液压凿岩机性能试验台液压系统的设计*

林瑞波

（煤炭科学技术研究院有限公司，北京 100013）

0 前言

液压凿岩机在铁路、交通、隧道建设、水电涵洞工程、煤矿与金属矿山中应用广泛，主要用于巷道掘进与放顶等工程的爆破孔、探水探瓦斯孔、瓦斯抽放孔、注浆孔等煤岩孔钻进以及井巷成孔钻进。液压凿岩机主要由冲击机构、回转机构组成，其中冲击机构实现冲击破碎岩石，回转机构实现回转切削岩石，这种凿钻孔方式大大提高了中硬岩层井巷施工效率。液压凿岩机冲击性能、回转性能以及两者间的匹配关系是影响其在不同岩层中凿钻孔效率的关键因素。液压凿岩机性能试验台可实现对不同规格液压凿岩机冲击性能、回转性能、钻进性能的测试，通过调节试验台液压系统参数，可实现冲击性能、回转性能匹配关系的测试，从而得出其钻进最佳工作参数。

1 试验台工作原理

试验台主要由运行台架、受冲系统、回转测量系统等组成，其结构示意图见图1。运行台架主要由被试件安装平台、升降机构、左右平移机构、前后推进机构组成；受冲系统主要由受冲器、冷却系统组成，回转测量系统主要由回转引出装置、转矩转速传感器、磁粉制动器等组成。

试验时，被试件安装于运行台架上，通过运行台架中的左右平移缸、导向式升降缸、推进缸进行左右、上下、前后移动，使被试件通过钎杆与受冲系统对中，同时回转性能通过回转引出装置与转矩转速传感器连接；受冲系统吸收被试件产生的冲击能量，通过安装于试验台架外的高速摄像仪采集被试件活塞位移、速度信号，进而计算出冲击能；回转性能通过磁粉制动器加载、转矩转速仪采集信号测试转矩、转速。

图1 试验台示意图

2 液压系统设计

为保证试验台的正常工作，设计了与之配套的液压系统。液压系统实现对被试件的液压动力输出，同时实现对试验台辅助机构的控制。试验台液压系统主要由冲击回路、回转回路、辅助回路组成，其中冲击回路负责给液压凿岩机冲击机构供油，回转回路负责给液压凿岩机回转机构供油，辅助回路给试验台的调位机构供油，以及给液压凿岩机测试过程中的受冲系统供油。

（1）冲击、回转回路

液压系统冲击回路、回转回路选用功能相同的两套回路，既能保证对外回转式液压凿岩机的供油，又可以保证一定的互换性，方便维修。该液压回路系统原理图如图2所示。在该系统中油泵选用A4V电控比例变量泵，油泵排量无级调节、与电磁铁吸力成正比，即与电磁铁控制电流信号（250～600mA）成正比，可以无级地按照程序控制泵的排量。A4V电控比例变量泵排量与电流关系曲线如图3所示。该泵具有自吸性好、排量连续可变、允许连续工作压力35 MPa等特点，能够满足目前所有规格液压凿岩机的动力需求。

图2 冲击回路液压系统原理图

图3 A4V电控比例变量泵排量与电流关系曲线

该回路最大输出压力35MPa，最大输出流量200L/min，通过电流信号控制油泵输出流量，采用电控溢流阀调节回路压力、液控单向阀控制回路通断，可以根据被试液压凿岩机的需求提供供油压力、流量、启停设备等。

（2）辅助回路

辅助回路油泵选用恒功率负荷传感变量泵，负荷传感器是个流量控制阀，该阀工作时作为负载压力的函数来调节泵的排量以使之与负载的需求相匹配，该回路液压系统原理图见图4，其功率曲线见图5。在低于功率曲线的整个范围内，泵的流量受装在泵与负载之间的外部节流阀的影响，而不受负载压力的影响。该阀比较节流孔前后的压力并用节流孔压降（压差ΔP）把泵流量保持恒定。如果压差增大，则泵输出流量变小；如果压差减小，则泵输出流量变大，直到在阀中恢复平衡。恒功率控制和压力切断优先于负荷传感阀，即负荷传感功能在低于设定功率曲线设定压力时工作。该回路能够根据调位油缸缸径、速度的不同需求自动调节油泵排量，系统始终没有多余流量，彻底消除系统溢流损失，自动化控制精度高，解决了原有回路通过手动控制精度低的缺点。

图4 辅助回路液压系统原理图

图5 冲击回路液压系统原理图

该回路最大输出压力31.5 MPa，最大输出流量60 L/min，流量可根据负载需要自动调节，能很好地用于不同流量需求的液压回路。调位油缸的同步采用分流集流阀控制，既能保证油缸的同步精度要求，又能保证成本低廉；同时调位油缸采用液压锁锁定，能很好的保证油缸调位后的稳定性。

3 液压系统特点

（1）自动化控制程度高

液压系统中，液体的压力、流量和方向均通过电磁阀控制，与电气装置配合，实现了液压凿岩机性能实验台的自动控制；并且辅助回路油泵选用恒功率负荷传感变量泵，能够根据调位油缸缸径、速度的不同需求自动调节油泵排量；该液压系统自动化控制精度高，解决了原有系统通过手动控制精度低的缺点。

（2）压力流量无级可调

该液压系统压力调节选用4～20 mA电流控制的电磁溢流阀、流量调节选用电流信号（250～600 mA）控制的比例泵，能够根据负载要求无级调节系统压力、流量，控制精度高。

（3）降低发热量、节约能源

辅助回路选用恒功率负荷传感变量泵，能够根据负载流量变化自动调节油泵排量，降低溢流阀的油液溢流量，进而降低液压系统发热量，有效节约能源，并且能够保证辅助回路油缸等液压元件的稳定运行。

4 结语

液压系统是液压凿岩机性能试验台的关键组成部分，既给被试液压凿岩机提供液压动力，又给试验台调位机构、受冲机构提供辅助动力，从而保证液压凿岩机试验的正常进行。该液压系统采用电控比例控制技术，解决了原有试验台采用手动控制调位不准确、供油压力和流量控制难的缺点，目前已应用于液压凿岩机试验台的制造、试验，使用效果良好。

参考文献：

[1]林瑞波.凿岩机械冲击能试验方法的研究［J］.中国机械，2014（9）：228-229.

[2]郭孝先，王路，黄园月.国外液压凿岩设备［M］.北京：地质出版社，1993.

[3]章鑫，王力，赵友军.掘进机负荷传感液压系统优缺点的研究分析[J].煤矿机械，2012（3）：183-185.

[4]代文博，权钰云.TZMX75防突钻装机液压系统的设计[J]，液压气动与密封，2013（2）：69-71.