多功能全液压钻机液压系统设计

　　1 引言

　　所谓全液压钻机，就是在钻机工作过程中钻杆的旋转、推进、起拔以及钻杆倾角的调整、固定等，都是由液压系统实现的。近年来，许多类型的钻机都采用了全液压式驱动，如MK、MKG和MZ等系列全液压钻机， 在工程上得到了广泛的应用。

　　在2003年初，某工程公司根据工作中的实际需要，提出自主设计一台结构简单、操作方便的全液压式多功能钻机，该钻机要求回转头转速在10—100 r／min范围内无级调速，输出最大转矩2000 Nm；最大推进力35 kN，最大起拔力7O kN，一次推进行程800 mm；钻杆倾角在0—90。(水平向下)内任意调节，并能可靠固定；所用电机功率不超过22 kW。

　　2 整体设计思路

　　考虑到多功能全液压式钻机一般是在矿洞或露天工作，主要是打孔作业，工作时噪声值很大，钻机附近粉尘较大，尤其在无除尘设备、工作场地相对封闭情况时，整个工作环境相当恶劣。这些问题在整体机上都不好解决，所以，根据这一实际工作情况和对操作者要求不高这点出发，在本次设计中决定采用分体结构。将整个钻机分为油源部分、控制台部分和钻机主体3部分，各部分之间用橡胶软管相连接。这样设计，控制台可以灵活地放置在较远的地方。首先保证了操作人员的安全，其次使其工作环境相对来说噪声降低。粉尘量较小。更便利于各种工作场地的布置，分体结构使操作人员能始终处于最佳观察控制位置。

　　根据这一思路，要求液压系统不仅功能齐全，性能安全可靠，同时还要求操作简便，直视性好。要能随时反映各工作机构的工作状况，以便操作者采取合适的措施进行控制，使钻机始终工作在最佳工况。

　　3 液压回路设计及功能实现

　　根据总体设计思路，该全液压钻机液压系统主要由高压油源、控制系统、各执行机构及辅件组成。如图1所示。

　　图1 全液压钻机液压系统原理图

　　高压油源部分由油箱1、进口过滤器2、电机4、液压泵5、安全阀6、压力表Pl、出口过滤器7和回油过滤器3组成，其功能为向工作机构提供压力油。考虑到实际工作环境，油箱设计为封闭结构，其上装有油温表、油标、空气过滤器等。电机4驱动液压泵5，把机械能转化为液压能。出口过滤器是根据其特殊的工作要求而设置的，在多年的工程使用中，多次发生液压缸拉伤的情况，液压泵出口精密过滤是十分必要的。溢流阀6为系统安全阀。

　　控制显示部分由调速阀8、多路换向阀10、液控单向阀11、12、单向调速阀17、l8、分流节流阀15、压力表P2、P3、P4、P=5组成，起着控制各执行元件的压力、流量、方向和显示其工作压力的功能。当支撑缸13伸缩时，其他执行元件是不工作的，这时调速阀8控制支撑缸活塞杆的伸缩速度，以达到改变钻杆倾角的目的。当支撑缸调节完成后，多路换向阀中的S1阀置于中位，钻杆的角度固定。当钻杆钻进或拨起时，多路换向阀中的S2、S3换向阀各自搬到相应位置，此时单向调速阀17、l8调整进给速度或拔起速度，压力表P4、P5分别显示进给缸进给压力或拔起压力，调速阀8调整液压马达的转速，进而控制钻杆的钻速，压力表P2、P3分别显示双马达进、出口的压力，进而得知钻杆的转矩。