牙輪鉆機的液壓系統在閉式回路中的應用

（包鋼鋼聯股份有限公司巴潤礦業分公司，內蒙古 包頭 014080）

牙輪鉆機液壓系統一般向各動作機構提供壓力油,閥組控制油缸或油馬達的動作,冷卻系統起冷卻系統液壓油的作用,電纜卷筒液壓系統實現電纜卷筒的收放。

一、原理

高壓油由閉式泵經過多路閥到達回轉馬達，驅動馬達轉動，液壓馬達驅動整個回轉機構，帶動鉆桿轉動。鉆桿的負載特性與鉆頭工作環境和轉速有關，巖石硬度大，要求的扭矩增大，回轉液壓系統壓力增大。當鉆桿轉速加快時，鉆頭和鉆桿所受巖層和巖壁摩擦力增大，回轉液壓系統壓力也會升高。限制回轉液壓系統的壓力，可以達到限制鉆桿的扭矩的目的，而回轉系統的壓力可以通過改變閉式泵的排量來調節。所以設計一個回轉限壓閥組，將回轉系統的壓力信號引入閉式泵的伺服缸，調節閉式泵的排量，限制回轉系統壓力和鉆桿扭矩。回轉限壓閥組的設計要求：回轉限壓閥組引入的壓力信號為調定值，閥組下游壓力不能影響已調定的開啟壓力；閥組可以實現遠程壓力控制，即操作人員在駕駛室內就可以對回轉限壓閥組進行調壓，以達到保護鉆桿目的；閥組響應速度要快，而且工作可靠；能夠保護伺服缸，防止引入的壓力信號對伺服缸形成沖擊。

二、牙輪鉆機的液壓系統在閉式回路中的應用

（一）先導式溢流閥回轉限壓閥組

分別引入兩臺閉式泵的高壓油路中的高壓油液，高壓油液的壓力達到溢流閥的調定壓力時，溢流閥開啟，油液流向口，進入閉式泵的伺服缸，降低閉式泵的排量，系統壓力隨之降低，減小扭矩，達到保護鉆桿的目的。調節進入伺服缸的流量，對伺服缸進行保護，阻尼孔是卸荷阻尼孔，伺服缸的液壓油從阻尼孔流出。由于所設計的回轉限壓閥組出油口進入伺服缸，缸內會有一定量的液壓油產生背壓，所以對所建立的溢流閥施加一個背壓信號，上部為先導閥部分，下部主閥部分。設計邏輯閥為核心元件的回轉限壓閥組，是所選的邏輯插裝閥，其控制油口通過梭閥與電磁溢流閥連接，可以實現遠程無級調壓。高壓油進入邏輯插裝閥，當高壓油的壓力達到電磁溢流閥設定壓力再加上的彈簧壓力時，邏輯插裝閥就會開啟，高壓油進入閉式泵的伺服缸。監測邏輯閥外控口壓力，將監測信號傳遞回車載控制器電磁換向閥，當閉式泵作為其他系統的動力源時，回轉限壓閥組將不再開啟。邏輯閥的位移輸出量與壓力輸入量之間的關系為二階振蕩環節，確定合適的可調參數，可以得到最小超調量而又最穩定的二階系統。邏輯閥的下游壓力不會影響開啟壓力，其開啟壓力是由電磁溢流閥設定的，電磁溢流閥通過電流調定，可以實現遠程壓力控制，同時其響應迅速，完全符合回轉限壓的要求，所以邏輯閥回轉限壓閥組確定為最終的設計方案。限壓閥組中的邏輯閥閥口打開，有油液流過，說明當系統達到調定值時，回轉限壓閥組開始工作，保持回轉液壓系統壓力穩定，限制鉆桿的扭矩。對邏輯插裝閥限壓閥組仿真及數學建模分析，結果表明邏輯閥的下游壓力不會影響開啟壓力，同時其響應迅速，可以實現遠程壓力控制。

（二）設計液壓系統回路

在牙輪鉆機的鉆桿推進與回撤工況，需要使用液壓缸來執行鉆桿的動作。通過換向閥，將其中一臺閉式泵的油源從行走工況切換到推進工況，與推進液壓缸構成新的閉式系統。由閉式泵與液壓缸構成的閉式系統是實現牙輪鉆機方案的難點。在鉆桿推進工況，無桿腔進油.有桿腔出油。由于兩腔的面積不同，流入與流出液壓缸的油液體積不同，需要在有桿腔側補充油液(補油)。在鉆桿回撤工況，有桿腔進油少于無桿腔的出油，需要將無桿腔多余的油液從溢流閥排出，流回油箱。該液壓缸需要帶特殊平衡閥，維持低壓側的背壓，避免在向下推進過程中，鉆桿受重力作用而損壞鉆桿鉆。輔助回路主要用于鉆機的輔助動作,如鉆塔的升降等，在大型鉆機上，需要使用兩臺開式串泵和幾組前補償機制。同時，還需提供主要工作回路的控制油，如換向閥的切換，剎車閥的松開等控制油路；系統所需的風扇冷卻回路可以由開式泵提供，也可以獨立出風扇冷卻系統回路。在鉆機的工作工況，鉆桿的回轉和推進的動作對系統壓力提出了一定的要求。在回轉工況，如果系統壓力過高，遇到卡鉆層，很容易讓鉆頭或鉆具損壞；在推進工況，如果推進壓力過高，也易使鉆具損壞。另外，鉆桿的回轉和推進使用的是行走的泵，泵在行走工況，系統壓力設定較高，在工作工況，必須調整系統的最高壓力，所以，在閉式系統中.加入遠程調壓閥，滿足鉆機的實際工作需求。

（三）裝配質量直接影響著液壓系統的可靠性

為盡早發現新設備裝配時可能存在的問題、確保組裝質量,我們組織了經驗豐富的操作人員對新組裝鉆機進行調試驗收,發現問題及時聯系廠家處理。在試運行時對發生泄露的部位進行觀察記錄,為液壓系統的長期監測、趨勢分析和故障診斷提供了原始參考點。執行點巡檢制度執行三級點巡檢制度,實現全員參與管理,把液壓系統的泄漏故障消除在萌芽狀態。三級點巡檢制度包括日常點檢,由操作人員完成,發現液壓系統異常,力所能及的排除小故障,如緊固松動的管接頭專業點檢,由點檢員實行,對液壓系統重點部位檢查,發現隱患,排除故障精細化點檢,由專業技術人員對液壓系統進行嚴格的檢查、測定和分析改進存在的缺陷以現在的工藝及裝配技術,液壓系統難免存在缺陷,因此需結合實踐進行改進。如我礦運行的臺一型牙輪鉆機,油泵站出油口的閘閥接頭處,從設備投人使用以來,一直存在不同程度的泄漏。更換新閘閥,運行一周后泄漏再次出現。因此,我們對油泵接頭進行了改進,將閘閥的螺紋連接改造成法蘭連接,然后在法蘭處加裝防漏密封墊改進后,一年內未出現泄漏。

牙輪鉆機的閉式系統方案.在大中型鉆機的應用上，是一種合理的液壓系統實現；采用性能可靠的進口液壓元件，是鉆機成功的關鍵不僅突破國內傳統的開式系統思路.而且具有很高的性價比和競爭優勢。