立軸式鉆機負載反饋液壓系統(tǒng)設計

宋小青，沈　璽

（1.浙江省建設機械集團有限公司，浙江杭州310000；2.浙江杭鉆機械制造股份有限公司，浙江杭州310000）

立軸式鉆機負載反饋液壓系統(tǒng)設計

宋小青1，沈璽2

（1.浙江省建設機械集團有限公司，浙江杭州310000；2.浙江杭鉆機械制造股份有限公司，浙江杭州310000）

通過比較分析現(xiàn)有立軸式鉆機的液壓系統(tǒng)，設計了一種采用負載反饋技術的液壓系統(tǒng)，使立軸式鉆機液壓系統(tǒng)更簡潔，總體效率更高，可實現(xiàn)遠程控制。

鉆機；液壓系統(tǒng)；負載反饋

液壓系統(tǒng)是立軸式鉆機設計的核心部分，其性能直接反應了鉆機操作的方便性，可靠性，同時也影響鉆機的能耗效率。現(xiàn)有的立軸式鉆機液壓系統(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：泵總是在調(diào)定的壓力下溢流工作；功耗損失大；整機效率低［1］。為了適應國家“節(jié)能，降耗”的號召，有必要采用新技術，升級改造現(xiàn)有立軸式鉆機液壓系統(tǒng)。使立軸式鉆機液壓系統(tǒng)更簡潔，及提高總體效率，設計一種采用負載反饋技術的液壓系統(tǒng)，為公司今后相關產(chǎn)品的液壓設計提供實例依據(jù)。

1　立軸式鉆機原有液壓系統(tǒng)分析

立軸式鉆機液壓系統(tǒng)一般包括給進、起拔回路、液壓卡盤回路、卷揚機馬達回路、移機油缸回路及其他輔助油缸回路。一般在鉆進過程中給進、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，則在鉆進過程中無法實現(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執(zhí)行元件，液壓系統(tǒng)壓力為：溢流閥I設定為8 MPa和溢流閥II設定為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.在鉆進過程中只有液壓卡盤回路和給進、起拔回路工作，其它回路都不需要工作，因此可以實現(xiàn)在鉆進過程中工作的液壓回路相互獨立，互不干涉。這種液壓系統(tǒng)比較復雜，布局繁瑣。液壓泵采用的是定量泵，泵的輸出流量是額定的，壓力隨負載改變。當執(zhí)行元件負載達到調(diào)定壓力時，多余的流量只有從溢流閥回油箱，這時液壓系統(tǒng)消耗的功為無用功，會導致液壓油發(fā)熱，影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖1　現(xiàn)有立軸式鉆機液壓系統(tǒng)

2　負載反饋技術的應用

液壓技術的發(fā)展為立軸式鉆機液壓系統(tǒng)的改進提供了基礎。負載敏感多路閥與遠程控制恒壓變量泵相結合的液壓技術應用于立軸式鉆機液壓系統(tǒng)，可以現(xiàn)實高效節(jié)能，降低油溫，使同時工作的回路在工作時相互獨立［2］。現(xiàn)采用一個恒壓負荷傳感變量泵和一個五聯(lián)負載敏感式比例多路換向閥（簡稱“負載敏感多路閥”），如圖2所示。負載敏感多路閥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工作閥片的LS信號，從而實現(xiàn)具有負載反饋的功能。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，從而構成負載反饋技術的液壓系統(tǒng)。

圖2　立軸式鉆機負載敏感液壓系統(tǒng)

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

3　結束語

本文將負載反饋技術應用在立軸式鉆機上，并完成室內(nèi)型式試驗，給公司今后該系列產(chǎn)品的液壓系統(tǒng)設計提供了一種參考。

［1］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2008.

［2］孫寶山.基于負載反饋技術的履帶式鉆機液壓系統(tǒng)［J］.煤炭科學技術，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，主要負責新產(chǎn)品開發(fā)和設計工作。