0307;浅谈瓦斯抽采钻机液压系统设计；3000字符

浅谈瓦斯抽采钻机液压系统设计

摘要：随着科技与经济的不断发展，瓦斯抽采钻机液压系统也得到了快速发展。煤矿的瓦斯抽采钻机液压系统对于煤矿的安全生产具有十分重要的意义。而目前，全液压瓦斯抽采钻机采用的阀控变量技术在煤矿中得到广泛的应用，对于泵控变量技术作为一种新兴技术，技术发展尚未得到广泛应用，仅仅在新型钻机中得到广泛的应用。本文就瓦斯抽采钻机液压系统设计进行了详细的分析和探讨。

关键字：瓦斯抽采钻机；液压钻机系统；泵控技术

全液压动力头式坑道钻机具有十分多的优点，例如，起下钻速度快、无级变速、顺序动作和联动、工作效率高、工艺适应能力强以及便于实现远距离操作等优点。如今，我国煤矿井下瓦斯抽采钻机多数是在上世纪九十年代前后研制生产的，这些钻机操控的模式手动直控、所使用的元件是定量泵以及手动变量泵，主要有以下几个方面的优点，动态响应快、工作可靠性高以及低故障等优点，但是，由于设备温度上升快、能量损耗大以及钻进控制的可靠性、稳定性以及实时性方面表现欠佳，有待提高。其液压系统的动力元件采用变量泵，主要原因在于该元件具有良好的工况匹配性能以及节能效果表现显著的优点。早在上世纪八十年代，在澳大利亚型号为VLD一1000的钻机已经应用了变量泵，而该元件在我国煤矿的全液压坑道钻机在最近几年才得到使用。本文主要对煤矿井下瓦斯抽采钻机液压系统具有代表性的回路型式以及泵控变量技术的应用现状和液压回路技术的特征。 1.阀控钻机液压系统

给进、回转以及辅助三个回路是阀控钻机液压系统的主要组成部分。 1.1.给进回路

由于坑道施工空间有限，油缸直接推进动力的形式是目前坑道钻机最常用的给进装置，而减压阀控制给进压力以及溢流阀是应用最广泛的阀门。 （1）减压阀调节回路

减压阀调压回路的构造相对比较简单，进口压力变化对减压阀出口压力的影响无关，因此，给进机构的工作压力较为稳定，在此基础上，当压力发生变化时，可以通过孔内情况发生的变化而进行及时的调整，而调整的主要方法是在液压马达的进油管路或者在给进液压缸上串联一个减压阀。采用减压阀调节回路的型号主要有ZDY650(MK-3)以及ZDY540。而减压阀加压主要作用是，利用减压阀进行加压，使得给进速度进液压缸的工作压力和负载的变化而发生变化。考虑到一机多用以及工艺适应性广泛的原因，在压力控制给进回路采用的是多种回路的综合型式，而钻机给进系统的加减压方式与钻进方式的要求有直接的联系，而ZDY1900(MKD~S)是比较典型的钻机。 （2）溢流阀调压回路

立轴式钻机是最早应用这种调压回路，主要的工作模式是采取垂直向下钻进的过程中，采取钻机自重加压中由溢流阀打开卸荷，目的是为了实现钻具自重加压，在工作阶段中，当钻压不足时，为了达到向孔底加压的目的，可以调节溢流阀进行改善。采用溢流阀调压回路的钻机类型主要有MYZ一150以及HC-150，该类型的主要的调压性能、原理以及调压方式与立轴钻机相同。而型号为ZDY1200S(MK-4)钻机的液压系统将两个溢流阀并联在副泵出口，两个溢流阀的主要作用是，一个是限制系统最大压力，另外一个是对给进回路工作压力进行调节。 1.2 何如设计回转回路

钻机回转速度与地层情况有着直接的联系，通过不同地层状况而调节回转速度，液压系统工作压力对负载变化是自动适应，其调速方式主要有容积调速和节流调速两种，而其中容积调速是最主要的调节方式。 （1）容积调速回路

针对容积调速回路主要有以下三种方式：具有横扭矩输出特性，具有恒功率输出特性，由变量马达以及定量泵组成的调速系统；由定量马达以及变量泵组成的调速系统；兼有以上两种方式，由变量马达以及变量泵组成的调速系统。由于定量泵—变量马达的特点是容积调速回路的调速范围比较小，而该特性的存在使得在钻机液压系统中没有得到应用；而目前，全液压坑道钻机中最常见的回转回路动力元件是手动变量马达以及定量马达。而型号为ZDY1900S(MKD—S)的钻机所采用的是手动变量马达以及手动变量泵组成的调速回路，该组合的特点是具有大范围的调速功能，该特点意味着可以满足多种钻进工艺的要求。而变量泵——变量马达调速回路的主要工作方式是跌液压马达排量保持不变，通过调节泵的排量不断改变液压马达转速。而钻机中辅助调节方式主要是通过不断降低回转器的转速达到增大转矩的目的，只有不断增大转矩，才能满足负载的要求，而该方式的钻进方式主要存在的缺点是工作效率比较低。

为了更好的满足对回转器的转速和负载的要求，提高工作的可靠性，通常采用的是容积调速回路的钻机动力头装置基本上都设置机械变速箱。 （2）节流调节回路

像日本的FS—20型钻机，是早期的坑道钻机，将节流阀并联在回转回路进油口，对回转马达的输油量进行调节。而这种钻机存在的缺点是回路能耗比较大，所以，仅仅在一小部分钻机中得到应用。

2.泵控钻机液压系统

型号为ZDY6000L的全液压履带是的坑道钻机所采用的技术是泵控负载敏感技术，而给进回路采用带远程控制的恒压变量控制技术。

（1）采用恒压变量技术的给进回路，其动力源主要采用的是恒压变量泵，使得压力不受泵输出流量变化的影响，使得压力保持和固定。

（2）应用负载敏感技术的回转回路，型号为ZDY6000L钻机应用负载敏感技术的回转回路技术，采用的是多路负载反馈功能的液控比例，构成了泵控负载敏感液压系统，通过不断控制液控比例多路换向阀的开口量以及调控先导手动阀的位置，使得回转马达共有量得到控制，最终达到对钻机回转速度的控制。

调节泵的流量输出的主要方法是采取控制液控比例以及多路换向阀前后的压差控制负载敏感阀，不会受到负载压力的变化影响，负载压力比泵的出口压力低0.7～2.1MP,在合理的限压范围内使得能够自动适应负载的变化。而液压泵的主要的作用仅仅提供和执行元件负载相匹配的流量和压力，而系统中就不会产生过剩的流量和过剩的压力。所以，对于回转机构的能量利用量得到和很大程度的提高，最终达到了降低成本的作用。而液压系统对转速的控制更为可靠灵活，对于回转运动的机械性得到了很大程度的提高，减少了负载变化对回转运动造成的不良影响，在很大程度上延长了钻具的寿命，提高了钻孔的质量，分析其主要原因在于其采用了负载敏感控制技术。 3.结论

瓦斯抽采钻机液压系统设计在未来的发展中仍然有很多的问题亟待解决，而目前，钻机液压系统设计中，泵控变量技术由于具有独特的优质特点得到了广泛应用，分析其主要原因，主要表现在以下几个方面：

（1）由于该技术集成化程度较高，简洁的外接油、不断减少了故障环节，提高了系统工作的可靠性；

（2）系统能耗低、适应负荷的流量、压力变化以及系统的效率高； （3）系统成本控制比较高；

（4）控制方式多样化，主要有液压控制、气动控制、电液控制以及手动控制等多种控制方式。

参考文献：

[1]殷新胜,田宏亮,等.负载敏感技术在全液压动力头式坑道钻机上的应用[J].煤炭科学技术, 2008(1).

[2]殷新胜,姚宁平,等.ZDY6000L型履带式全液压坑道钻机液压系统的设计[J].煤田地质与勘探, 2007(6).

[3]姚亚峰,王贺剑,等.ZDY1200L型履带式全液压坑道钻机的研制[J].煤田地质与勘探, 2008(3).

[4]殷新胜.MKG-5型全液压坑道钻机液压系统的设计及探讨[C].第八届全国探矿工程学术会议论文集, 1994.