立轴式钻机负载反馈液压系统设计

宋小青，沈　玺

（1.浙江省建设机械集团有限公司，浙江杭州310000；2.浙江杭钻机械制造股份有限公司，浙江杭州310000）

立轴式钻机负载反馈液压系统设计

宋小青1，沈玺2

（1.浙江省建设机械集团有限公司，浙江杭州310000；2.浙江杭钻机械制造股份有限公司，浙江杭州310000）

通过比较分析现有立轴式钻机的液压系统，设计了一种采用负载反馈技术的液压系统，使立轴式钻机液压系统更简洁，总体效率更高，可实现远程控制。

钻机；液压系统；负载反馈

液压系统是立轴式钻机设计的核心部分，其性能直接反应了钻机操作的方便性，可靠性，同时也影响钻机的能耗效率。现有的立轴式钻机液压系统一般采用的是定量泵供油，溢流阀调压溢流。这种控制方式存在的缺点：泵总是在调定的压力下溢流工作；功耗损失大；整机效率低［1］。为了适应国家“节能，降耗”的号召，有必要采用新技术，升级改造现有立轴式钻机液压系统。使立轴式钻机液压系统更简洁，及提高总体效率，设计一种采用负载反馈技术的液压系统，为公司今后相关产品的液压设计提供实例依据。

1　立轴式钻机原有液压系统分析

立轴式钻机液压系统一般包括给进、起拔回路、液压卡盘回路、卷扬机马达回路、移机油缸回路及其他辅助油缸回路。一般在钻进过程中给进、起拔回路需要8 MPa的中高压和48 L/min的流量才能满足工作需求；液压卡盘回路与其他回路只需要2.5 MPa的低压和15 L/min的流量就可以满足工作需求。如果只使用一组多路换向阀，则在钻进过程中无法实现不同的液压回路不同的工作压力。因此解决这种工况要求采用双泵输出，两组多路换向阀分别控制的技术方案，如图1所示。大、小泵输出的液压油分别经两组多路换向阀到各个执行元件，液压系统压力为：溢流阀I设定为8 MPa和溢流阀II设定为2.5 MPa.大泵的额定流量是48 L/min，小泵的额定流量是15 L/min.在钻进过程中只有液压卡盘回路和给进、起拔回路工作，其它回路都不需要工作，因此可以实现在钻进过程中工作的液压回路相互独立，互不干涉。这种液压系统比较复杂，布局繁琐。液压泵采用的是定量泵，泵的输出流量是额定的，压力随负载改变。当执行元件负载达到调定压力时，多余的流量只有从溢流阀回油箱，这时液压系统消耗的功为无用功，会导致液压油发热，影响整个系统的稳定性。

图1　现有立轴式钻机液压系统

2　负载反馈技术的应用

液压技术的发展为立轴式钻机液压系统的改进提供了基础。负载敏感多路阀与远程控制恒压变量泵相结合的液压技术应用于立轴式钻机液压系统，可以现实高效节能，降低油温，使同时工作的回路在工作时相互独立［2］。现采用一个恒压负荷传感变量泵和一个五联负载敏感式比例多路换向阀（简称“负载敏感多路阀”），如图2所示。负载敏感多路阀P口通过二通流量调节阀与工作阀片的A口和B口相通。二通流量调节阀通过梭阀接收它本身的那个工作阀片的LS信号，从而实现具有负载反馈的功能。由于装着梭阀，变量泵的流量控制器只接受最高负载压力阀片的LS信号，因而变量泵的流量将调整到提供所有动作的执行阀片所需要的总流量，从而构成负载反馈技术的液压系统。

图2　立轴式钻机负载敏感液压系统

立轴式钻机液压系统在钻进过程中给进、起拔回路的流量设定为48 L/min，液压卡盘回路的流量设定为15 L/min，总的流量之和为63 L/min.电动机输出转速为1 500 r/min，采用“华德”的55 ml/r排量的恒压负荷传感变量泵，该泵理论输出最大流量为82.5 L/min，大于钻进过程中所需流量之总和，满足要求。该泵的压差标准设定为0.18 MPa.五联负载敏感多路阀采用“哈威”D7700的PSV型，满足几个负载不同的执行元件同时工作。给进、起拔回路阀片压力设定为8MPa，液压卡盘回路与其他回路阀片设定为2.5 MPa.这种技术方案使液压系统变得简洁、紧凑，各方面性能优异。具有以下特点：（1）由于负载敏感多路阀流量的分流特性，采用单一泵为立轴式钻机给进、起拔和液压卡盘回路同时供油，且相互独立。与现有液压系统相比，减少一个泵。（2）泵的输出流量与负载成反比变化，使整个液压系统效率提高，同时使立轴式钻机工作在恒功率下，相比现有液压系统发热量减少。（3）调速方便，给进、起拔速度可以通过负载敏感多路阀操作手柄的幅度进行无级变速。

3　结束语

本文将负载反馈技术应用在立轴式钻机上，并完成室内型式试验，给公司今后该系列产品的液压系统设计提供了一种参考。

［1］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2008.

［2］孙宝山.基于负载反馈技术的履带式钻机液压系统［J］.煤炭科学技术，2011，39（3）：95-99.

Design of Load Feedback Hydraulic System For Drilling Rig

SONG Xiao-qing1，SHEN Xi2
（1.Zhejiang Construction Machinery Group Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 3100002，China；2.Zhejiang Hang Drilling Machinery Manufacturing Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310000，China）

Through the comparative analysis of the existing hydraulic system of drilling rig，design a hydraulic system with load feedback technology.The hydraulic system of drilling rig is simpler，the overall efficiency is higher，can realize long-distance control.

drilling rig；hydraulic system；load feedback

TD421

A

1672-545X（2016）05-0056-02

2016-02-26

宋小青（1981-）女，江西人，工程师，研究生，主要从事产品工艺研究；沈玺（1981-）男，工程师，研究生，主要负责新产品开发和设计工作。