全液压深孔岩芯钻机液压系统设计与研究

　　目前国内浅孔全液压岩芯钻机的发展已相对成熟,产品比较完备,液压系统设计上一般都采用多泵开式回路,液压动力元件有采用定量泵的也有采用变量泵的,但是深孔全液压岩芯钻机的研制工作仍处于起步阶段,其实施的成本和技术难度均远高于前者。

　　利用国外先进技术和成功经验,结合企业实际需求,笔者研制了一款全液压深孔岩芯钻机,其主要技术指标:钻深1500mmX5mm孔倾角30^o—90^o;动力头转速150—1500r/min,采用机械4挡变速;进给缸推进力89kN、最大起拔力198kN;主卷扬最大提升力如kN,副卷扬(打捞绞车)最大提升力25kN。所谓全液压钻机是指实现钻机的基本运动形式即旋转和进给均采用液压传动的方式予以实现,因此液压系统是其最重要的组成部分,液压系统的设计也就成为全液压钻机设计的关键所在,笔者将从以下3个方面介绍该型钻机的液压系统设计特点。

　　1总体设计思路

　　全液压钻机的液压系统主要有定量系统和变量系统两种。定量系统在小型钻机设计上得到了比较广泛的应用。定里系统虽然成本低,控制简单,但由于其能量利用率低,发热严重,不适于功率较大的深孔钻机。因此,首先考虑采用容积调速的双泵变量系统,系统除满足节能要求,特别是按负载需要提供执行元件所需流量的要求以外,还应满足调速要求,即操纵阀控制调速时,不受负载压力变化和油泵流量变化的影响,另外要求系统也能满足复合动作操纵的要求。

　　基于上述考虑,在液压系统设计中,采用了负载敏感变量泵和比例多路换向阀等先进的液压元件和相应的控制技术。系统采用了双泵组成的双回路形式,液压系统如图1所示。主副泵共用一个油箱,主回路由主泵1经精滤器、多路换向阀组1至对应的执行元件,执行元件包括动力头液压马达、进给油缸、主卷扬液压马达以及副卷扬液压马达。回油经冷却器、回油滤油器回油箱。副回路由副泵2经多路换向阀组2至对应的执行元件,执行元件包括起塔油缸、上下夹持器油缸以及推杆油缸,回油经回油虑油器直接回油箱。

　　2液压系统主要元件选型设计及分析

　　2.1液压执行元件

　　主回路动力头液压马达的正反转,月以实现钻进回转和卸扣回转,采用A6VM弯轴式注塞变量马达。该马达排量可无级调节,具有良好的启动特性和功率重量比大的特点。其控制方式有多种形式,采用其中的压力控制方式,控制压力增量为2.5MPa。马达排量为160mL,公称压力可达40MPa。马达流量(单位:m³/min)按式(1)计算。

　　其中:V_g、 n、η_v分别为马达排量、转速和容积效率。