全液压牙轮钻机在钻进时,对钻杆进行扭矩限制,对整机的安全性具有重要作用。通过对钻杆负载特性分析和回转系统理论研究,设计了以溢流阀和以逻辑插装阀为关键元件的两种阀组,对回转液压系统起到限压作用。采用AMESim软件对两种阀组进行仿真分析,得到回转工况仿真曲线,明确了两种阀下游压力是否对其开口压力产生影响。对逻辑插装阀进行数学建模,分析了其动静态特性。对回转限压系统进行仿真和试验分析,得到牙轮钻机回转液压马达输出扭矩曲线,试验结果验证了仿真分析的正确性和回转限压阀组的可行性,为国产牙轮钻机回转液压系统的设计研发提供理论基础与实践经验。

通过对全液压钻机实际工况和负载特性分析建立钻套与钻具之间的摩擦系数关系针对给进电液系统进行优化设计分别建立加压钻进和减压钻进压力控制系统数学模型;根据钻进地质情况的不同对控制回路性能与溢流压力关系和控制回路压力-流量与电比例换向阀阀口开度关系进行分析研究变负载对压力控制性能的影响实现高效节能的回路控制。通过现场对给进液压缸负载力的采集对比仿真分析充分证明了给进压力控制回路可以对加压力准确调节使钻杆在实际钻进过程中安全、平稳优化后的给进电液系统在给进压力控制方面效果显著。

牙轮钻机采用静液压制动，需要避免系统压力波动对泵产生的冲击，同时钻机的动能或者势能可以回收再利用。通过对静液压制动系统的计算与仿真分析，对闭式泵高压溢流阀参数进行调整，减小系统压力冲击；提出了制动系统能量回收方案，并对能量回收系统进行了数学建模与仿真分析，获得了蓄能器气腔压力随时间的增长关系，揭示了节流阀开度大小与制动时间的关系；对制动系统能量回收效率进行了计算。证明了牙轮钻机采用静液压制动系统的正确性以及能量回收方案的可行性，实现了将钻机动能或者势能转换为蓄能器压力能的能量回收，为大型车辆制动系统能量回收提供了参考。