0 概述 远距离控制钻机主要用于煤矿井下突出煤层钻孔施工瓦斯抽放孔、排放孔、注浆灭火孔、煤层注水孔及防突卸压孔等．该钻机在远距离控制技术上实现了突破．实现了孔口无人化操作。极大地提高了瓦斯抽放钻孔作业人员的防护能力．保障了突出煤层钻孔施工人员的安全．对改善矿井安全生产状况具有重要的意义 远距离控制钻机同其他煤矿井下钻机一样．采用液压传动作为主要动力传输方式由于液压传动具有功率密度大、动态特性好、结构简单、体积小、调速和过载保护性能好、传输和控制方便等优点，已在煤矿井下钻机领域获得了广泛的应用 但目前煤矿井下钻机液压传动系统基本都采用普通多路阀系统。其能量损失大，导致系统发热较快。使系统故障频繁发生 1 普通多路阀的缺陷 煤矿井下钻机所共有的一个特点是执行元件如液压马达、液压油缸多，用以满足多种功能要求，而这些执行元件的动作都是以液压方式实现的。由于钻机主机液压马达旋转输出和推进油缸前进、后退动作要求同时动作．因而煤矿井下钻机液压系统常采用双泵系统供油方式．大泵供油实现马达及动力头输出轴旋转；小泵供油实现动力头推进、夹持器夹紧、卡盘松紧以及主机调整倾角。对这些执行机构的控制．若用分立液压元件实现。其管道连接布置都很复杂．所以这通常是由多路阀来实现的多路阀是一种能集中控制多个液压执行元件工作的若干个换向阀的组合阀． 由于多路阀具有结构紧凑、管路简化、压力损失小、通用性好等优点，越来越多地应用于起重运输车辆、煤矿机械、工程机械及其他机械上．以进行多个执行元件的集中操作控制。传统的多路阀虽然广泛应用，但是存在原理上的缺陷，主要表现：(1)普通多路阀进行节流调速时，它的流量虽然也要随负载变化而变化．但是流量不稳定，不能进行比例控制；(2)操作手柄力随负载变化而变化，与阀芯位移不成正比：(3)并联油路时。由于流量与负载成反比。当同时操作几个负载相等的执行元件时．能同时动作；但当各执行元件负载不相同时。几个执行元件不能同时起步：压力油总是使负载小的执行元件先动作．然后使负载次小的执行元件动作．依次类推。当负载压力发生变化时．各执行机构的速度将发生变化，虽然这可通过操作换向阀阀芯位移来保持各执行元件运动速度基本不变．但靠操作者手动操作很困难。随着节能技术的不断发展．出现了一种新的节能技术一负载敏感技术．它所运用的产品有负载敏感多路阀和负载敏感泵。 2 负载敏感控制系统分析 采用负载敏感控制系统．可以提高原动机的利用效率，减小系统发热。达到节能的目的。目前，这种负载敏感控制系统己经被广泛地应用于工程机械和热压铸成形机械方面负载敏感控制系统的主要液压元件包括负载敏感多路阀和负载敏感泵。 (1)负载敏感多路阀 负载敏感多路阀是指将压力、流量和功率变化信号．向阀进行反馈．实现控制功能的阀。负载敏感多路阀原理如图1 负载敏感多路阀是在普通四通多路阀基础上发展起来的．它主要针对普通六通多路阀易受负载变化影响的缺点．用定差式减压阀保持四通多路阀阀口压差近似不变，从而解决负载压力或油源压力波动的干扰问题。负载敏感技术使四通多路阀的系统压力总是和最高负载压力相适应，最大限度地降低能耗。当多联阀同时工作时，多路阀能通过定差减压阀进行流量分配。同时负载敏感多路阀设置了感知各联阀所控制的执行机构负载压力大小的负载敏感通道。用梭阀选择出最大的负载压力．用于控制三通负载敏感流量阀或负载敏感泵输出油液的压力。 " ` m' r$ T' Q! T; [" R% C" ?. n
图1 负载敏感多路阀原理图 1．定差减压阀2．梭阀3．四通多路阀4．三通负载敏感阀 (2)负载敏感泵 负载敏感泵一般为变量柱塞泵．该泵能自动调节输出流量以保持负载节流阀的进出口压差不变．其控制机构主要由泵出口流量节流阀、压力调节阀和负载敏感阀完成恒流量调节过程。其工作原理：当负载压力增大，泵的出口压力也随之增大．但负载敏感阀处于右位工作，变量缸控制活塞左移．斜盘斜角变小，输出流量瞬时减小，使负载流量降下来．负载敏感阀又恢复原位，泵的流量又在控制缸左腔压力的增大下恢复原来大小．使流量节流阀的输出流量不变。即负载敏感阀起到压力补偿的作用．控制节流阀前后压差不变。所以只要流量节流阀开度调定不变．通过流量节流阀输往系统的流量将保持恒定。不随负载压力变化而变化。如果在无负载下关闭流量节流阀．则泵将在低压零输出流量下运行．因而能耗极低。当泵采用恒功率控制时，其控制特性为．当泵的工作输出功率在功率曲线以内时．该泵具有负载敏感特性，即泵的输出流量仅与节流阀的开口有关。且流量不随负载变化而变化。 当泵的输出功率达到功率曲线时．该泵具有恒功率特性，即泵的输出流量随负载增加而降低．随负载降低而升高。负载敏感泵液压原理如图2所示。
- }5 u( e/ W, ~7 u5 c# w6 U- c图2 负载敏感泵原理图 1．流量阀2．负载敏感阀芯 3 煤矿井下钻机常用液压系统 煤矿井下钻机常采用全液压传动．双泵供油方式．其常用液压系统如图3所示。全液压传动一般采用定量齿轮泵、定量马达配置普通多路阀方式。大齿轮泵供油通过普通多路阀实现马达及动力头输出轴旋转：小齿轮泵供油通过普通多路阀实现动力头推进、夹持器夹紧、卡盘松紧以及主机调整倾角旋转传动系统采用定量齿轮泵与定量低速大扭矩液压马达．有级可变速动力头；推进传动系统采用单液压油缸直接推进。串联节流调速。这种液压传动多为恒压、恒流量系统。钻机的旋转及推进调速较为困难．系统发热量大，难以满足钻机发展使用要求 % R' C) v! \" o7 ?5 z/ B# e
图3 钻机常用液压系统图 4 远距离控制钻机负载敏感液压系统 远距离控制钻机负载敏感液压系统如图4所示。该系统采用恒功率、压力切断、负载敏感的单泵控制系统。系统中．负载敏感多路阀的反馈口L 与泵的X H连接，实现流量与压力负载敏感。系统采用具有压力切断的恒功率负载敏感泵．当执行元件负载较小时．钻机具有稳定的输出转速及推进速度．且输出转速与推进速度具有压力与流量负载敏感特性：当执行元件负载增加达到泵的输出功率时．钻机具有恒功率特性．即钻机的输出转速和推进速度随执行元件负载增加而减小．随负载的减小而增加：当执行元件压力达到泵的设定压力时，泵实现压力切流．泵无流量输出，实现了钻机的过载保护。当该液压系统都不工作时。如果泵还在运转，此时泵无工作油液输出
. C7 b4 E" V' P2 c图4 钻机负载敏感液压系统 该液压系统各执行元件的流量由比例多路换向阀设定，因此其执行元件的最大流量是恒定的。各执行元件的流量变化与阀芯位移成比例的变化由于钻机旋转与推进需要同时动作．因此需要在多路阀旋转与推进控制回路中采用二通负载敏感阀进行分流控制．而钻机其他执行元件均在旋转与推进停止的时候动作．不需要流量分配。 5 远距离控制钻机液压系统特点 远距离控制钻机液压系统在采用负载敏感控制即负载敏感多路阀和负载敏感泵后具有的特点： (1)利用负载敏感多路阀的流量分配特性．可以用单一的油泵为钻机旋转、推进及其他执行元件供油与传统全液压钻机相比．可减少一个油泵或去掉分流阀 (2)泵的输出压力及流量随负载需要变化而变化，系统效率高，发热量小。 (3)调速控制方便，钻机输出转速和推进速度可以通过负载敏感多路阀进行无级调速．且可根据钻孔施工时岩石煤层地质条件．实时改变钻机输出转速和推进速度 (4)具有优良调速性能。钻机可以长时间稳定在较低转速或较低的推进速度下正常工作 6 结语 目前负载敏感多路阀还未大规模应用于煤矿井下钻机．仅在煤矿掘进机上有所应用。因此．将负载敏感多路阀应用于煤矿井下钻机．特别是对于大功率钻机、远距离控制钻机来说．具有优良的调速性能、发热量小及节能等优点．根据远距离控制钻机现场实际使用情况来看．该设计是可行的 | 
发表于 2012-5-7 01:12:22