长螺旋钻机液压驱动动力头的设计

　　近年来, CFG 工法长螺旋钻机凭借其效率高,适应性广, 施工环保等优势在桩基础领域获得了广泛的应用, 成为很有发展潜力的一类桩工机械。但目前国内长螺旋钻机的生产厂家在钻机核心部位———动力头均采用三环减速机加两台交流电机。主要缺点是: 钻具转速调节不便; 启动扭矩小, 对电网冲击大; 质量大; 难以向大功率发展。为此, 本文研究开发了一套液压驱动动力头系统方案。

　　1 工程要求和设计参数

　　工程要求: 钻进地质条件为常见的粘土。桩孔直径800mm, 深20m。要求一次性成孔。设计参数: 最高转速25r/min, 最低转速不低于18r/min, 所需的输出功率为87kW。

　　2 液压系统原理设计

　　由于本系统主油路流量较大, 压力较高, 使用换向阀直接控制会造成较大的压力损失。插装阀通流量大、压力损失小, 常用于高压大流量的液压系统中。为了减少本系统的功率损失, 所以采用4 个二通插装阀与一个小通径的三位四通换向阀组成先导插装阀控制系统, 作为主油路换向的控制元件。钻进系统液压驱动动力头的液压系统原理如下图。

　　先导换向阀中位机能为Y 型。当换向阀处于中位时4 个插装阀的控制腔均通压力油, 在控制油液的作用下强迫插装阀芯关闭, 主油路无油液流动。当换向阀处于W1 位的时候, Z1 和Z3 号插装阀的控制腔继续通入压力油液, 阀芯仍然关闭, 而Z2 和Z4 号插装阀的控制腔通油箱, 阀芯打开, 主油路通流, 液压马达正转驱动钻杆正转。当换向阀处于W2位的时候, Z2 和Z4 号插装阀的控制腔继续通入压力油液, 阀芯仍然关闭, 而Z1 和Z3 号插装阀的控制腔通油箱, 阀芯打开, 主油路通流, 液压马达反转驱动钻杆反转。这样通过先导换向阀的先导控制插装阀实现液压马达的正反转控制。

　　二位二通阀X 先导控制主油路溢流阀 E 实现卸荷功能。在主油路不工作时阀X 不通电, 溢流阀E 的先导油口经X 阀通油箱, 系统卸荷。在主油路需要工作时, 阀X 通电, 溢流阀 E 的先导油口封闭,系统建立压力正常工作。

　　3 液压元件选型

　　经过多组不同型号泵与液压传动装置组合的性能计算后, 最终确定所设计的液压驱动动力头液压系统的泵和传动装置型号选择为: 4 台80YCY14-1B压力补偿变量泵和4 台Y200L-4(30kW, 1480r/min)电机组成的泵组向系统提供动力; 2 台IY3- 2250 的液压传动装置作为驱动执行元件。

　　80YCY14-1B压力补偿变量泵的主要参数见表1。

　　IY3- 2250 液压传动装置的主要参数见表2。

　　4 液压系统参数计算