负载敏感控制在液压钻机中的应用

　　O 前言

　　我国在高瓦斯复杂地质条件中长距离钻孔钻进技术方面的研究，近几年刚开始起步，它要求钻机的能力大、体积小、质量轻，以适应在狭窄的巷道内快循环施工作业。尽管国内用于煤矿井下的各类钻机已有20多种，但某些钻机体积虽小而钻进能力不够；另一些钻机能力大，而体积过于庞大、笨重，故不能满足快循环施工长距离钻孔的要求。液压传动在某种意义上是属于低效率的传动。近半的功率损失消耗于热量及噪声。特别是大功率的全液压钻机，液压系统具有高压大流量的特点，系统的能耗及发热更加突出。因此在全液压瓦斯抽放钻机液压系统的设计中应该充分考虑节能问题，采用多种节能技术，从多方面降低系统能耗，提高系统的效率。

　　现有钻机液压系统存在以下两方面的问题： (1)节能要求。适合负载变化提供所需的液压功率(流量和压力)，尽量减少流量和压力损失，将节流调速改变为以容积调速为主，特别是按负载需要提供流量。(2)调速要求。希望操纵阀控制调速时，不受负载压力变化和油泵流量变化的影响，能按人的操纵指示来调速。根据以上两方面的要求，我们采用了负载敏感泵和带压差补偿的手动比例阀来设计新的钻机液压系统。

　　1 钻机新型液压系统的设计

　　根据现有钻机存在的问题，从尽可能提高液压系统的利用效率上设计了全新的液压系统。其原理图如图1所示。

　　图1 钻机液压原理图

　　本系统采用恒功率、压力切断、负载敏感单泵控制系统，其主控制阀采用负载敏感比例多路换向阀。实现旋转动力头的转动、动力头的推拉油缸等动作。其它辅助动作控制由一块比例控制阀输出压力油到普通多路换向阀块控制。

　　1．1 恒功率控制

　　液压钻机应用恒功率变量泵，目的是充分利用电动机的功率，根据工作压力调节泵的排量，以避免被泵吸收的功率超过电动机提供的功率值。恒功率控制时，液压泵工作在特性曲线为抛物线段。

　　1．2 负载敏感控制

　　负载敏感控制能使泵的输出压力和流量自动适应负载需求，大幅度提高液压系统效率。将负载敏感控制应用于液压钻机时，为保证正常工作，泵的输出压力只能与最高的负载压力相适应，即负载敏感只能在最高负载回路上起作用，也就是一般情况下在系统中的旋转动力回路起作用，对其它负载压力较低的回路采用压力补偿，以使阀口压差继续保持定值。当阀开口度过大，使系统要求的流量超出泵的供油能力时，最高负载上的执行元件速度将会降低，直至停止运动，使整机动作失去协调性。为解决这一问题，在多路阀上采用流量分配型的压力补偿措施，如图1所示。当系统功率小于设定功率时，泵以最大的工作流量向执行元件供油。当该系统的工作压力小于特性曲线垂直段最高点对应的压力时，该系统为恒流量控制，该功能能使钻机在低负荷下，避免钻机速度过快，由于动平衡引起的安全事故。