在经历了早期的手把给进式钻机之后,随着合金钻机技术的进一步成熟和发展和液压技术的长足发展与应用,油压给进式钻机应运而生。
油压给进立轴式钻机的特点:给进工序与部分辅助工序实现了液压控制;性能较为先进,并且易于控制,因此钻进效率高;工作平稳,操作集中、灵便、安全,劳动强度有所降低;物理运动,纵向布局,结构紧密相连,但解体性能较手把钻机差。
立轴式全液压钻机是较早研制的全液压钻机,它保留着立轴式回转器,齿轮传动变速箱和升降机等装置,但回转器和升降机采用一台或二台油马达驱动;其钻进时的加减压力、调速以及升降钻具等,均集中于操纵台上进行,并有仪表测试,有利孔内钻进情况的观察分析。
全液压动力头钻机具有以下特点[5]:钻机工作过程中的所有动作均由液压系统中的液压元件完成,非常大程度上减轻了操作者的劳动强度,操作人员数量大幅度减少;实现了无级调速及钻压的精确控制,可根据地层条件、机具情况优选钻进参数,更适合金刚石钻进;回转器可沿桅杆移动(故称动力头),实现了长行程给进,不仅大幅度增加了纯钻进时间,还由于钻进过程连续,可大幅度减少孔内事故发生的几率并提高岩心采取率。
自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,液压技术已有二百多年的历史。但直到20世纪30年代它才较为普遍地应用到了机床及工程机械中。到20世纪60年代以后,液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而快速地发展。而当前的液压技术正向着迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展[1]。近年来,随着液压技术的日趋成熟,其应用场景范围也慢慢变得广泛。其在钻机上的应用就是一个很明显的示例。
智能液压容错技术的实现可以通过在钻机原液压系统中增加负载感应调压阀等元件。负载感应调压阀带有压力测量单元和逻辑控制单元,能够根据马达负载的变化来调节液压回路的驱动油压,从而调节钻头推进力,有效避免卡钻等现象。
另外,在煤矿钻机中,液压智能控制器也可实现上述目标[7]。液压智能控制器不需电控,自动调节煤矿钻机推进力,防止马达过载,避免钻头卡死、损坏等。
伴随着液压技术的进一步发展与完善,全液压钻机也随之出现。全液压钻机是一种用油压驱动和控制所有运转部件的钻机。在油压给进钻机的基础上,它将回转、给进和升降钻具等机构全用液压驱动,把整个操纵引向更自动化,仪表化的现代水平[4]。
[2]庞海荣.全液压钻机电液比例技术的应用பைடு நூலகம்究[D].西安:煤炭科学研究总院西安分院,2003.
[3]广西地质技工学校.岩心钻探机械[M].北京:新华出版社,1985.
[4]于萍,孙友宏,赵大军,等.谈液压技术在钻掘设备中的应用[J].探矿工程,2003,z1:325.
XY-4型钻机属机械传动油压给进立轴式钻机,除适用于金刚石钻进外,也能满足硬质合金钻进、钢粒钻进和各种水文、工程钻进的需要。该钻机本身的组成是由机械传动系统和液压传动系统及机架等部分组成。该液压系统可实现的功能包括:立轴上升、下降、停止或称重;松紧卡盘;拧卸钻具;钻机前后移动等。
摘要:液压技术由于具有功率比重大、配置柔性大、操纵控制方便等优势,在工、农业生产中得到了广泛的应用。而与一般工业生产相比,钻机具有工作环境恶劣,高速载重,能耗大等工况特点,因此,在钻机上大量地应用着液压技术。本文将着重介绍液压技术在钻机上的应用情况。
液压技术在钻机上的应用开始于20世纪的40年代,最初主要是用于给进机构。[2]而随着液压技术的快速发展,液压技术在钻机上的应用也越来越普遍。1968年由瑞典Atlas Copco公司开发的第一台全液压钻机Diamec250问世,此后不久美国、日本都研制成功了自己的全液压钻机。与机械钻机相比,全液压钻机具有功重比大,控制性能好等优点,因此很快得到了推广和应用。目前,国内外钻机的主导型式已是全液压顶驱式,其品种和数量都快速增多。
随着液压技术的不断发展,其在钻机上的应用也愈来愈普遍,越来越成熟。从最初的只控制给进系统到如今的控制绝大部分运转部件,液压技术在钻机上的应用取得了长足的发展,可以说已经到了比较成熟的阶段。但是,在应用过程中仍然存在一些问题(如液压控制功能需进一步完善)。随着液压技术的不断进步,其在钻机上的应用也会走向更高的层次。
液压钻机性能的优劣,主要取决于液压系统性能的好坏。而液压系统的性能则是依赖于其控制系统来实现的。目前,常见的全液压钻机采用的是定量泵加溢流阀的控制系统,主要由回转回路和钻进回路组成,其中钻进回路提供了钻头的前进动力,回转回路克服了回转负载转矩。
液压钻机在钻进过程中,有可能碰到坚硬的障碍物或者地质条件发声明显改变的情况,这时回转负载将会迅速改变,液压系统的压力也会应改变,产生压力冲击和钻头速度失稳的现象。如果压力过高则会打开溢流阀,系统的能量严重损失且发热严重,甚至引发安全事故。而如果在液压钻机上采用负载感知的智能液压容错技术[6],则可以依据实际负载情况自动的调节液压系统的压力,使得钻机的推进力与实际负载相匹配,从而提高钻机的钻机质量和能量利用效率,同时消除安全隐患,大大提高钻头的使用寿命和整个钻机的可靠性。
[5]田宏亮.全液压动力头式钻机液压系统动态分析及操控方法的研究[D].西安:煤炭科学研究总院西安分院,2008.
[7]于今,刘隆强,谈进.液压智能控制器在煤矿全液压钻机中的应用[J].矿山机械,2009(9):10-12.
