QZL-165型潜孔钻机液压系统优化设计

QZL-165型潜孔钻机是我国第一台自行研制并应用于地下大直径深孔凿岩的全液压控制的潜孔钻机。液压系统是该钻机的核心部分。下面对QZL-165型潜孔钻机的液压系统进行详细的分析说明。

1.系统概述

QZL-165型潜孔钻机的液压系统原理如图5-115所示，按功能要求分为四大部分：推进和回转液压控制回路、装卸钻杆液压控制回路、钻孔定位液压控制回路和行走调平液压控制回路。整个系统由油箱泵组提供液压油源。

钻机定位液压控制回路由一组六联多路阀控制钻机举臂液压缸、仰俯液压缸、摆角液压缸、补偿液压缸以及钻机推进滑架上的前后顶尖液压缸的动作，实现钻机的变幅、定位。钻机的行走、转弯、制动及履带调平由一组四联多路阀控制。

下面将详细地叙述钻机的推进和回转液压回路、装卸钻杆液压回路及具有特殊功能的集成阀等。

图5-115 QZL-165型潜孔钻机的液压系统原理

2.集成阀的应用

QZL-165型潜孔钻机液压系统的控制阀采用集成方式，其体积小，结构简单、紧凑，工作可靠，维护方便，减少管接头处产生的泄漏。QZL-165型潜孔钻机液压系统由四个部分组成，各部分的控制阀组成一个集成阀，即推进回路集成控制阀JF₁、装卸钻杆回路集成控制阀JF₂、行走液压马达制动集成控制阀JF₃和履带调平集成控制阀JF₄。

在各集成阀中，先导式压力控制阀的主阀芯均采用插装形式，其他液压阀均固定安装在集成阀的各个面上，油管接头集中于一侧或一面上。

实践证明，较为复杂的潜孔钻机液压系统，采用集成阀控制方式是很适宜的。

3.具有多种推进方式的推进控制回路

为满足潜孔钻机推进时的各种工况的需要，其液压系统必须具有支持提供多种推进速度及推进力的液压控制回路。

（1）轻推开孔 潜孔钻机在开孔时，冲击器以较小的冲击压力工作，这就要求推进器也应以较小的推进力工作。开孔液压回路如图5-116所示。

推进器推进力的大小由减压阀JYF出口压力决定，而减压阀JYF出口压力取决于其先导压力阀XF₀或XF₁。当钻机开孔作业时，换向阀HF₂在控制压力作用下处于右位。由于先导压力阀XF₁的调定压力比先导压力阀XF₀低，所以此时减压阀JYF的出口压力由先导压力阀XF₁决定，钻机实现轻推开孔作业。

（2）正常推进及推进压力自适应控制 大直径潜孔钻机钻孔深度一般在40m左右，个别的接近60m。在工作过程中必须多次接杆，所以在钻孔过程中钻具自重是不断交化的，这就要求推进器的推进力必须随之改变，使钻头轴压力合适。国外潜孔钻机如Simba261、CD-360利用调节旋钮调节比例控制阀使推进液压缸的推进压力或背压力改变，以此方式来调节推进器的推进力。显然，这种控制方式受操作者的责任心和经验的影响。

本系统推进器的推进力采用自适应控制。如图5-116所示，钻机正常钻孔作业时，减压阀JYF出口压力由先导压力阀XF₀决定，先导压力阀XF₀是一特制的压力控制阀，它能随钻孔深度的增大，钻杆自重增加，通过回转压力的变化，自动使减压阀JYF出口压力降低，从而使推进器的推进力降低，使钻头对孔底保持恒定轴压力。(www.xing528.com)

图5-116 开孔液压回路

（3）回转头浮动控制 在拧松或拧紧钻杆与钻杆或钻杆与回转头的螺纹连接时，为了不损坏连接螺纹，要求推进速度与回转头的转速相匹配，使之产生与连接螺纹螺距相适应的螺旋运动。国外同类钻机有利用电液比例换向阀或采用比例分配阀来控制的，这些控制方案从原理上说是可行的，但在实际应用中，受各种因素的影响，存在不协调的螺旋运动，产生妨碍钻杆接卸的附加阻力，使钻杆螺纹受到损害，影响钻杆的使用寿命。

本系统在接卸钻杆时，即在回转头正转或反转拧紧或拧松钻杆螺纹连接时，通过操纵换向阀DLF1（2）使顺序阀XF₂（见图5-115）打开，使推进液压缸两腔相通，回转头即处于浮动状态。这种控制方案，回路结构简单，钻杆螺纹所受的轴向力不大于回转头的自重。

（4）快速推进和回退控制 在接卸钻杆时，使用快速系统可以缩短辅助作业时间。本系统钻孔推进时有回油背压，快速推进时使回油背压为零，达到使回转头快速移动的目的。

4.自动防卡钻回路

大直径潜孔钻机钻孔深度一般为30～40m，一旦出现卡钻现象很难处理，不仅影响正常生产，而且对于价格较高的钻杆，冲击器会造成很大的浪费，所以设置防卡钻回路是非常必要的。从图5-117中可以看出，钻机处于正常的推进、回转钻孔状态下，一旦有卡钻趋势或卡钻时，阀XF₀及阀HF₁就会起作用。

（1）有卡钻趋势时，具有预防作用 本系统的推进压力是随孔深的变化而改变的，即随钻杆数增多，推进压力自动减小，保证作用于钻头的轴压力不变。正常钻孔作业时，随孔深增大，旋转压力增加不多，减压阀JYF能输出合理的推进压力。当有卡钻趋势时，回转转矩增大，旋转压力升高，使减压阀JYF出口压力进一步降低，推进力减小，所需的回转压力相应减小，显然对陷入卡钻有预防作用。

图5-117 自动防卡钻回路

（2）卡钻时，钻机自动回退 卡钻时，回转马达的回转转矩急剧增加，回转压力随之升高。当此压力超过压力阀XF₃的开启压力时，换向阀HF₁换向（见图5-117），推进液压缸回退，使钻机脱离卡钻状态。钻机在回退过程中，回转头仍在回转，冲击器仍在冲击修复炮孔或强冲排渣。卡钻解除后，回转压力下降，防卡阀在弹簧力的作用下恢复到原有状态，减压阀JYF也恢复到正常输出压力值，钻机重新开始正常钻孔作业。

5.接卸钻杆液压回路

大直径潜孔钻机钻杆的接卸是钻孔作业的一个重要工序。本系统的接卸钻杆液压回路主要由阀DLF1（4）、（5）、（6）、（7）、集成阀JF₂、两对卡杆液压缸和一个卸杆液压缸组成（见图5-115）。

接卸钻杆液压回路有两个功能。其一是接卸钻杆。当两对卡杆液压缸分别夹住相邻两根钻杆时，驱动卸杆液压缸，此时上、下两对卡杆液压缸相对转动，实现对钻杆螺纹连接的拧松。其二是在钻机开孔时起导向作用。由于卡杆液压缸是一个双行程液压缸，活塞杆伸出为短行程时，其活塞杆端部卡爪与冲击器间有微小间隙（间隙可调），阻碍冲击器的左右摆动，实现对钻机的开孔导向控制。

该钻机液压系统设计合理，工作可靠，调节维护方便，技术参数匹配合理，钻孔效率高。其推进压力自适应控制和自动防卡钻效果很好，能满足钻孔作业的工作要求。