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非開挖領域油缸

1         概述

目前,隨著非開挖施工技術的日益成熟,作為非開挖施工主要設備的水平定向鉆機也得到了突飛猛進的發展。液壓系統以它體積小、重量輕、結構緊湊、動力便于傳遞、力量大等特點,在水平定向鉆機中得到了廣泛的應用。鉆機液壓系統的液壓元件以及各回路的性能對鉆機的整體性能起著決定性的作用。

2         鉆機液壓系統

在大噸位的鉆機中,采用液壓系統驅動顯示出了巨大的優越性,它使產品的結構變得簡單,體積大大縮小。全液壓水平定向鉆機的液壓系統包括:動力頭回轉液壓系統、動力頭推進或回拖液壓系統、夾持卸扣器液壓系統、履帶行走液壓系統、鉆臂升降液壓系統、鉆機支腿液壓系統、駕駛室平移液壓系統、吊車液壓系統、泥漿泵馬達液壓系統。在設計液壓系統時,以滿足性能和使用要求而又沒有多余元件為最佳。下邊我們就分別探討一下鉆機各部分液壓系統的工作原理。

2.1            動力頭回轉液壓系統

動力頭回轉液壓系統,一般由一對規格相同但轉向正好相反的低速大扭矩液壓馬達組成,液壓馬達帶有減速機以便增大扭矩力,兩液壓馬達之間設有一塊可使兩馬達實現串、并聯作用的電液動換向閥。液壓系統圖見圖一。


圖一 動力頭回轉液壓系統


首先,從液壓泵站來的液壓油的壓力和流量要和各液壓元件相匹配,液壓系統的壓力不能超過任何一個液壓元件的額定工作壓力,否則要用減壓閥進行減壓。選擇換向閥時要注意,換向閥的通徑要滿足液壓馬達到達最大設計轉速時對液壓油流量的需要。

當電液換向閥4的左邊電磁鐵帶點且換向閥3不帶電時,電磁鐵將閥4的左邊閥芯位置推到中間,來自系統的液壓油經過閥4到達馬達1的左邊,另一路則經過換向閥3到達馬達2的右邊,推動馬達1、2作方向相反的轉動,此時主軸正轉。馬達1的回油經過換向閥3與馬達2的回油會合,經換向閥4流回油箱。這時兩馬達并聯,轉速低,但扭矩最大。

當電液換向閥4的左邊電磁鐵和換向閥3同時帶電時,閥3的右邊閥芯被推到左邊位置接通,液壓油經過馬達1、閥3到達馬達2的右邊,推動兩馬達轉動,主軸正轉。這時兩馬達串聯,馬達轉速比并聯時高一倍,但扭矩是并聯時的二分之一,回油則經過閥4流回油箱。

當電液換向閥4的右邊電磁鐵帶點且換向閥3不帶電時,電磁鐵將閥4的右邊閥芯位置推到中間,液壓油經過閥4到達馬達2的左邊,另一路則經過換向閥3到達馬達1的右邊,推動馬達1、2作方向相反的轉動,此時主軸反轉。馬達2的回油經過換向閥3與馬達1的回油會合,經換向閥4流回油箱。這時兩馬達并聯,轉速低,扭矩大。

當電液換向閥4的右邊電磁鐵和換向閥3同時帶電時,電磁鐵將閥4的右邊閥芯位置推到中間,同時閥3的右邊閥芯被推到左邊位置接通,液壓油經過閥4到達馬達2的左邊,出來后流經換向閥3到達馬達1的右邊,推動馬達1、2作方向相反的轉動,此時主軸反轉。這時兩馬達串聯,馬達轉速比并聯時高一倍,但扭矩是并聯時的二分之一,回油則經過閥4流回油箱。

以上是開式液壓系統時的情況,如果液壓系統為閉式系統,而且液壓泵采用雙向變量泵,則可省去電液換向閥4,因為泵自身能實現換向。此外,兩液壓馬達的泄油管路一定要連接在一起單獨引回油箱,泄油管路中不允許有背壓元件存在。為了獲得多種轉速,可將換向閥4改用電液比例換向閥。

2.2            動力頭推進或回拖液壓系統

動力頭推進或回拖液壓系統一般由兩對規格相同轉向相反的低速大扭矩液壓馬達組成,液壓馬達都帶有減速機以便為鉆機提供較大的推進或回拖力。液壓系統的組成形式與動力頭回轉液壓系統相同,只是增加了一組,液壓系統圖見圖二。

圖二 動力頭推進或回拖液壓系統



首先,選擇液壓馬達和換向閥的額定工作壓力不能低于液壓系統的最高工作壓力,電液換向閥7的通徑要滿足1、2、4、5四臺馬達在最高設計轉速時對流量的需要。

當電液換向閥7的左邊電磁鐵帶點,換向閥3、6不帶電時,電磁鐵將閥7的左邊閥芯位置推到中間,液壓油經過閥7到達馬達4和馬達1的左邊,另外一部分液壓油分別經過閥3到達馬達2的右邊,經過閥6到達馬達5的右邊,推動馬達1、2和4、5轉動,帶動動力頭向前推進。此時,四臺馬達并聯,推進力最大。

當電液換向閥7的左邊電磁鐵帶點,換向閥3、6也帶電時,電磁鐵將閥7的左邊閥芯位置推到中間,電液換向閥3和6的右邊閥芯位置被推到左邊接通,液壓油經過閥7后,一路油經過馬達1、換向閥3,通過馬達2,再經換向閥7流回油箱。另外一路液壓油經過馬達4、換向閥6,通過馬達5,再經換向閥7流回油箱。從而推動馬達1、2和4、5轉動,帶動動力頭向前推進。此時,馬達1、2串聯,4、5串聯,而馬達1、2和馬達4、5兩組之間并聯,動力頭的推進力比全并聯時小了一半,但動力頭的推進速度比全并聯時高了一倍。

當電液換向閥7的右邊電磁鐵帶點,換向閥3、6不帶電時,四臺馬達實現反向旋轉,動力頭實現回拖。此時四臺馬達并聯,回拖力最大。

當電液換向閥7的右邊電磁鐵帶點,換向閥3、6也帶電時,馬達1、2串聯,4、5串聯,而馬達1、2和馬達4、5兩組之間并聯,動力頭的回拖速度最大,但回拖力比全并聯時小了一半。為了獲得多種行走速度也可將換向閥7改換成電液比例換向閥。

2.3            夾持卸扣器液壓系統

夾持卸扣器液壓系統由夾持器夾持、卸扣器夾持、卸扣、夾持卸扣器分離、夾持卸扣器游動馬達等幾部分液壓系統組成。液壓系統圖見圖三。

圖三 夾持卸扣器液壓系統


當電磁換向閥1左邊電磁鐵帶電時,夾持器夾持油缸夾緊;當電磁換向閥1右邊電磁鐵帶電時,夾持器夾持油缸松開。當換向閥1從夾緊狀態回到中位時,液壓缸保持夾緊狀態;當換向閥1從松開狀態回到中位時,液壓缸保持松開狀態。一般需要保持夾緊力的液壓系統會設計成液控單向閥和蓄能器合用,換向閥中位機能選擇“Y”型的液壓鎖緊回路。但本系統考慮到保持夾緊力的時間很短,故省去了液控單向閥,以降低成本,換向閥中位機能則選用“O”型。

卸扣器夾持液壓系統和夾持器夾持液壓系統相同。

在卸扣回路中,當換向閥3左邊電磁鐵帶電時,卸扣油缸伸出卸扣;當換向閥3右邊電磁鐵帶電時,卸扣油缸返回。

在分離系統中,當電磁換向閥4左邊電磁鐵帶電時,分離油缸伸出,夾持器和卸扣器分離,此時卸扣器的夾緊油缸再次夾緊已經卸開的鉆桿一端時,可實現動力頭一端的鉆桿卸扣。當電磁換向閥4右邊電磁鐵帶電時,分離油缸縮回,夾持器和卸扣器恢復原始狀態。

當電磁換向閥5的閥芯換向時,可實現夾持卸扣器在桅桿上的全程前后游動,利用節流閥6可調節夾持卸扣器的游動速度。

為了減少液壓管路,換向閥1.、2、3、4、5可選用組合在一起的既可手動又可電動的多路換向閥,并安裝在夾持卸扣器旁邊。如果需要對各組油缸的速度進行調整,可在各系統中分別增加節流閥來實現,也可直接選用組合在一起的電液比例多路換向閥來實現,如選用比例換向閥控制,節流閥6可省去。

2.4            履帶行走液壓系統

鉆機行走部件一般選用市場上的挖掘機底盤,經過改裝后作為鉆機的行走底盤,左右兩個行走液壓馬達1、2由兩個電液比例換向閥3、4分別控制,而電液比例換向閥的遠程控制手柄則安裝在鉆機的駕駛室內。這樣鉆機的駕駛人員通過操縱遠程控制手柄,就可以實現鉆機的前進、后退和轉向,以及行進速度快慢的調整。液壓系統圖見圖四。

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