對(duì)型號(hào)的選擇是為了保障液壓鉆機(jī)能夠具備更高的性能的關(guān)鍵，也是為了保障液壓鉆機(jī)的經(jīng)濟(jì)合理性。此外比例壓力控制閥作為液壓鉆機(jī)的核心元件，其質(zhì)量高低對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作性能產(chǎn)生了較大的影響。處于對(duì)進(jìn)口比例液壓閥的價(jià)格考慮，為了有效的控制國(guó)產(chǎn)液壓鉆進(jìn)的生產(chǎn)成本，可以選擇使用BY-E10B-14型號(hào)的比例控制閥。這種型號(hào)的液壓控制閥基本上能夠滿(mǎn)足該鉆井液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，還需要充分注意到控制回路所用電磁轉(zhuǎn)向閥的具體選型問(wèn)題[3]。

3.鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的散熱估算以及確定油冷卻器

液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量包括了以下三個(gè)方面。其一，油泵功率損失所發(fā)生的熱量；其二，溢流損失損失所發(fā)生的熱量；其三，管道阻力損失和其他損失所發(fā)生的熱量。通常情況下，只需要對(duì)這三項(xiàng)熱量值進(jìn)行簡(jiǎn)單的估算即可。按照鉆探的工藝要求，提鉆絞車(chē)、取芯絞車(chē)以及動(dòng)力頭是不需要在同一時(shí)間段進(jìn)行工作的。在正常的鉆進(jìn)過(guò)程中，唯有動(dòng)力車(chē)和泥漿泵需要同時(shí)進(jìn)行工作；在提升鉆具的過(guò)程中，唯有提升絞車(chē)需要單獨(dú)進(jìn)行工作；在取芯的過(guò)程中，唯有取芯絞車(chē)需要單獨(dú)進(jìn)行工作；而補(bǔ)油泵以及控制油泵一直都處在工作的狀態(tài)中。

4.結(jié)語(yǔ)

液壓鉆機(jī)作為現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外發(fā)展速度比較快的現(xiàn)代鉆機(jī)之一，其能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)極調(diào)壓與調(diào)速，提供了鉆進(jìn)的效率，所以具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。研究人員需要精心設(shè)計(jì)與改進(jìn)液壓系統(tǒng)，科學(xué)的選擇液壓元件，以此提高液壓鉆機(jī)的液壓控制技術(shù)以及元件的國(guó)產(chǎn)水平，這對(duì)于推動(dòng)我國(guó)地質(zhì)勘探領(lǐng)域的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。此外，筆者認(rèn)為我國(guó)目前投入使用的理想鉆機(jī)液壓系統(tǒng)是利用電液控制閥技術(shù)進(jìn)行改造的全液壓鉆機(jī)系統(tǒng)。但是有關(guān)研究人員還需要加大研究力度，改進(jìn)產(chǎn)品的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉玲，劉志明，劉瑩.JDD-100型城市地質(zhì)調(diào)查鉆機(jī)電液比例自動(dòng)鉆進(jìn)系統(tǒng)研究[J].科技致富向?qū)В?010，08（11）：931-933.

[2]崔旭東，項(xiàng)迎靚，周超群.新型全液壓多功能錨桿鉆機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2012，18（07）：333-335.

[3]祁彥科，鄒遠(yuǎn)勤，劉文麗.采用比例閥技術(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2012，01（05）：130-135.

作者簡(jiǎn)介：

陳珩（1980。11-）男，漢族，廣西南寧市人。武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院碩士研究生畢業(yè)（2009年），工學(xué)碩士學(xué)位，講師，廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系教師。主要研究機(jī)械制造及自動(dòng)化，液壓與氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用與維修。