对防突远距离控制钻机液压系统的设计

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1、2010年l2月矿业安全与环保第37卷第6期防突远距离控制钻机液压系统的设计辛德忠，陈松林，王志红(煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆400037)摘要：详细阐述了防突远距离控制钻机(简称远控钻机)液压系统的设计。该系统不仅采用了电液比例控制，而且采用了高可靠性、良好的微调性的闭中心负载敏感液压系统，确保了钻机的使用性能。关键词：远控钻机；电液比例控制；负载敏感控制中图分类号：TD403文献标志码：C文章编号：1008—4495(2010】06—0038—03在突出煤层中施工钻孔时常有突出事故发生，使得钻孔施工人员没有安全保

2、障。对突出煤层瓦斯抽放采用了各种不同的技术和装备，但是要在确保安全前提下开采此类煤炭几乎成为不可能。因此，为了在瓦斯突出时有效保障操作人员的人身安全，远控钻机通过PLC点对点远程通信控制，使操作者在安全区域通过视频及人机界面远距离操作控制钻机，达到远距离钻孔、自动钻杆加接及拆卸，实现钻场无人化操作。为了实现远控钻机钻进、钻杆自动加接与拆卸，就要求远控钻机执行元件的控制性能远远高于普通钻机。因此，远控钻机液压系统的可靠性、微调性要求高于普通钻机。同时，远控钻机为自带钻杆储存移送装置的履带自行式钻机，结构复杂，执行元件多。因此

3、，设计先进可靠的液压系统对于保证钻机1一支撑立柱；2～油箱；3一电动机油泵组件；4一随机操纵台I；的使用性能至关重要。5一防爆电控箱；6一履带底盘；7一随机操纵台1；8一动力头；9一钻杆箱；lO一双夹持器。1远控钻机执行机构及动作要求-1I2J图l远控钻机总体布局图远控钻机主机总体布局如图1所示，与普通钻机相比，除旋转、推进以外，该钻机还包括实现钻杆效保证钻机钻进及自动装卸钻杆，是钻机最重要的自动装卸的双夹持器、钻杆移送装置、钻杆顶升装执行元件。钻杆装卸机构简图见图2。置、钻杆箱钻杆列选择装置，以及钻机钻进时的支撑立柱油缸

4、及钻机倾角调节油缸，履带行走马达等执行元件。1．1钻机主要传动元件的控制要求钻机主要传动机构包括：回转、推进、双夹持器、顶杆机构及送杆机构。这些机构密切配合，才能有收稿日期：2010—04—10基金项目：国家发改委项目(060925)；煤炭科学研究总院l一滑臂；2一滑臂驱动马达；3一钻杆钩定位油缸；4一钻杆钧；5一夹青年创新基金项目(2007QN50)持器夹紧油缸；6一前夹持器摆动油缸；7一前夹持器；8一后夹持器；9一钻杆箱内钻杆；l0一顶杆机构；11一顶升油缸；l2一动力头。作者简介：辛德忠(1976一)，男，硕士，工程

5、师，主要从事图2钻杆自动装卸机构简图煤矿钻机设计、制造等领域的科研工作。·38·2010年12月矿业安全与环保第37卷第6期1．1．1钻机自动安装钻杆动作过程钩带动钻杆缩回一顶升机构上升，拆下的钻杆顶回初始状态：动力头位于机架后端；前夹持器夹紧钻杆箱。已钻入孑L内的钻杆；后夹持器打开，顶升机构顶起位由钻机工作过程来看，特别是在自动钻杆装拆于钻杆箱内的钻杆。时，钻机旋转及推进速度变化大，推进定位精度要求操作过程：初始状态一滑臂后退，钻杆钩对准被较高，需要较好的速度调节性能。选中的一列钻杆一顶升机构下降一被选中的钻杆落1．2钻

6、机辅助元件控制要求入钻杆钩，其余被滑臂挡住一滑臂伸出，将钻杆送到由于远控钻机为履带式自行钻机，钻机开钻前与动力头中心线重合的位置一动力头慢速正转并慢需要移机、支护、钻孔倾角及方位角的调节等。但这速前进，拧紧钻杆接头一顶升机构上升一滑臂后部分执行元件既不需要高的控制精度，也不需要远退一前夹持器松开一动力头正常钻进。控操作，可用普通多路阀实现其控制功能。1．1．2钻机自动拆卸钻杆的动作过程2远控钻机液压系统原理J初始状态：动力头位于机架前端；顶升机构顶起所有位于钻杆箱内的钻杆；滑臂缩回。2．1钻机液压系统设计特点操作过程：初始

7、状态一前、后夹持器打开一动远控钻机的液压系统原理见图3，该系统是由力头起拔孔内钻杆一当动力头处于第1定位点时负载敏感多路阀及负载敏感泵组成的闭中心负载敏(即钻杆前接头位于前、后夹持器之间)，前、后夹感系统。在该系统中，负载敏感多路阀的反馈口与持器同时夹紧，前夹持器摆动拧松钻杆前接头一后负载敏感泵的反馈口连接，实现压力～流量的负载夹持器松开，动力头慢速反转并慢速后退，钻杆前反馈控制。在系统工作时，不仅泵的输出压力与负接头螺纹完全松开一动力头慢速后退至第2定位载需要相适应，而且泵的输出流量也与负载需要的点一后夹持器夹紧一滑臂送

8、出，钻杆钩抓住钻杆一流量相适应。当系统各换向阀阀芯处于中位时，泵钻杆顶升机构下降，钻杆箱内钻杆下降至滑臂一动的输出压力较低(1～2MPa)而输出流量几乎为0，力头反转，拧松钻杆后螺纹接头一滑臂后退，钻杆可有效降低钻机功率消耗，实现节能保护。2O19181一泵；2一负载敏感多路阈；3一旋转马达；4一推进油