牙轮钻机的液压系统在闭式回路中的应用

（包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司，内蒙古 包头 014080）

牙轮钻机液压系统一般向各动作机构提供压力油,阀组控制油缸或油马达的动作,冷却系统起冷却系统液压油的作用,电缆卷筒液压系统实现电缆卷筒的收放。

一、原理

高压油由闭式泵经过多路阀到达回转马达，驱动马达转动，液压马达驱动整个回转机构，带动钻杆转动。钻杆的负载特性与钻头工作环境和转速有关，岩石硬度大，要求的扭矩增大，回转液压系统压力增大。当钻杆转速加快时，钻头和钻杆所受岩层和岩壁摩擦力增大，回转液压系统压力也会升高。限制回转液压系统的压力，可以达到限制钻杆的扭矩的目的，而回转系统的压力可以通过改变闭式泵的排量来调节。所以设计一个回转限压阀组，将回转系统的压力信号引入闭式泵的伺服缸，调节闭式泵的排量，限制回转系统压力和钻杆扭矩。回转限压阀组的设计要求：回转限压阀组引入的压力信号为调定值，阀组下游压力不能影响已调定的开启压力；阀组可以实现远程压力控制，即操作人员在驾驶室内就可以对回转限压阀组进行调压，以达到保护钻杆目的；阀组响应速度要快，而且工作可靠；能够保护伺服缸，防止引入的压力信号对伺服缸形成冲击。

二、牙轮钻机的液压系统在闭式回路中的应用

（一）先导式溢流阀回转限压阀组

分别引入两台闭式泵的高压油路中的高压油液，高压油液的压力达到溢流阀的调定压力时，溢流阀开启，油液流向口，进入闭式泵的伺服缸，降低闭式泵的排量，系统压力随之降低，减小扭矩，达到保护钻杆的目的。调节进入伺服缸的流量，对伺服缸进行保护，阻尼孔是卸荷阻尼孔，伺服缸的液压油从阻尼孔流出。由于所设计的回转限压阀组出油口进入伺服缸，缸内会有一定量的液压油产生背压，所以对所建立的溢流阀施加一个背压信号，上部为先导阀部分，下部主阀部分。设计逻辑阀为核心元件的回转限压阀组，是所选的逻辑插装阀，其控制油口通过梭阀与电磁溢流阀连接，可以实现远程无级调压。高压油进入逻辑插装阀，当高压油的压力达到电磁溢流阀设定压力再加上的弹簧压力时，逻辑插装阀就会开启，高压油进入闭式泵的伺服缸。监测逻辑阀外控口压力，将监测信号传递回车载控制器电磁换向阀，当闭式泵作为其他系统的动力源时，回转限压阀组将不再开启。逻辑阀的位移输出量与压力输入量之间的关系为二阶振荡环节，确定合适的可调参数，可以得到最小超调量而又最稳定的二阶系统。逻辑阀的下游压力不会影响开启压力，其开启压力是由电磁溢流阀设定的，电磁溢流阀通过电流调定，可以实现远程压力控制，同时其响应迅速，完全符合回转限压的要求，所以逻辑阀回转限压阀组确定为最终的设计方案。限压阀组中的逻辑阀阀口打开，有油液流过，说明当系统达到调定值时，回转限压阀组开始工作，保持回转液压系统压力稳定，限制钻杆的扭矩。对逻辑插装阀限压阀组仿真及数学建模分析，结果表明逻辑阀的下游压力不会影响开启压力，同时其响应迅速，可以实现远程压力控制。

（二）设计液压系统回路

在牙轮钻机的钻杆推进与回撤工况，需要使用液压缸来执行钻杆的动作。通过换向阀，将其中一台闭式泵的油源从行走工况切换到推进工况，与推进液压缸构成新的闭式系统。由闭式泵与液压缸构成的闭式系统是实现牙轮钻机方案的难点。在钻杆推进工况，无杆腔进油.有杆腔出油。由于两腔的面积不同，流入与流出液压缸的油液体积不同，需要在有杆腔侧补充油液(补油)。在钻杆回撤工况，有杆腔进油少于无杆腔的出油，需要将无杆腔多余的油液从溢流阀排出，流回油箱。该液压缸需要带特殊平衡阀，维持低压侧的背压，避免在向下推进过程中，钻杆受重力作用而损坏钻杆钻。辅助回路主要用于钻机的辅助动作,如钻塔的升降等，在大型钻机上，需要使用两台开式串泵和几组前补偿机制。同时，还需提供主要工作回路的控制油，如换向阀的切换，刹车阀的松开等控制油路；系统所需的风扇冷却回路可以由开式泵提供，也可以独立出风扇冷却系统回路。在钻机的工作工况，钻杆的回转和推进的动作对系统压力提出了一定的要求。在回转工况，如果系统压力过高，遇到卡钻层，很容易让钻头或钻具损坏；在推进工况，如果推进压力过高，也易使钻具损坏。另外，钻杆的回转和推进使用的是行走的泵，泵在行走工况，系统压力设定较高，在工作工况，必须调整系统的最高压力，所以，在闭式系统中.加入远程调压阀，满足钻机的实际工作需求。

（三）装配质量直接影响着液压系统的可靠性

为尽早发现新设备装配时可能存在的问题、确保组装质量,我们组织了经验丰富的操作人员对新组装钻机进行调试验收,发现问题及时联系厂家处理。在试运行时对发生泄露的部位进行观察记录,为液压系统的长期监测、趋势分析和故障诊断提供了原始参考点。执行点巡检制度执行三级点巡检制度,实现全员参与管理,把液压系统的泄漏故障消除在萌芽状态。三级点巡检制度包括日常点检,由操作人员完成,发现液压系统异常,力所能及的排除小故障,如紧固松动的管接头专业点检,由点检员实行,对液压系统重点部位检查,发现隐患,排除故障精细化点检,由专业技术人员对液压系统进行严格的检查、测定和分析改进存在的缺陷以现在的工艺及装配技术,液压系统难免存在缺陷,因此需结合实践进行改进。如我矿运行的台一型牙轮钻机,油泵站出油口的闸阀接头处,从设备投人使用以来,一直存在不同程度的泄漏。更换新闸阀,运行一周后泄漏再次出现。因此,我们对油泵接头进行了改进,将闸阀的螺纹连接改造成法兰连接,然后在法兰处加装防漏密封垫改进后,一年内未出现泄漏。

牙轮钻机的闭式系统方案.在大中型钻机的应用上，是一种合理的液压系统实现；采用性能可靠的进口液压元件，是钻机成功的关键不仅突破国内传统的开式系统思路.而且具有很高的性价比和竞争优势。