全液压钻机液压系统解析

某型号的液压钻机实物如图5-118所示。

图5-118 某型号的液压钻机实物

1.全液压钻机液压系统总体设计

全液压钻机采用全液压控制，其液压系统主要由行走液压系统、钻进液压系统、运输液压系统和辅助液压系统等组成。行走液压系统主要实现钻机的行走，其要求是钻机能够带载行走，其转弯是通过两履带架不同步实现的，所以要求左履带和右履带液压系统是独立的。钻进液压系统一般要实现钻杆的驱动和推进以及工作机构的摆动，由于钻机在钻进的过程中，钻杆所受阻力变化比较大，因此要求钻杆的驱动和推进液压系统要有良好的过载能力，且在钻杆的推进时需油量大，并且其推进速度较低，但对速度的稳定性要求较高，因此采用回路节流调速回路；工作机构摆动液压系统要改变钻机钻进的方向，因此要求该系统有良好的自锁性。运输液压系统一般实现钻屑的运输，这要求该系统有平稳的运行速度。辅助液压系统主要包括平台支撑液压系统和集渣槽控制系统等。平台支撑系统有平台支撑和平台调斜的功能，由于平台支撑液压缸和调斜液压缸承担了来自钻机钻进时受到的各种阻力，因此平台支撑液压缸和调斜液压缸要具有良好的自锁性。集渣槽系统主要控制集渣槽的位置，因此该系统也需要有良好的自锁性。根据全液压钻机的这些特点，确定整机液压系统的设计思想和设计原理。

由于钻杆在工作时需要的压力很大，因此主泵采用通轴变量柱塞泵，主泵液压原理如图5-119所示。从图5-119中可以看出，通轴泵的传动轴穿过斜盘和刚体，斜盘的位置移到液压泵的前端，通轴泵采用此种结构，可以减少元件间的管道，降低漏油程度，保证供油压力的大小。

从主泵的液压原理图可以看出，反馈压力p通过组装一系列电磁阀，作用于弹簧液压缸，通过改变配流盘角度，改变泵的排量，实现负载反馈。采用恒功率变量泵控制方式，通过负载反馈功能，将泵的流量和压力自动调节到最佳，大大提高其控制性能和节能效果。

2.液压系统设计

通过分析钻机的工作过程，可以看出液压系统需要实现的功能包括行走、钻杆驱动、钻杆钻进、钻杆摆动、运输以及平台支撑与调斜等。根据这些功能的特点和要求，设计出最合理有效的液压系统。

（1）行走回路 行走液压系统要求左履带和右履带液压系统是独立的，行走左、右回路采用内藏式液压马达，转矩大、体积小。当操纵阀控制左、右行走手柄时，主油路液压油通过手动操纵阀进入行走马达，带动整机行走，通过控制操纵阀的位置来实现整机运动方向的改变。左、右回路中的平衡阀可以有效防止整机在作业过程中产生移动，保证工作的稳定性，提高安全性能。行走回路液压原理如图5-120所示。

图5-119 主泵液压原理

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图5-120 行走回路液压原理

图5-121 钻杆驱动回路液压原理

（2）钻杆驱动回路 主油路通过电液换向阀（改制）带动液压马达转动，马达和钻杆之间由减速器相连，通过减速器将力矩传递给钻杆，实现钻杆的旋转。通过改变电磁换向阀的位置，可以改变马达转动方向，从而实现钻杆的正反转。同时，该回路还将钻杆转动时所需的流量反馈给主泵，从而控制主泵的排量。钻杆驱动回路液压原理如图5-121所示；

（3）钻杆钻进及运输回路 钻杆的钻进是通过液压缸来实现的。主油路经过手动换向阀，流经调速阀、先导式顺序阀，控制推进液压缸作用于钻杆。钻杆的推进与后退通过手动换向阀实现。调速阀可以控制钻杆后退或推进的速度。由单向阀组成的液压锁，用来保证钻杆正常地工作。由于调节钻杆钻进方向是双向的，因此选用的马达需能正反转，通过控制手动换向阀来调节马达的转动方向，从而改变钻杆钻进的方向。运输回路的工作原理与上述相似，油路都是经过手动换向阀带动液压马达工作的。钻杆钻进及运输回路液压原理如图5-122所示。

图5-122 钻杆钻进及运输回路液压原理

1—推进液压缸 2—先导式顺序阀 3—调速阀 4—单向阀 5—手动换向阀 6、7—调节马达

（4）平台支撑与调斜回路 为了使钻机能正常稳定地工作，需对钻机进行固定，通过平台支撑液压缸将钻机支撑在巷道的两帮，通过由单向阀组成的液压锁将其固定。而仅将钻机固定是不够的，因为在实际作业时，由于受到的阻力较大，钻机会发生振动，从而不利于支撑液压缸正常工作，因此需要安装平台调斜装置来缓解振动。主油路通过换向阀、平衡阀带动平台调斜液压缸工作。在设计平台支撑和调斜回路时，要注意对液压锁的使用。对于平台支撑回路，由于钻机要随时移动，需要用单向阀组成液压锁；而平台调斜回路的主要功能是平衡平台的振动，所以其回路的液压锁是由平衡阀组成的。平台支撑与调斜回路液压原理如图5-123所示。

图5-123 平台支撑与调斜回路液压原理