ZDY6000LD背景、发展趋势、主要技术参数设计、液压原理

1、 煤科总院西安研究院煤科总院西安研究院 钻探技术与装备研发中心钻探技术与装备研发中心u煤炭在我国一次能源消费构成中占煤炭在我国一次能源消费构成中占67%67%，5050年不会根本改变，年不会根本改变，95%95%的煤矿是地下开采，煤层复杂，重大瓦斯事故时有发生的煤矿是地下开采，煤层复杂，重大瓦斯事故时有发生u瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的治本性措施，钻孔抽放瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的治本性措施，钻孔抽放是瓦斯抽放的基本手段是瓦斯抽放的基本手段u常见瓦斯抽采方法有：本煤层钻孔抽采、开掘专用瓦斯巷道常见瓦斯抽采方法有：本煤层钻孔抽采、开掘专用瓦斯巷道抽采邻近层瓦斯、定向长钻孔抽放等抽采邻近

2、层瓦斯、定向长钻孔抽放等u我国的井下煤层气（瓦斯）抽采与美国、澳大利亚等国家相我国的井下煤层气（瓦斯）抽采与美国、澳大利亚等国家相比仍有较大差距比仍有较大差距 u推广近水平定向长钻孔钻进技术是提高我国煤矿井下煤层气推广近水平定向长钻孔钻进技术是提高我国煤矿井下煤层气抽采抽放率的一条重要途径抽采抽放率的一条重要途径 国外煤矿坑道钻探技术的研究始于上世纪国外煤矿坑道钻探技术的研究始于上世纪7070年代年代 迄今已获得广泛应用的方法有两种：稳定组合钻具迄今已获得广泛应用的方法有两种：稳定组合钻具和配造斜件的孔底马达和配造斜件的孔底马达 国内煤炭系统以直接引进国外设备技术和自主开发国内煤炭系统以直接引

3、进国外设备技术和自主开发两种形式对近水平深孔定向钻进技术作了一定研究两种形式对近水平深孔定向钻进技术作了一定研究主要技术参数主要技术参数 主轴通孔直径主轴通孔直径钻机功率钻机功率液压系统工作压力液压系统工作压力主轴转速主轴转速主轴的最大扭矩主轴的最大扭矩给进行程给进行程给进与起拔能力给进与起拔能力履带参数履带参数机身倾角调整范围机身倾角调整范围1.1.主轴通孔直径主轴通孔直径a.a.主要由配套钻杆的外径决定主要由配套钻杆的外径决定 保证传递回转扭矩和给进起拔的能力保证传递回转扭矩和给进起拔的能力 保证具有足够的强度和冲击韧性，不应保证具有足够的强度和冲击韧性，不应 在正常能力范围内出现断杆现象

4、在正常能力范围内出现断杆现象b.b.本项目配套使用钻杆直径为本项目配套使用钻杆直径为7373（7575）mmmm的中的中 心有缆式钻杆，考虑到一些用户有可能选用心有缆式钻杆，考虑到一些用户有可能选用 直径为直径为89mm89mm的高强度钻杆从事大直径长钻孔的高强度钻杆从事大直径长钻孔 施工，因此钻机主轴通孔设计为施工，因此钻机主轴通孔设计为9595mmmm 2.2.钻机功率钻机功率l 确定钻机的功率是选择动力机的依据，也确定钻机的功率是选择动力机的依据，也是计算各传动件尺寸及进行强度校核的依是计算各传动件尺寸及进行强度校核的依据据l 根据计算根据计算, ,并参照并参照ZDYZDY系列钻机以往实

5、钻数系列钻机以往实钻数据，确定本项目钻机所需的功率为据，确定本项目钻机所需的功率为75kW75kWl 结合电动机的标准，选用了结合电动机的标准，选用了YBK2-280M-4YBK2-280M-4隔爆型电动机能够满足使用要求隔爆型电动机能够满足使用要求3.3.液压系统工作压力液压系统工作压力设计要求设计要求: :提高钻机工作可靠性及液压传动效率，缩提高钻机工作可靠性及液压传动效率，缩 小液压件体积，减少整机重量小液压件体积，减少整机重量产品选型产品选型: :主要液压元件选购国外进口产品，如液压主要液压元件选购国外进口产品，如液压 串泵，多路换向阀，先导控制阀，具有制串泵，多路换向阀，先导控制阀，

6、具有制 动功能的行走液压马达等，所有液压元件动功能的行走液压马达等，所有液压元件 均按均按31.5MPa31.5MPa选型选型工作压力工作压力: :依据液压胶管的耐压能力与满足工作能力依据液压胶管的耐压能力与满足工作能力 计算数据，一泵系统选用计算数据，一泵系统选用26MPa26MPa（回转）（回转） 的工作压力，二泵系统选用的工作压力，二泵系统选用21MPa21MPa（给进）（给进） 工作压力工作压力 4.主轴转速主轴转速 根据钻进工艺确定根据钻进工艺确定 一般情况下，钻头转速高，切削速度快，钻进效率就一般情况下，钻头转速高，切削速度快，钻进效率就高。但在煤矿井下近水平孔钻进中钻杆与孔壁摩擦

7、严重，转高。但在煤矿井下近水平孔钻进中钻杆与孔壁摩擦严重，转速过高，钻杆磨损较快。同时对孔壁扰动增大速过高，钻杆磨损较快。同时对孔壁扰动增大, ,不利于成孔不利于成孔 总结近年来钻机在煤矿井下施工积累经验，总结近年来钻机在煤矿井下施工积累经验，200 200 r/minr/min左右的转速足够满足各种近水平钻孔施工所左右的转速足够满足各种近水平钻孔施工所需最高转速需要，经过计算及对液压元件参数调需最高转速需要，经过计算及对液压元件参数调配，最终确定钻机主轴输出转速为配，最终确定钻机主轴输出转速为5050190r/min190r/min5.主轴的最大扭矩主轴的最大扭矩考虑因素考虑因素：回转器除带

8、动钻具回转钻进外，通：回转器除带动钻具回转钻进外，通常还兼作拧管机构常还兼作拧管机构扭矩确定扭矩确定：为使回转器有比较大的输出扭矩，：为使回转器有比较大的输出扭矩，在选定液压马达之后，适当调整传在选定液压马达之后，适当调整传动比，使钻机的转速在动比，使钻机的转速在5 550r/min50r/min范围内为恒扭矩输出，对应的扭矩范围内为恒扭矩输出，对应的扭矩值为值为6000N.m6000N.m。 .给进行程给进行程主要取决于以下因素：主要取决于以下因素：履带车体的长度尺寸，为使履带钻机在井下自如行驶，适应履带车体的长度尺寸，为使履带钻机在井下自如行驶，适应小转弯半径的要求，应要求其尽可能短小转弯

9、半径的要求，应要求其尽可能短减少倒杆次数，缩短钻进中减少倒杆次数，缩短钻进中“倒杆倒杆”的辅助时间，提高钻进的辅助时间，提高钻进效率，要求给进行程尽可能大效率，要求给进行程尽可能大给进机构的类型、给进起拔能力大小及升降钻具时间等给进机构的类型、给进起拔能力大小及升降钻具时间等矛盾：矛盾：给进行程大，提高钻进效率，但会使履带车体尺寸加长给进行程大，提高钻进效率，但会使履带车体尺寸加长降低了钻机井下行走的灵活性降低了钻机井下行走的灵活性对策：对策：给进行程相对取长，设计液压联动操作来缩短升降钻具给进行程相对取长，设计液压联动操作来缩短升降钻具的时间的时间 综合以上诸多因素，钻机的给进行程选定为综合

10、以上诸多因素，钻机的给进行程选定为1000mm1000mm.给进与起拔能力给进与起拔能力设计要求：设计要求：l 首先应满足正常钻进的要求首先应满足正常钻进的要求l 起拔能力还要能应付一些事故状况起拔能力还要能应付一些事故状况总结以往经验，通过液压油缸的选型及给进总结以往经验，通过液压油缸的选型及给进装置的结构设计，设计给进起拔力为装置的结构设计，设计给进起拔力为190kN190kN该能力可处理不十分严重的卡埋钻事故该能力可处理不十分严重的卡埋钻事故.履带参数履带参数设计难点设计难点: :钻机本身的能力大，要保证钻机的外形钻机本身的能力大，要保证钻机的外形尺寸、重量及钻进时的稳定性、实现履带钻机

11、的尺寸、重量及钻进时的稳定性、实现履带钻机的快速移动快速移动对策对策: :对山推工程机械股份有限责任公司、对山推工程机械股份有限责任公司、VOLVOVOLVO建建筑设备有限责任公司、中国一拖集团等企业的履筑设备有限责任公司、中国一拖集团等企业的履带产品进行了调研对比，选用山推的带产品进行了调研对比，选用山推的P140P140节距的节距的履带部件，与中国地质装备总公司合作开发对履履带部件，与中国地质装备总公司合作开发对履带车体结构进行开发试制带车体结构进行开发试制9.机身倾角调整范围机身倾角调整范围 由于该设备是用于近水平长距离孔钻进，由于该设备是用于近水平长距离孔钻进，因此机身倾角的调整范围不

12、需要很大。倾角因此机身倾角的调整范围不需要很大。倾角调整设计为调整设计为-10-102020总体技术方案总体技术方案 . .总体布局总体布局. .液压系统液压系统. .履带车体履带车体. .总体布局总体布局采用全液压动力头型采用全液压动力头型式，将钻机的主机、式，将钻机的主机、泵站操纵台共同安装泵站操纵台共同安装在同一个履带平台上在同一个履带平台上 主要面向具有大断面巷主要面向具有大断面巷道的现代化大型煤矿道的现代化大型煤矿 满足孔口回转动力驱动满足孔口回转动力驱动和孔底动力驱动两种工和孔底动力驱动两种工艺方式艺方式 钻机主机中心轴线与双履带平行，放置在履带车体一侧钻机主机中心轴线与双履带平行

13、，放置在履带车体一侧 操纵台、电机泵组、油箱依次布置在车体另一侧操纵台、电机泵组、油箱依次布置在车体另一侧2.2.液压系统液压系统分析国内外现有钻机的液压系统，结合国分析国内外现有钻机的液压系统，结合国情进行的创新情进行的创新为保障系统可靠性，系统主要元件直接选为保障系统可靠性，系统主要元件直接选用国内外优质品牌的液压元件用国内外优质品牌的液压元件采用二泵开式系统采用二泵开式系统 （泵为负载敏感泵泵为负载敏感泵, , 泵为恒压变量泵）泵为恒压变量泵）负载敏感变量工作特性曲线负载敏感变量工作特性曲线 恒压变量工作特性曲线恒压变量工作特性曲线 3.3.履带车体履带车体钻机的实际钻机的实际工作需要工

14、作需要根据国内根据国内生产现状生产现状煤矿企业对井下煤矿企业对井下设备运输的要求设备运输的要求采取与国内相关产品的生产采取与国内相关产品的生产厂家联合开发的形式完成厂家联合开发的形式完成五五. . 液压系统液压系统l 采用成熟机型液压系统多泵供油独立工作、多种采用成熟机型液压系统多泵供油独立工作、多种执行机构联动功能执行机构联动功能l 主泵采用负载传感系统，泵的流量输出始终等于主泵采用负载传感系统，泵的流量输出始终等于回转马达所需要的流量，运转平稳，主泵系统没回转马达所需要的流量，运转平稳，主泵系统没有流量损失有流量损失; ;泵的输出压力等于负载压力加上负泵的输出压力等于负载压力加上负载传感压

15、差（固定设置，一般是载传感压差（固定设置，一般是151525Bar25Bar），），主泵系统无溢流，没有压力损失主泵系统无溢流，没有压力损失l 负载传感多路阀带有压力补偿功能，多联阀同时负载传感多路阀带有压力补偿功能，多联阀同时工作各自所需的流量和压力互不影响工作各自所需的流量和压力互不影响1.1.液压原理示意图液压原理示意图2.2.液压原理液压原理3.3.先进技术的应用先进技术的应用动力源为串联双泵开式系统动力源为串联双泵开式系统, ,其中其中: :a.a.一泵采用一泵采用负载敏感泵负载敏感泵: :主要向履带行走、主要向履带行走、钻进回转及钻进辅助联动控制等回路提供钻进回转及钻进辅助联动控制

16、等回路提供压力油压力油 b.b.二泵采用二泵采用恒压变量泵恒压变量泵: :主要向正常钻进和主要向正常钻进和稳固调角回路供油稳固调角回路供油. .该泵只提供负载需要该泵只提供负载需要的流量，具有很好的节能效果，在复杂地的流量，具有很好的节能效果，在复杂地层给进力需要不停变化时效果更明显层给进力需要不停变化时效果更明显c.c.负载敏感多路阀和远程控制阀配合负载敏感多路阀和远程控制阀配合, ,操纵操纵灵敏省力方便灵敏省力方便a.a.负载敏感液压泵工作原理图负载敏感液压泵工作原理图l 通过节流阀前后的压差比较通过节流阀前后的压差比较, ,控制负载敏感阀控制负载敏感阀, ,来调节泵的来调节泵的流量输出，

17、而不仅受负载压力变化的影响流量输出，而不仅受负载压力变化的影响l 泵的出口压力，比负载压力高出一定值（该压差值通常为泵的出口压力，比负载压力高出一定值（该压差值通常为0.70.72.1MPa2.1MPa），在最高限压范围内能自动适应负载的变化），在最高限压范围内能自动适应负载的变化l 液压泵只需提供与执行元件负载相匹配的压力、流量，液液压泵只需提供与执行元件负载相匹配的压力、流量，液压系统中不产生过剩压力和过剩流量，因而系统具有显著压系统中不产生过剩压力和过剩流量，因而系统具有显著的节能效果的节能效果 负载敏感控制原理图 负载敏感系统压力流量分析图泵调试泵调试 初次运转前要从泵泄油口或高压出口

18、加液压油,边 加油边拨转联轴器 初始压力调至(1.52) MPa;泵压调至26 MPa系统启动瞬间流量特性曲线系统启动瞬间流量特性曲线流量特性曲线流量特性曲线b.b.恒压变量泵工作原理恒压变量泵工作原理 恒压变量泵控制原理图恒压变量系统压力流量分析图恒压泵控系统达到设定压力后，泵的排量减小，系恒压泵控系统达到设定压力后，泵的排量减小，系统压力不变（微小变化），可以向系统提供一个恒统压力不变（微小变化），可以向系统提供一个恒压源，只有少量的漏损而没有流量的溢流。从而大压源，只有少量的漏损而没有流量的溢流。从而大大减轻了系统的发热，节省了能源消耗大减轻了系统的发热，节省了能源消耗 泵调试泵调试 初

19、次运转前要从 泵泄油口或高 压出口加液压油, 边加油边拨转联 轴器 泵压调至21 MPa4.4.液压联动液压联动a.a.卡转联动卡转联动: :回转器正、反转时，回转油路中的部分回转器正、反转时，回转油路中的部分高压油通过单向阀进入液压卡盘，使卡盘自动卡高压油通过单向阀进入液压卡盘，使卡盘自动卡紧钻杆紧钻杆b.b.卸扣联动卸扣联动: :反转时，部分高压油进入夹持器的反转时，部分高压油进入夹持器的副油缸，以增加夹持器的夹紧能力副油缸，以增加夹持器的夹紧能力, ,防止打滑防止打滑c.c.夹转联动夹转联动: :可实现正转时卡盘卡紧、夹持器自动松可实现正转时卡盘卡紧、夹持器自动松开，停止回转后，夹持器自动卡紧，防止因误操开，停止回转后，夹持器自动卡紧，防止因误操作引起滑杆事故作引起滑杆事故d.d.起下钻联动起下钻联动: :在起钻或下钻工况下实现给进油缸与在起钻或下钻工况下实现给进油缸与卡盘、夹持器之间的联动。由于卡盘、夹持器自身卡盘、夹持器之间的联动。由于卡盘、夹持器自身工作原理不同，可保证实现工作原理不同，可保证实现“先卡紧，后松开先卡紧，后松开”的的特殊要求。当该阀处于中位时取消联动，可单独使特殊要求。当该阀处于中位时取消联动，可单独使给进油缸运动，增加其机动性给进油缸运动，增加其机动性4.4.特殊功能回