潜孔钻机的液压系统设计 说明书

1、摘要潜孔钻机的冲击器装于钻杆的前端，潜入孔底，随钻孔的延而不断推进，即因冲击器潜入孔底而得名。潜孔钻机不像凿岩机接杆钻进那样，能量损失随钎杆的加长而增加，因而能打深孔、大孔。应用于井下钻孔时，同凿岩机相比，由于冲击器深入孔内作业，工作面噪音大大降低。应用于露天钻孔时，同钢绳冲击式钻机相比，钻孔速度提高2-3倍，机械化程度较高，辅助作业时间少，提高了钻机作业率。潜孔钻机的液压系统按其功能可分为四大部分，即推进回转液压控制回路，接卸钻杆液压控制回路，钻机的定位液压回路和行走调平液压控制回路。本次设计着重在于推进回转和接卸钻杆液压系统，兼顾定位和行走调平回路。查阅相关资料，读懂并改进钻机液压系统，此

2、系统设计环境要求占用空间越小越好，流量不能过大，因此可以采用开式油路。虽是野外作业但可接入电源，采用异步电动机驱动。根据系统参数，计算后查阅样本选择合适元件，设计油箱、集成阀块和泵站，通过计算验算系统性能是否满足要求。关键词潜孔钻机 液压系统 多路阀 集成阀块 泵站35abstract the impactor of submersible drilling rig installed in the the ens of the drill ,sneaking into the bottom of the hole.that is the origin of its name. submers

3、ible drilling rig is different to drilling machine, which uses the unloading pipe,so energy loss increases with the lengthened of drill.thus the submersible drilling rig can dig deep and large hole .used in well drilling, noise reduces greatly compared to drilling machine ,becausse its impactor deep

4、 hole operations. used in open-air drilling, its digging speed improves two or three times compared to the same rope impact drill.the degree of mechanize increases,auxiliary operation time decreases,improve the efficiency.according to their function,submersible drilling rig hydraulic system can be d

5、ivided into four parts , we can tell them promoting and rotary hydraulic control circuit, the loading and unloading dril hydraulic control circuit ,submersible drilling position hydraulic circuit and walking hydraulic circuit .my design emphasis on promoting and rotary hydraulic control circuit and

6、its loading and unloading dril hydraulic control circuit ,taking into account the location and walking hydraulic circuit. referring to relative information, reading and improving the submersible drilling rig hydraulic system.this system environment requires footprint as small as possible, the flow i

7、s not too large, so i choose to use the open circuit. although it works outside but we can get ac , so i use asynchronous motor. depending on the system parameters,select the appropriate components after calculation and inspection of sample , design fuel tank,integrated valve blocks and pumping stat

8、ions,at last i must check the system performance can fit the requirements or whether through calculation.keywords submersible drilling rig hydraulic system integrated valve blocks pumping stations.目录 目 录 摘要iabstractii第1章 绪论11.1 课题背景11.2本次设计研究的内容11.2.1潜孔钻机简介11.2.2潜孔钻机在国外的研究发展31.2.3国内潜孔钻机行业存在的问题3第2章 液

9、压系统的设计步骤与设计要求52.1 液压系统设计步骤52.2 功能要求62.3 技术参数7第3章 拟定液压系统原理图93.1 确定系统类型93.2 推进力自适应的实现93.2 回转头浮动控制113.3系统原理图12第4章 液压系统设计154.1 确定工作压力154.2推进与回转回路164.2.1 确定液压缸的参数164.2.2确定液压马达的排量174.3 钻机的行走、调平液压控制回路174.4液压系统组成元件的选型和设计184.4.1液压泵、马达、电机的选择184.4.2管道计算204.4.3液压阀的选择224.5集成阀块的设计234.6油箱的设计254.6.1油箱的作用254.6.2油箱结构

10、设计要点及需要注意的事项264.6.3油箱容积及尺寸的确定284.6.4油箱配件的计算与选用294.7液压系统性能验算324.8液压泵站的设计334.8.1液压泵的安装方式334.8.2电动机与液压泵的联接方式344.8.3液压泵站结构设计注意事项344.8.4 液压管路的布置35结论37参考文献39致谢41附录143附录253附录361附录473第1章 绪论第1章 绪论1.1 课题背景随着科学技术的发展，在地下采矿与天井掘进中，采用大孔径炮孔装药进行爆破，能取得较好的效果。于是在原来气压式凿岩机的基础上，人们开始研究增大孔径的穿孔技术，潜孔钻机因此应运而生。它的破碎原理与传统的凿岩机一样，但

11、是它减少了钻杆功率传递的损失与钎尾的损坏，对增大孔径提供了极为有利的条件。理论与实跌证明，增大炮孔直径能给采矿带来直接的效益。我们的技术与国外相比还有差距,我国凿岩机械市场受到进口产品的严重冲击，我国累计用于进口高气压潜孔钻机及钻具和附件的外汇不下数百万美元，而用于科研的费用却不足进口费用的5。目前，又处在科研体制转轨时期，各科研单位都在为生存、发展而奔波，顾不上对穿孔设备及钻具的后续研制，而实际却又需要解决这方面的问题，我们不可能长期依赖进口，而把这一市场让与外人。而且有很多方面不适合我国的矿山条件，不能充分发挥其作用，做为21世纪的大学生，我希望国内穿孔设备及钻具的研制水平更提高一步，提高

12、国产钻机的竞争力，给矿山提供一种更好的钻机与钻具，使矿山与制造商都能得到较好的效益，为此这方面的研究是很有必要的。1.2本次设计研究的内容1.2.1潜孔钻机简介 潜孔钻机的冲击器装于钻杆的前端，潜入孔底，随钻孔的延伸而不断推进，即因冲击器潜入孔底而得名。潜孔钻机可在中硬或中硬以上(f8)的岩石中钻孔。它与凿岩机一样，都有冲击、转动、排碴和推进的凿岩成孔过程，同属冲击转动式钻孔。但它不像凿岩机接杆钻进那样，能量损失随钎杆的加长而增加，因而能打深孔、大孔；应用于井下钻孔时，同凿岩机相比，由于冲击器深入孔内作业，工作面噪音大大降低；应用于露天钻孔时，同钢绳冲击式钻机相比，钻孔速度提高2-3倍，机械化

13、程度较高，辅助作业时间少，提高了钻机作业率；潜孔钻机重量较轻，机动灵活，投资费用低，特别是能钻斜孔，有利于控制矿石的品位、增加边坡的稳定性、消除根底、提高爆破质量。是当前通用的大型凿岩钻孔设备。主要用于矿山开采，建筑基础开挖，水利、电站、建材、交通及国防建设等多种工程中。图1.1 潜孔钻机外形1.2.2潜孔钻机在国外的研究发展中高风压露天潜孔钻机应用普遍。如英格索兰的cm34l、cm351、cz200，阿特拉斯科普柯的roc400系列、roc460系列的部分产品，日本古河的pcr-200dh型钻机等。半液压潜孔钻也得到了广泛的应用。英格索兰的xz200钻机、阿特拉斯科普柯的roc l8钻机是较

14、为典型的半液压潜孔钻机，其特点是只有凿岩部分的冲击器采用高风压动力，其它全为液压，这样对空压机的参数要求显著降低，只要求它能提供足够压力和排量的压缩空气即可，回转、推进、行走和摆幅动作等全部由机械内燃机提供液压驱动力。水压潜孔钻车开始研发应用并取得了良好的效果。瑞典卢基公司为了解决钻孔深度加大后，保证钻孔精度，其下属g-drill开发公司研制了wassara水力潜孔冲击器，并于1998年在该矿推广，且从采矿凿岩扩展到平巷掘进钻凿以54mm的水平掏槽孔。wassara水力潜孔冲击器所用高压水，80可循环使用。气动潜孔钻车及柴油一液压履带式潜孔钻车在最近几年推出。高风压钻机、全液压钻机也在许多露天

15、石方工程中频频出现。这些产品由日本古河、芬兰汤姆诺克等生产。中南工业大学与广西华锡集团铜坑锡矿合作研制出适合我国国情的大直径深孔凿岩设备qzl-165 型潜孔钻机。它是我国第一台自行研制并应用于地下大直径深孔凿岩的全液压( 除潜孔冲击器外) 控制的潜孔钻机。中南大学和北京科技大学等为主的高校及相关科研院所一直致力于凿岩机械研究，推动了国内凿岩机械的发展。 2003年，开发出swda165型高性能一体化液压潜孔钻机，填补了国内空白，产品性能达到国际先进水平。2004年，根据市场需要，又相继开发了以内燃机为动力的swdb165和swdb120型液压潜孔钻机，以优异的性价比获得用户的首肯。1.2.3

16、国内潜孔钻机行业存在的问题1.在安全和简易操作方面的设计考虑欠缺。国外的潜孔钻机在接卸杆处都装有急停拉线与控制传感器，能及时防止事故的发生及扩大，防止人员的伤害及机器的损坏，安全保护措施周到；在设计上坚持以人为本的思想，驾驶环境舒适、安全、操作方便、劳动强度低并配置多种辅助机构；在动力头与钻架上还装有指示箭头，使接卸杆的到位情况一目了然，操作快捷方便，工作效率高。2.结构及参数没有合理匹配。如系统匹配、热平衡、油温及可靠性等方面问题，存在漏油、渗油等现象，外购、外协件的质量难以保证。3.自动化程度低，缺乏智能高效凿岩潜孔钻机。随着我国经济的发展，人们生活水平的提高，对产品质量与使用性能的要求也

17、相应提高。国家重点工程因工期短，因此施工单位要求设备要具有高质量、高效率的特点，能够降低人力资源成本。因此，国内制造企业下一步应开发机动灵活、适应性强的臂架式一体化液压潜孔钻机。为了提高工作效率，降低能耗，还要进一步开发液压露天钻车，以及矿井下使用的潜孔钻机与液压钻车。4. 保养与维护。国外的潜孔钻机都编制了详细的使用维修说明书，规定了严格的操作规程，要求操作者严格执行。进口潜孔钻机价格昂贵，备品、备件供货周期长，价格不菲，因而使用单位一般也会严格按操作规程操作，并注意维修和保养，所以使用起来故障少，使用寿命长，生产效率高。而国产潜孔钻机价格相对来说就便宜的多，备品、配件供货也容易得到保证，相

18、比之下使用单位对国产潜孔钻机的使用要求就有所松懈，操作者常不能严格按操作规程操作，不注意维修与保养。5.应注重产品包装，打好产品形象。以高性价比的优势与进口设备抗衡，并完全有可能取代进口设备。国产潜孔钻机如果能在设计上再完善一点，选材上再可靠一点，制造上再精细一点，并注意维护和保养，在工程施工中同样也会发挥很好的作用，以高性价比的优势与进口设备抗衡，并完全有可能取代进口设备。一个高科技企业发展壮大的基础是科技创新，其产品只有在实际应用中不断完善、更新才能获得用户的青睐。第2章 液压系统的设计步骤与设计要求第2章 液压系统的设计步骤与设计要求2.1 液压系统设计步骤液压系统中控制部分的结构组成形

19、式有开环和闭环式两种，所构成的液压系统分别称为液压传动系统和液压控制系统。二者的结构组成或工作原理有共同之处，也有一定的差别，因此在设计方法和设计步骤上有相互借鉴之处，但也有所不同。 、在设计液压传动系统时设计内容主要包括明确液压系统的设计要求、对系统进行工况分析、初步确定液压系统的设计方案、确定系统的主要参数、拟定液压系统原理图、择液压元件。对所设计液压传动系统的性能进行验算。图2.1的内容和步骤知识一般液压传动系统的设计流程。在实际设计过程中液压系统的设计流程不是一成不变的，对于较简单的液压系统可以简化其设计程序；对于应用在重大工程中的复杂液压系统，往往还需在初步设计的基础上进行计算机仿真

20、或试验，或者局部地进行实物试验，反复修改，才能确定设计方案。另外，液压系统的各个设计步骤又是相互关联、彼此影响的，因此往往也需要各设计过程穿插交互进行。2.2 功能要求该钻机不仅应用于地下大直径深孔凿岩、井下钻凿管缆、通风孔、填充孔及钻凿井等作业中，还可用于建筑、水电、道路及港湾等工程中，钻机应具备以下功能：1具有多种推进方式的推进控制功能1）开孔功能：钻机在开孔时，冲击器以较小的冲击力工作，这就要求 推进器以较小的推进力工作。2）正常推进时推进力自适应控制功能：大直径潜孔钻机钻孔较深，在钻孔过程中必须多次接杆，钻具重量随之增加，为了保持钻头对孔底轴压力合适，推进器的推进力应随之变小；同时，随

21、着孔内因素的变化，为获得较佳的钻孔质量和钻孔速度，推进器的推进力也应随之改变。3）接卸钻杆时回转头浮动控制：在拧松钻杆与钻杆间或钻杆与回转头之间的螺纹连接时，为了不损坏连接螺纹，要求推进速度和回转头的转速相匹配，使之产生与连接螺纹相适应的螺旋运动，对回转头实现了浮动控制。4）快速推进回退控制功能：在接卸钻杆时，使用快速推进和回退控制可以缩短辅助作业时间。2自动防卡钻功能潜孔钻机钻孔过程中时有卡钻出现，使钻机不能正常工作，影响钻机的工作效率，所以设置了自动防卡钻功能。3钻机的开孔导向及接卸钻肝功能接卸钻杆装置通过液压驱动可实现夹持和拧松钻杆与钻杆间或钻杆与回转头之间的螺纹连接，以及对钻机开孔时起

22、导向控制作用。4钻机的行走、调平功能 实现钻机移动时的前进、后退、转弯、制动控制，以及钻机重心的调整控制。5钻机定位功能 实现钻机的变幅，准确且稳定控制2.3 技术参数液压泵电动机功率：75kw 电动机转速：1500r/min液压泵流量：210l/min 工作油压：16mpa回转转矩： 推进力：420kn推进行程：1.76m 提升力：53kn行走速度：2.5km/h 钻孔直径：105-216mm钻杆长度：1.5m 钻孔深度：100m钻孔方向：0-90 钻具转速：0-30r/min第3章 拟定液压系统原理图第3章 拟定液压系统原理图3.1 确定系统类型液压原理图由液压系统图，工艺循环顺序动作图表

23、，元件明细栏三部分组成，将挑选出来的各个典型回路合并，整理增加必要的元件或辅助回路，加以综合构成一个结构简单、工作可靠、平稳、效率高的、调整和维护保养方便的液压系统，形成液压原理图。各回路相互组合时要去掉多余的元件，力求结构简单。注意各元件之间的连锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量的损失环节。为了便于液压系统的维护和检测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表，温度计），大型设备的关键部位，要附设备用件，意外事件发生时能迅速更换，保证主机连续工作。此系统设计环境要求占用空间越小越好，流量不能过大，因此可以采用开式油路。所谓开式油路即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后进入液

24、压泵的进油口。3.2 推进力自适应的实现当钻头工作面同时接触到不同硬度的岩石，使其受力不均匀，其合力的作用线和钻头轴线不重合, 钻头发生偏载。常见的有软硬岩层互层、裂隙、溶洞、砾石层等。但在大直径深孔凿岩作业中经常遇到的只有软硬岩层互层和裂隙, 如果把裂隙看作一种硬度为零的软岩，那么裂隙的界面也是一种软硬互层面；在钻凿矿柱边界孔，钻头进入边界区时，也可看作软硬互层面。可见，在大直径深孔凿岩作业中, 主要的诱偏岩层是软硬岩层互层导致钻孔偏斜的因素是多方面的，但除钻机本身的制造水平外，其客观因素主要是钻头轴压力及岩体构造和岩石性质的变化。由于潜孔钻机一般钻孔较深，钻孔过程中必须多次接杆，钻杆自重不

25、断变化, 钻头轴压力也发生变化。实践证明,轴压力过大，会造成钻头回转不平稳, 产生飘移,使钻孔发生偏斜。对普遍存在的非均质岩层，岩体构造和岩石性质(下称孔内因素) 的不同, 则是导致钻孔偏斜的最重要原因。当钻头前端工作面同时接触到不同硬度的岩石时，会使其受力不均匀，其合力的作用线与钻头轴线不重合，钻头发生偏载。导致钻头偏载的这种非均质岩层为诱偏岩层。在诱偏岩层钻进, 钻头轴压力越大, 偏载力也越大, 钻孔偏斜可能性自然越大。由于孔内因素的变化具有随机性, 所以现有先进水平的采用恒轴压力控制的潜孔钻机也无法有效地控制钻孔偏斜。因而提出对推进力的控制, 不仅要适应钻孔过程中钻杆自重的变化, 还能适

26、应孔内因素的变化。推进力自适应的实现如图3.1，钻机正常工作时，减压阀5的出口压力取决于先导阀4。先导阀的调定压力，通过压力比较器，取决于推进力p1和回转力p2的相对值。当推进压力p1基本不变而回转压力升高p2时，先导阀4的调定压力降低，即减压阀5的出口压力降低。而p1的降低，将会导致回转阻力减小，最终使回转压力p2相应趋于降低。图3.1 推进力自适应的实现由于系统的推进力自适应控制功能，随着钻孔深度的增加，孔内钻杆数目的增多，钻杆自重增加，所以对孔底轴压力增大，引起回转阻力增大时，系统能自动使减压阀5的出口压力减小，使推进力趋于合理。此外，由于孔内因素变化，转头接触到松软岩层或诱偏岩层时，通

27、过回转压力对推进力的自动反馈，系统也能根据钻进条件变化自动调正合理的推进力。3.2 回转头浮动控制潜孔钻机在接卸钻杆与钻杆间或钻杆与回转头间的螺纹联接时。为了不损伤联接螺纹，要求推进器的推进速度与回转头的回转速度相匹配。国外潜孔钻机一般采用电液比例阀或利用比例分配阀来控制。该类控制方案从原理上说是可行的，但系统结构复杂，而且在实际应用过程中，受各种因素的影响，存在不协调的螺旋运动，妨碍钻杆接卸的附加阻力，是钻杆的连接螺纹受到损伤，影响钻杆的使用寿命。图3.2 回转头浮动控制回路回转头的浮动控制，实际上为推进器液压缸两腔串油。正常作业时，回转力较大，换向阀处于右位，液压马达的回油压力不足以使顺序

28、阀2打开，推进液压缸两腔隔开；接卸钻杆时，液控换向阀换向，处于左位，利用回转压力使顺序阀2打开，推进器液压缸两腔串油，实现回转头的浮动控制；接卸钻杆完毕，换向阀处于右位，顺序阀2关闭，系统正常作业。实践证明，此控制方案，对钻杆的联接螺纹的损伤大大减小，因而提高了钻杆的使用寿命，降低了生产成本。并且无需人为干预，不受人为因素的影响，提高了潜孔钻机的工作性能和工作效率。3.3系统原理图（1）推进回转液压控制回路由多路阀dlf1中的阀片1控制推进（钻进），阀片3控制回转，阀片2为控制油回路（下位轻推开孔，中位正常推进，上位快回），推进液压缸为 杠杆固定的套筒缸。1）轻推开孔推进器推进力的大小由减压阀

29、出口压力p2决定，而p2由先导阀18或19确定。当钻机进行开孔作业时（控制油阀片2下位），换向阀17在控制压力作用下处于右位，此时p2由先导阀5的调定压力确定，钻机实现轻推开孔作业。2）正常推进及推进压力自适应控制钻机正常钻孔作业时（控制油阀片2中位），减压阀7出口压力p2决定于先导阀19。先导阀21的调定压力通过压力比较器20，取决于推进压力p2和回转压力p1的相对值。当推进压力p2基本不变而回转压力p1升高时，先导阀19的调定压力p1降低，即减压阀21出口压力p2降低。而p2的降低，将导致回转阻力减小，最终使回转压力p1相应趋于降低。这就是系统的推进压力自适应控制功能。正因为有这种特性，所

30、以随着钻孔深度的增加，孔内钻杆数目增多，钻杆自重增加，钻头对孔底轴压力增大，引起回转阻力增大时，系统能自动使减压阀21出口压力减小，使推进器的推进力趋于合理。此外，由于孔内因素变化，钻头接触到松软岩层或诱偏岩层时，通过回转压力对推进压力的自动反馈，系统也能根据钻进条件自动调整合适的推进力。3）回转头的浮动控制对于接缷钻杆工况，在拧松钻杆与钻杆间或钻杆和回转头间的螺纹连接时，利用回转头的回转压力，使换向阀25换位，经过梭阀23，打开顺序阀24，使推进液压缸俩腔窜油，实现回转头的浮动控制。4）自动防卡钻控制当有卡钻趋势时，首先回转阻力将增大，引起回转压力的升高；其次引起p1的升高，通过阀20使减压

31、阀21出口压力p2降低，进而使推进器的推进力减小；最后使回转阻力相应减小，实现预防卡钻控制。如果出现异常情况，当系统达到临界卡钻状态时，回转压力升高到安全阀16的开启压力时，换向阀15换向，推进器回退，使钻头脱离卡钻状态。卡钻消失后，回转压力下降，换向阀15复位，减压阀21也复位到正常的压力值，钻机重新开始正常钻孔作业。5）快速推进和回退控制在控制压力作用下（控制油阀片2上位），通过梭阀23，使背压阀22打开，实现快速推进和回退控制。（2）接缷钻杆液压控制回路 钻杆的接卸由多路阀dlf1的4、5、6、7控制。操纵换向阀dlf1的5、7，使a、b两对卡杆缸分别卡住准备相接或卸开的两根钻杆时，由d

32、lf1的4驱动卡杆液压缸，使a、b两对卡杆缸相对转动，实现对钻杆间螺纹连接的拧松。操纵dlf1的6，卡杆液压缸活塞伸出呈现短行程状态（卡杆缸卡盘未将钻杆卡住），实现对钻机开孔的导向控制。（3）钻机的行走、调平液压控制回路 钻机的行走、转弯、制动及钻机重心地调整，由多路阀dlf3控制。（4）钻机的定位液压回路 钻机的变幅、定位由六连多路换向阀dlf2控制钻机的举臂液压缸、俯仰液压缸、摆角液压缸、补偿液压缸及钻机推进器滑架上的前后顶尖液压缸动作来实现。动作来实现。第4章 液压系统设计第4章 液压系统设计4.1 确定工作压力 已知本设计地下大直径潜孔钻机的钻孔深度为100m，属于中等载荷特性的行走机

33、械，一般叶片泵的工作压力为7mpa，高压叶片泵的工作压力可达25-32mpa。轴向柱塞泵，常用压力达20-40mpa，超高压可达70mpa以上；常用排量为每转几毫升到500ml，大排量泵每转可达数千毫升。推进力为420kn，属于载荷较大的液压系统，工作压力可选的稍高一些，这样可以减少执行元件的尺寸和重量，使设备结构紧凑，系统造价会相应降低。根据表1中推荐值，对于大中型工程机械、起重运输机械液压系统的常用工作压力，并考虑钻机整体结构要求以及液压元件的方便选择与组配等方面的因素，选定液压执行元件的工作压力为16mpa，此系统为回路复杂的工程机械，选取背压为0.5mpa，用液压胶管供油，为使系统布置

34、具有较高的灵活性，多路阀进、回油均需采取液压胶管。在此前提下，在管路通径选择得当时，进油路压力损失不超过p=0.5mpa因此液压泵的供油压力为表4.1按主机类型选择执行元件工作压力主机类型机床农用机械、小型工程机械、工程机械辅助机构塑料机械液压机、大中型工程机械、起重运输机械船舵机航空航天磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/mpa53-52-88-1010-166-2520-328-2521-28表4.2按负载选择执行元件工作压力负载f/kn50工作压力/mpa5-7表4.3执行元件回路背压系统类型背压/mpa系统类型背压/mpa简单系统或轻载节流调速系统0.2-0.5用补油泵的闭式回路0.8-

35、1.5回油路带调速阀的系统0.4-0.6回油路较复杂的工程机械1.2-3回油路设置有背压的系统0.5-1.5回油路较短且直接回油箱可忽略不计表4.4液压回路压力损失系统结构情况总压力损失/mpa采用节流调速及管路简单的系统0.2-0.5进油路有调速阀及管路复杂的系统0.5-1.54.2推进与回转回路4.2.1 确定液压缸的参数 液压缸的有效作用面积：（4-1）（4-2）式中 液压缸的工作压力； 液压缸的机械效率； 液压缸活塞直径。计算得；活塞杆直径为。圆整后取缸径200mm，此时液压缸面积为回转头最大转速，所需流量为。快速返回时速度，根据往返速度，选取活塞杆直径180mm，所需流量：（4-3）

36、计算得4.2.2确定液压马达的排量回转头液压马达的最大排量可计算为（4-4）式中液压马达工作压力，=16.5mpa； 液压马达回油路背压，作为主执行元件的低速大扭矩液压马达 通常有背压要求，考虑管路引起的压力损失，在正常工作流量下系统背压将达到0.5mpa； t回转头最大回转转矩，t=12； 液压马达机械效率，一般齿轮马达和柱塞马达取0.90-0.95，叶片马达取0.80-0.90。此例取=0.92。通过计算得液压马达的最大排量为=2559.78ml/r。对应回转头最高输出转速为30r/min时，液压马达所需理论流量为：（4-5）式中液压马达容积效率，=0.95。计算得液压马达所需理论流量为q

37、=75.86l/min，=2q=151.72l/min。4.3 钻机的行走、调平液压控制回路主动轮直径50cm，行走速度2.5km/h，液压马达转速1060r/min，单轮驱动功率12kw，潜孔钻机整机重量小于15t马达的载荷转矩：（4-6）式中p总驱动功率，24kw；n马达转速，60r/min液压马达机械效率，一般齿轮马达和柱塞马达取0.90-0.95，叶片马达取0.80-0.90。此例取=0.9。代入数据得：驱动液压马达的最大排量可计算为（4-7）式中液压马达工作压力，=16.5mpa；液压马达回油路背压；t马达载荷转矩，t=4246.28；液压马达机械效率，取=0.9。 代入数据得液压马

38、达转速60r/minr时，液压马达所需理论流量为（4-8）式中液压马达容积效率，=0.95。计算得液压马达所需理论流量为q=116.96l/min钻机行走时，取摩擦因数=0.2，n=60r/min，行走速度2.5km/h=0.69m/s。单轮所需牵引力f=mg=30000n。单个马达实际所消耗的功率p1，p1=fv=20700w。则泵此时的工作压力为。4.4液压系统组成元件的选型和设计4.4.1液压泵、马达、电机的选择液压系统所提供的最大工作压力为17mpa，故液压泵的额定工作压力为17mpa，为了使液压泵工作安全可靠，液压泵额定压力应留有一定的压力储备量，通常泵的额定压力可比工作压力高25-

39、60，故液压泵的额定压力范围为171+（0.25-0.60）=21.25-27.2mpa。液压泵的额定流量则应尽量与计算得到的最大供油量相当，不要超过太多，以免造成过大的流量和功率损失。前述已得到液压马达所需要的理论流量为=151.72l/min，取液压泵的容积效率0.92，则液压泵的理论流量为驱动液压泵的电机转速为n=1500r/min，则液压泵的排量为。根据液压泵的额定压力和额定流量，选取力士乐的a10vos140dr/31r-psb12k83型的恒压变量泵，技术参数为：4.5液压泵技术参数元件名称额定压力（mpa）排量v（ml/r）最大流量(l/min)最高转速（r/min）轴向柱塞泵2

40、81402102050由于结构原因，直流电动机的缺点较多，例如结构复杂，需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短，且由于存在换向火花，难以应用于易燃易爆的场合等。与直流电动机相比，交流电动机具有结构简单、工作可靠、易于维护保养等优点，且不存在换向火花，能够应用于易燃易爆的场合。因此，大多数液压系统均采用交流电动锯。但对于那些无法提供交流电源的场合，液压系统的驱动则必须由直流电动机驱动。例如，在野外作业的工程机械和行走机械中，液压系统的驱动电动机通常采用直流电动机，或者由内燃机直接驱动。其次，根据液压泵的驱动功率和转速来选择驱动液压泵电动机的功率和型号，驱动液压泵的电动机的转速由液压泵的

41、转速确定，而电动机功率的由泵的最大输出功率确定。潜孔钻机应用于野外作业，但由于是固定作业，仍可使用交流电机。液压泵的最大输出功率为：（4-9）式中液压泵的最大供油压力，pa； 液压泵的实际输出流量，； 液压泵的总效率，。 代入数据得由文献3 第十六篇 常用电机 电器及电动（液）推杆，选择电机型号为b35 yr280m-4jb7119，生产厂家为西安西玛电机厂。4.6电动机技术参数元件名称额定功率（kw）转速（r/min）安装方式异步电动机751480b35 (带底脚带凸缘)由以上计算得回转头液压马达的最大排量为=2559.78ml/r，回转头最大回转转矩，选择选择力士乐的mcr20c3000f

42、280z-3xb19m/2w42/s型径向柱塞元件多柱塞液压马达，其技术参数为：1.液压马达最大排量=3000ml/r；2.液压马达额定（公称）压力（在规定的转速范围内连续运转，并能保证设计寿命的最高输入压力）p=25mpa；3.液压马达最大转速n=115r/min；4.液压马达最大转矩=17093。所选马达在额定工作压力下理论最大输出转矩为4.4.2管道计算液压系统不同部位管道尺寸的选择是影响成本与效率的重要问题。管路通流直径过小会导致高流速，在压力管路引起高摩擦损失和紊流，从而导致大的压力降低和发热，对系统具有破坏性的影响。高热会加速运动部件的磨损和加速密封件和软管的老化，最终反应为系统部

43、件工作寿命的降低，同时导致能量损失，降低系统效率。管路通流直径过大则会提高系统成本，增加布置管理的难度。一般可根据液流速度来确定管路的通径：（4-10）d管路通径，mm；q流经管路的流量，l/min；v管路允许流速。对压油管路，当p16mpa时，v5m/s；若为行走机械，其p21mpa时，v=5-6m/s。对回油管路v1.5-2.5m/s；对吸油管路v0.5-1.5m/s。吸油管路 圆整为标准值为65mm压油管路圆整为标准值为32mm缸进油口管路 圆整为标准值为10mm缸回油口管路 圆整为标准值为20mm。4.7管路直径管路名称通过流量（l/min）允许流速（m/s）管路内径（mm）实际取值（

44、mm）压油管176.33-428.8532缸进油口15.73-48.810缸回油口17.84.513.75154.4.3液压阀的选择多路阀dlf1 7sm 18 l1x/av18mpa p001bz1d2(1-7联相同) 图4.1多路阀的订货说明多路阀dlf1 型号:sm12l1x/a 000pb001a2m1b-r-m01图4.2多路阀的订货说明表4.8顺序阀选择序号型号（顺序阀）通径压力可调至调定值控制方式单向阀厂家16dz10dp2-5x/210ym/601021mpa16mpa外控外回不带力士乐22dz6dp2-5x/25x/60y67.5mpa0.5mpa外控外回带力士乐24dz10

45、dp2-4x/25xym 102.5mpa2.5mpa外控外回不带力士乐30dz10dp2-4x/25m 102.5mpa内控内回不带力士乐表4.9换向阀的选择序号型号（换向阀）通径工作压力至(mpa)控制压力(mpa)形式厂家14wm25ab5025035-两位三通北京华德154wh10c201031.50.56两位四通北京华德174wh系列1031.50.56两位四通北京华德253wh10a30b1031.50.56两位三通北京华德4.10其他液压阀的型号序号名称型号通径（mm）形式厂家18溢流阀dbds10p/ng10010直动式北京华德19溢流阀db 10-3-5x/200x10先导式

46、北京华德23梭阀sh-g 0210板式连接涌镇液压25换向阀3wh10a30b10两位三通北京华德31单向阀rvp10 1010板式连接北京华德32双向液压锁f42-b1010板式连接芜湖市艾德森33液控单向阀sv10 pv1-4x10板式连接力士乐4.5集成阀块的设计阀块是指用作油路的分、集和转换的过渡块体，或者用来安装板式、插装式等阀件的的基础块，在其上具有外接口和连通各外接口或阀件的流道，各流道依据所设计的原理实现正确的沟通。针对液压系统的油路走向，对液压系统中各个阀类元件的安装进行集成化设计，主要设计集成阀块的尺寸、油道控、材料、精度等参数。减少了液压系统中的管路连接，提高了集成化程度

47、，便于系统维护和管路。阀块体外表面是阀类元件的安装基面，内部是孔道的布置空间。阀块的六个面构成一个安装面的集合。通常底面不安装元件，而是作为与油箱或其它阀块的叠加面。在工程实际中，出于安装和操作方便的考虑，液压阀的安装角度通常采用直角。液压阀块上六个表面的功用(仅供参考)：（1）顶面和底面 液压阀块块体的顶面和底面为叠加接合面，表面布有公用压力油口p、公用回油口o、泄漏油口l、以及四个螺栓孔。（2）右侧面 安装经常调整的元件，有压力控制阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等：流量控制阀类，如节流阀、调速阀等。（3）前面 安装方向阀类，如电磁换向阀、单向阀等；当压力阀类和流量阀类在右侧面安装不下时，应

48、安装在前面，以便调整。（4）后面安装方向阀类等不调整的元件。（5）左侧面 设有连接执行机构的输出油口，外测压点以及其他辅助油口，如压力表油孔、管接头、压力继电器油孔等。液压阀块的设计应遵循以下六点准则：（1）可靠性高，确保孔道间不窜油；（2）结构紧凑，占用空间小；（3）油路简单，压力损失小；（4）易于加工，辅助工艺孔少；（5）便于布管；（6）各控制阀调节操作方便。在本例中，将8个阀块集成到一起进行设计，包括一个减压阀，两个溢流阀，两个顺序阀，两个换向阀，一个梭阀。设计步骤为：（1）根据元件样本确定阀块元件的外形及安装尺寸；（2）根据阀组工作原理、系统布局、各阀本身特性和维护性能初步确定各控制阀

49、在阀块上的安装位置；（3） 设计并反复优化各外接口和阀件间的流道，使各流道依据所设计的原理实现正确、合理的沟通。最后得到阀块的结构图：图4.3 阀块结构图4.6油箱的设计4.6.1油箱的作用油箱在液压系统中的功能，主要是储油和散热，也起着分离油液中的气体及沉淀污物的作用，其作用可详细叙述如下: 1）散发油液热量 液压系统中的容积损失和机械损失导致油液温度升高。油液从系统中带回来的热量有很大一部分靠油箱壁散发到周围空气中。这就要求油箱有足够大的尺寸，尽量设置在通风良好的位置上，必要时油箱外壁要设置翘片来增加散热能力。 2）逸出空气 液压系统低压区压力低于饱和蒸汽压、吸油管漏气或液位过低时由旋涡作

50、用引起泵吸入空气、回油的搅动作用等都是形成气泡的原因。油液泡沫会导致噪声和损坏液压装置，尤其在液压泵中会引起气蚀。未溶解的空气可在油箱中逸出，因此希望有尽可能大的油液面积，并应使油液在油箱里逗留较长的时间。 3）沉淀杂质 未被过滤器捕获的细小污染物，如磨损屑或油液老化生成物，可以沉落到油箱底部并在清洗油箱时加以清除。 4）分离水分 由于温度变化，空气中的水蒸气在油箱内壁上凝结成水滴而落入油液中，其中只有很少数量溶解在油液里。未溶解的水会使油液乳化变质。油箱提供油水分离的机会，使这些游离水聚积在油箱中的最低点，以备清除。 5）安装元件 在中小型设备的液压系统中，往往把液压泵组和一些阀或整个液压控

51、制装置直接安装在油箱顶盖上。油箱必须制造的足够牢固以支撑这些元件。一个牢固的油箱还在降低噪声方面发挥作用。液压油箱除按电机-泵装置的安装位置分类外，还可按油箱的形状分为矩形油箱、圆形油箱及异性油箱，但一般按其是否与沟通分为开式油箱和压力式油箱，其中开式油箱应用最广泛。也可按其他形式分，其中整体式箱是指在液压系统或机器的构件体内形成的油箱。以最小的空间提供最大的性能，并且通常提供特别整洁的外观。但是必须细心设计以克服可能存在的局部发热和噪声；两用油箱是指液压有与机器中的其他目的用油的公用油箱。最大优点是节省空间，但是有几个局限性。油液必须满足液压系统对传动介质的要求。油液温度控制困难，对于总量减

52、少了的油液来说存在着两个热源；独立油箱是应用最为广泛的一类油箱，最常用于工业生产设备，通常做成矩形的，也有圆柱形的或油罐形的。独立油箱的热量主要通过油箱壁靠辐射和对流作用散发，因此油箱应该是尽可能窄而高的形状。液压泵吸油管在液面以下或以上穿过油箱侧壁进入油箱。潜孔钻机为开式油箱，箱内液面与大气相通，为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器并兼做注油口。闭式油箱指箱内液面不直接与大气相通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相接，充气压力可达0.05mpa。4.6.2油箱结构设计要点及需要注意的事项（1）油箱一般为长六面体，其长、宽、高可依主机总体布置决定，约在1:1:11:2:3之间，中、

53、小型油箱用钢板焊接而成，大型油箱需用角钢为骨架，然后再焊上钢板而成。（2）壁板的厚度应考虑油箱容积的大小，在条件允许的条件下，应尽量选薄些，以减轻油箱容量的重量；当油箱容量为100l以内时，其壁厚应为3mm；容量为100320l时，其壁厚为34mm；容量大于320l时，壁厚可达46mm。（3）油箱底脚高度一般在150mm以上，以便散热、搬移和放油，其壁厚应为箱体壁厚的23倍。（4）若液压泵及电机需要安装在油箱顶盖上时，为避免振动，油箱顶盖板的厚度应为侧板厚度的3倍左右。邮箱顶盖板必须用螺钉与箱体内所焊的角钢固定连接。顶盖可以是整体的，也可以分为几块，分别安装阀板和电机、液压泵等。（5）体积大的

54、油箱适当部位应安设吊耳，以便起吊装运。（6）油箱内常设23块隔板，将会由去与吸油区分开，这样有利于散热、杂质的沉淀及气体的排出。隔板高度为油液面的2/33/4。（7）油箱顶盖板顶盖板上应设通气孔，使液面与大气相通。通气孔处应设空气滤清器，它既能过滤空气，又可利用其下面的滤网作加油时的过滤装置。（8）油箱底板应适当倾斜，并在最低位置处放置放油塞或放油阀。在相壁易见位置设置液面指示器。在油箱侧壁应开设用于安装、清洗、维护的窗口，平时可用密封垫及盖板封死，需要时打开。（9）泵吸油管口所装滤油器底面与油箱底面应保持一定距离，其侧面离箱壁的距离应大于3倍管径，滤油器底面距离油箱底板应大于2倍管径，距离最低液面应大于70mm，以使油液能从滤油器的四周、上下面进入滤油器。回油管口所装的滤油器底面距离最低液面应大于200mm，距离油箱底板距离应大于23倍管径，其侧面离箱壁的距离也应大于3倍管径，避免飞溅起泡。回油管口应切成斜口，以增大出油口面积，其斜口应面向箱壁以利于散热、减缓流速和沉淀杂质。阀