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目前我國地質(zhì)勘查鉆機普遍采用定量泵與普通液壓閥組成的液壓系統(tǒng)，鉆進功能單一，不適應(yīng)復(fù)雜地層鉆進工藝要求。JDD一100型地質(zhì)勘查鉆機由液壓驅(qū)動，具有回轉(zhuǎn)、振動、沖擊、靜壓多種鉆進功能，還可隨鉆測量地層電阻率、孔隙度等地質(zhì)參數(shù)。鉆機如圖1所示。

1城市地質(zhì)勘查鉆機鉆進性能要求

1．1優(yōu)化鉆進

鉆進過程中，各種地層有不同的最優(yōu)鉆進規(guī)程參數(shù)與之對應(yīng)。鉆壓、轉(zhuǎn)速需穩(wěn)定保持在最優(yōu)鉆進規(guī)程參數(shù)附近，避免過大的波動。鉆機始終以最優(yōu)規(guī)程參數(shù)鉆進，提高鉆進效率。

1．2精確鉆進

地質(zhì)勘查鉆孔深度較淺，但地層復(fù)雜多樣。一次鉆進可遇到多種地層，鉆機須根據(jù)不同地層，及時、準確地調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，使鉆進規(guī)程參數(shù)與地層相適應(yīng)。

1．3高效鉆進

鉆機須具有較高的鉆進效率，自動化程度高，可操作性好，縮短施工周期，提高經(jīng)濟效益。同時功率損耗小，節(jié)能高效。JDD．100型地質(zhì)勘查鉆機液壓系統(tǒng)采用電液比例技術(shù)，可精確控制鉆壓、轉(zhuǎn)速。無級調(diào)節(jié)鉆進壓力、回轉(zhuǎn)速度。給進行程長，調(diào)速范圍大。工作平穩(wěn)、易于操作、高效節(jié)能。該鉆機由給進機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、振動機構(gòu)、起塔機柯、鉆桿夾持擰卸機構(gòu)、絞車升降機構(gòu)、靜力觸探機構(gòu)、鉆機調(diào)平機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)、泥漿循環(huán)機構(gòu)、液壓油散熱器等組成。其中給進機構(gòu)與回轉(zhuǎn)機構(gòu)控制鉆進壓力和回轉(zhuǎn)速度這兩項重要的鉆進規(guī)程參數(shù)?，F(xiàn)針對給進與回轉(zhuǎn)機構(gòu)的液壓系統(tǒng)進行分析。

2給進機構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計

2．1給進機構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計要求

給進機構(gòu)帶動動力頭上升或下降以達到提升鉆具或向下鉆進的目的。給進液壓缸采用長行程雙作用液壓缸。液壓缸固定在鉆塔內(nèi)，活塞桿通過鏈條倍速機構(gòu)帶動動力頭在鉆塔上滑動。地質(zhì)勘查時，使用硬質(zhì)合金取心鉆頭鉆進，碎巖機理主要是硬質(zhì)合金切削具的切削作用。鉆進過程中如果給進壓力過低，鉆頭切削具無法切入巖石，鉆進速度將變慢甚至不進尺。如果鉆進壓力過大，會加速鉆頭切削具磨損，縮短鉆頭壽命。在軟地層鉆進，鉆壓過大會出現(xiàn)鉆頭泥包現(xiàn)象，降低鉆進效率。給進機構(gòu)的主要作用是提供準確的鉆進壓力。同時變量泵根據(jù)負載的變化自動調(diào)節(jié)流量，使流量與工作負載相適應(yīng)。鉆進速度受負載的影響實時變化。鉆進速度慢，負載大時需要小的給進流量。鉆進速度快，負載小時需要大的給進流量，同時需保持鉆進壓力恒定。選用電液比例遙控恒壓泵控系統(tǒng)可滿足上述要求。電液比例遙控恒壓泵控系統(tǒng)原理圖如圖2所示。給進壓力由電液比例壓力閥4調(diào)節(jié)，壓力閥由預(yù)先設(shè)定好的程序輸出信號控制，從而實現(xiàn)給進壓力的自動控制。電磁換向閥6控制給進液壓缸5給進與提升等動作。該系統(tǒng)不存在中位卸荷回路。換向閥中位機能為“0”型，給進液壓缸活塞桿，即動力頭可懸停在鉆塔上的任意位置。當(dāng)電磁換向閥處于中位時，變量泵壓力升高，輸出流量很小，僅維持泵內(nèi)部的泄漏量，處于高壓等待狀態(tài)，能量無溢流損失，具有節(jié)能效果。

2．2給進機構(gòu)液壓系統(tǒng)計算

液壓缸選取為處理孔內(nèi)事故等特殊工況，鉆機需具有較大的強力起拔鉆具能力。設(shè)計要求鉆機動力頭起拔力為65kN，給進機構(gòu)采用液壓缸鏈條倍速機構(gòu)，則液壓缸起拔力應(yīng)為130kN，設(shè)系統(tǒng)壓力P=16MPa，管路壓力損失卸=2MPa，液壓缸無桿腔進油。

3回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計

動力頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)主要由電液比例變量泵、液壓馬達、減速箱、主軸等組成。兩個液壓馬達直接帶動動力頭主軸回轉(zhuǎn)。通過預(yù)先設(shè)定好的程序，調(diào)節(jié)電液比例變量泵排量，對動力頭回轉(zhuǎn)速度無級調(diào)速。

3．1回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計要求

地質(zhì)勘查鉆孔深度100m，硬質(zhì)合金取心鉆頭大多在粘土、粉土、砂土類軟至中硬巖層鉆進。施工過程中，回轉(zhuǎn)速度過小會降低鉆進速度，影響鉆進效率?；剞D(zhuǎn)速度過大將使鉆頭過度磨損，縮短鉆頭壽命。同時回轉(zhuǎn)機構(gòu)克服鉆頭與巖石，鉆具與沖洗液、孔壁之間的摩擦力，向鉆具提供足夠大的轉(zhuǎn)矩。動力頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓系統(tǒng)的作用是向鉆具提供相應(yīng)的回轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)矩，同時回轉(zhuǎn)速度不隨工作負載的改變而變化。鉆進過程中由于地層等各種復(fù)雜因素的影響，工作負載實時變化，由于負載不穩(wěn)定，使鉆具轉(zhuǎn)矩值處于波動中，進而影響到回轉(zhuǎn)速度。在一種地層中鉆進時要求回轉(zhuǎn)速度恒定，回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓系統(tǒng)需具有較好的硬機械特性，不受負載波動的影響，保證以最優(yōu)轉(zhuǎn)速鉆進。電液比例變量泵控系統(tǒng)可滿足上述要求。回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。為增加回轉(zhuǎn)系統(tǒng)鉆進負載適應(yīng)能力，動力頭由液壓馬達1與液壓馬達2驅(qū)動。除了使用電液比例變量泵6無級調(diào)速外，還可以通過兩個液壓馬達串并聯(lián)調(diào)節(jié)動力頭轉(zhuǎn)速。鉆進負載大時，動力頭開低轉(zhuǎn)速，換向閥5處于右位，兩馬達并聯(lián)，對電液比例變量泵提供的液壓油進行分流，降低動力頭轉(zhuǎn)速，提供大轉(zhuǎn)矩。鉆進負載小時，動力頭開高轉(zhuǎn)速，換向閥5處于中位，馬達串聯(lián)，提高動力頭回轉(zhuǎn)速度，輸出較小的轉(zhuǎn)矩。

3．2回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓系統(tǒng)計算

液壓馬達選取液壓馬達直接驅(qū)動動力頭回轉(zhuǎn)。動力頭傳動比為當(dāng)兩個液壓馬達并聯(lián)時輸出轉(zhuǎn)矩較大，設(shè)計最大轉(zhuǎn)矩值為4500N•m，則單個液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩為。鉆機加工完成后進行了實鉆測試。試驗表明該鉆機液壓系統(tǒng)運行情況良好，給進力、轉(zhuǎn)速等技術(shù)指標(biāo)達到了設(shè)計要求。給進與回轉(zhuǎn)電液比例液壓系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

5結(jié)論

(1)鉆機采用電液比例控制技術(shù)，達到了優(yōu)化、精確、高效鉆進的目的；

(2)回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓系統(tǒng)采用電液比例變量泵控技術(shù)，對回轉(zhuǎn)速度閉環(huán)反饋控制，負載變化時，轉(zhuǎn)速恒定，具有較好的硬機械特性；

(3)給進機構(gòu)采用電液比例遙控恒壓泵控技術(shù)，鉆壓由工控機自動控制，可保持恒定，與負載無關(guān)，同時給進流量與負載相適應(yīng)，無溢流損失，減少系統(tǒng)發(fā)熱，具有節(jié)能作用；

(4)柴油機啟動時變量泵為小流量輸出，降低了柴油機的啟動力矩，液壓系統(tǒng)具有良好的啟動特性。