【導(dǎo)讀】在當(dāng)今中國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如火如荼的大環(huán)境下，擁有廣泛的市場前景。比與國外先進的水平定向鉆機研發(fā)水平，我國的鉆機研發(fā)還處于一個比較落后的水平，因此加快水平定向鉆機的研發(fā)工作具有明顯的社會意義和經(jīng)濟意義。標，是鉆機的關(guān)鍵技術(shù)。各機構(gòu)的工況和負載情況，為下一步液壓系統(tǒng)的設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)。然后根據(jù)前面分析。本文設(shè)計的液壓系統(tǒng)可以使發(fā)動機-液壓系統(tǒng)的性能達到較好的狀態(tài)，發(fā)。動機功率利用率、液壓系統(tǒng)傳動效率以及鉆機的作業(yè)效率也比較高。

　　

【正文】 快；負載扭矩增大時情況相反。由計算得到的 1Q 、 2Q 可以看出，系統(tǒng)的流量變化不大。系統(tǒng)在中高壓下工作，取泄漏系數(shù) K=，故液壓泵的流量不應(yīng)小于 242L/min。發(fā)動機的額定轉(zhuǎn)速為 2100 r/min，由此計算出泵的排量為 115mL。 由計算所得到的排量和系統(tǒng)工作壓力，選擇力士樂 A4VGl25 斜盤式軸向柱塞泵 ,該泵自帶補油泵，可通軸驅(qū)動，技術(shù)參數(shù)如表 所示。 表 力士樂 A4VGl25 斜盤式軸向柱塞泵技術(shù)參數(shù) 排量 /mL 額定壓力 (Mpa) 最大壓力 (Mpa) 最高轉(zhuǎn)速 (r/min) 最 大 流量 (L/min) 最大扭矩 (N? m) 變量泵 輔助泵 125 40 45 2850 356 795 畢業(yè)設(shè)計 22 22 3. 3. 2 動力頭 推拉系統(tǒng)設(shè)計 及液壓元件選擇 動力頭推拉系統(tǒng)采用單泵 +雙馬達 +減速機 +鏈傳動裝置的驅(qū)動形式。 (1)液壓泵 與動力頭回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)類似，動力頭推拉液壓系統(tǒng)也是 由 變量泵和變量馬達構(gòu)成 的閉式系統(tǒng)。動力頭推拉系統(tǒng)和動力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以切換油路分別驅(qū)動左、右履帶行 走，為保持同步，推拉液壓泵與回轉(zhuǎn)液壓泵應(yīng)保持 一致，選擇力士樂 A4VGl25 斜盤 式軸向柱塞泵。 (2)液壓馬達 對于動力頭推拉液壓系統(tǒng)來說：液壓馬達排量大，工作壓力高，輸出扭矩大，通 過減速機、鏈傳動裝置提供給動力頭的推拉力越大；反之則小。 選用 SumerNR350 三級減速機，減速比 .5106ip ? ，額定輸出扭矩 ? m，驅(qū)動 半徑為 r=。 動力頭最大推拉力 F=450kN，最大推拉力時的運動速度為 v=。 動力頭推進力的計算公式： cipmgmcipm irr/i2 ?????? VPTF ?? （ ） 式中， mT —— 單馬達輸出扭矩； i?—— 減速機的效率，取 ； c? —— 鏈傳動的機械效率，取 。 馬達的工作壓力 a28pm MP? ，機械效率 m? =。 由式 ，馬達的排量 : LFV . 1 0 6 0 0 04 5 r cimmpg ????? ????? ???? 由系統(tǒng)工作壓力和計算排量，選擇力士樂公司生產(chǎn)的 A6VM55 斜軸式柱塞馬達 ,技畢業(yè)設(shè)計 23 23 術(shù)參數(shù)如表 所示。 表 力士樂 A6VM55 液壓馬達技術(shù)參數(shù) 排量 (mL) 額 定壓力 (MPa) 最大壓力 (MPa) 最大流量 (L/min) 最高轉(zhuǎn)速 (r/min) 最大 扭 矩 (N? m) 重量 (kg) 40 45 244 7000 349 26 3. 3. 3 泥漿系統(tǒng)設(shè)計 及液壓元件選擇 任何一種型號的水平定向鉆機所配置的泥漿泵流量是一定的。在鉆進時，泥漿用 量相對較少，泥漿泵調(diào)整為小流量 。在回擴或拖管時，由于鉆孔直徑較大，泥漿用量相對較多，泥漿泵要調(diào)整為大流量。操作者應(yīng)掌握合適的鉆進或回擴速度，以保證有足夠的泥漿供給，形成良好的鉆孔。國外有關(guān)泥漿 公司對此進行了量化，總結(jié)出一套泥漿用量的經(jīng)驗公式，用戶可根據(jù)該公式進行初步計算，得到每分鐘泥漿用量、回拖時泥漿用量 、工程所用泥漿總量等相關(guān)參數(shù)。 泥漿用量的經(jīng)驗公式： 42 10)13/( ??? KDQ () 式中， Q—— 泥漿用量，單位： L/m； D—— 回擴頭直徑，單位： m； K—— 漏失系數(shù)，通常在 2~5 之間，根據(jù)地質(zhì)條件的不同而選擇，如：在粘 性土壤中取 2～ 3，而在砂石或泥漿漏失嚴重的地質(zhì)取 4~5。 以上計算值為初步估算值，實際泥漿用量比估算值稍大。 選擇雷克工程機械有限公司的 YWB450/320 型泥漿泵。 驅(qū)動馬達排量為 314mL/r，最高轉(zhuǎn)速為 640rpm，為使馬達獲得最高轉(zhuǎn)速，液壓泵的排量要達到 ?？梢赃x擇薩奧的 的齒輪泵?？紤]到其余工作裝置的需要，供油壓力選擇 20MPa，考慮到齒輪泵的機械效率，消耗發(fā)動機功率： 69kW，扭矩：314N? m。 3. 3. 4 其他液壓元件的選擇 畢業(yè)設(shè)計 24 24 1） 溢流閥 由上述 3. 3. 1 計算可知，系統(tǒng) 最大工作 壓力為 40MPa，流量不小于 242L/min， 主油路上溢流閥 6 的壓力值即為 40MPa；另外，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的最大工作壓力為 32MPa。因此溢流閥 6 和 11 均可選擇錐閥式 DBD 直動型溢流閥（工作壓力可達 40MPa，最大流量330L/min）。 2）液壓缸 液壓缸基本參數(shù)有公稱壓力 p、缸筒內(nèi)徑（活塞直徑） D 和外徑 D1 、活塞桿直徑d、活塞行程、往復(fù)運動速度比等，它們都有標準系列。 據(jù)缸筒內(nèi)徑計算公式： p4?FD? () 式中液壓缸負載力 F=450kN，工作壓力 p=28MPa，可得 D=，據(jù) GB 234893取 D=45mm。 活塞桿直徑計算公式為： ?? 1d ??D () 表 速度比 ? 的選擇 壓力 MPa ? 10 ~20 ? 20 速度比 ? ~2 2 取 ? =2，可算得 d=。據(jù) GB 234893,選取 d=32mm； 液壓缸壁厚計算公式為 ]][ ][[2 ???? ppD ??? () 可算得 ? =。 外徑 .6m m5321 ??? ?DD 取 mm541 ?D 。 3） 油箱 畢業(yè)設(shè)計 25 25 容量 V (單位為 L)的計算公式為 : V＝ aqv () 由于是高壓系統(tǒng)， a=10。所以油箱的容量 V=?10= 按 JB/T79381999規(guī)定容積取標準值 V=2020L。油箱長、寬、高之比為 1：（ 12）：（ 13），可初步算得油箱尺 寸為長 940mm，高 1400mm，寬 1880mm。 4）濾油器 系統(tǒng)壓力可大于 32MPa，因此過濾精度要求小于 10 m? 。選用 LXZ 系列箱外自封式吸油過濾器中的 LXZ250? *FCY 型號的吸油過濾器。 5）油管及接頭 油管內(nèi)徑 d 和油管壁厚 ? 及外徑 D 分別按下面公式算出 )/(4 vqd ?? () ][2?? pd? () ?2??dD () 可算得內(nèi)徑 d=，壁厚 ? =，外徑 D 取 14mm。管接頭采用焊接管接頭。 畢業(yè)設(shè)計 26 26 4. 液壓系統(tǒng)的性能驗算 液壓系統(tǒng)初步設(shè)計是在某些估計 參數(shù)情況下進行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實際情況對所設(shè)計的系統(tǒng)進行各項性能分析。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進一步確切地計算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計算發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設(shè)計要進行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。 4. 1 液壓系統(tǒng)壓力損失 壓力損失包括管路的沿程 損失 Δ p1，管路的局部壓力 損失 Δ p2和閥類元件的局部 損失 Δ p3，總的壓力損失為 Δ p＝Δ p1＋Δ p2＋Δ p3 （ ） ?? 222 vp ?? ， 23 ???????????nn qqpp 式中 l—— 管道的長度 (m)； d—— 管道內(nèi)徑 (m)； v—— 液流平均速度 (v/s)； ρ —— 油密度 (kg/m3)；λ —— 沿程阻力系數(shù)； ζ —— 局部阻力系數(shù)。λ、ζ的具體值可參考液壓流體力學(xué)有關(guān)內(nèi)容。 qn—— 閥的額定流量 (m3／ s)； q—— 通過閥的實際流量 (m3／ s)； Δ pn—— 閥的額定壓力損失 (Pa)，可從產(chǎn)品樣本 中查到。 對于泵到執(zhí)行元件間的壓力損失，如果計算出的Δ p 比選泵時估計的管路損失大得多時，應(yīng)該重新調(diào)整泵及其他有關(guān)元件的規(guī)格尺寸等參數(shù)。 系統(tǒng)的調(diào)整壓力 pT≥ pl＋Δ p 式中 pT—— 液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力。 4. 2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 4. 2. 1 計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 畢業(yè)設(shè)計 27 27 液壓系統(tǒng)工作時，除執(zhí)行元件驅(qū)動外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。液壓系統(tǒng)的功率損失主要有以下幾種形式： ⑴ 液壓泵的功率損失 ?? ??zi iPirith tPTP 11 )1(1 ? （ ） 式中 Tt—— 工作循環(huán)周期 (s)； z—— 投入工作液壓泵的臺數(shù)； pri—— 液壓泵的輸入功率 (W)。η Pi—— 各臺液壓泵的總效率； ti—— 第 i 臺泵工作時間 (s)。 ⑵液壓執(zhí)行元件的功率損失 ?? ??Mj jjrjth tPTP 12 )1(1 ? （ ） 式中 M—— 液壓執(zhí)行元件的數(shù)量； Prj—— 液壓執(zhí)行元件的輸人功率 (W)； η j—— 液壓執(zhí)行元件的效率； tj—— 第 j 個執(zhí)行元件工作時間 (s)。 ⑶溢流閥的功率損失 Ph3＝ pyqy （ ） 式中 py—— 溢流閥的調(diào)整壓力 (Pa)； qy—— 經(jīng)溢流閥流回油箱的流量 (m3/s)。 (4)油液流經(jīng)閥或管路的功率損失 Ph4＝Δ pq （ ） 式中 Δ p—— 通過閥或管路的壓力損失 (Pa)； q—— 通過閥或管路的流量 (m3/s)。 由以上各種損失構(gòu)成了整個系統(tǒng)的功率損失，即液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 Phr＝ Phl＋ Ph2＋ Ph3＋ Ph4 （ ） 上式適用于回路比較簡單的液壓系統(tǒng)，對于復(fù)雜系統(tǒng)，由于功率損失的環(huán)節(jié)太多 ，一一計算較麻煩，通常用下式計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 Phr＝ Pr— Pc （ ） 式中 Pr是液壓系統(tǒng)的總輸入功率， Pc是輸出的有效功率。 ???zi PiiiitrtqpTP11 ? （ ） ???????? ?? ? ?? ?nimj jjWjiWitc tTsFTP 1 11 ? （ ） 畢業(yè)設(shè)計 28 28 式中 Tt—— 工作周期 (s)； z、 n、 m—— 分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達的數(shù)量； pi、 qi、η Pi—— 第 i 臺泵的實際輸出壓力、流量、效率； ti—— 第 i 臺泵工作時間 (s)； TWj、ω j、 tj—— 液壓馬達的外載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、工作時間 (N m、 rad/s、 s)； FWi、 si—— 液壓缸外載荷及驅(qū)動此載荷的行程 (N、 m)。 4. 2. 2 計算液壓系統(tǒng)的散熱功率 液壓系統(tǒng)的散熱渠道主要是油箱表面，但如果系統(tǒng)外接管路較長，而且計算發(fā)熱功率時，也應(yīng)考慮管路表面散熱。 Phc＝ (K1Al＋ K2A2)Δ T （ ） 式中 K1—— 油箱散熱系數(shù)，見表 ； K2—— 管路散熱系數(shù)，見表 ； Al、 A2—— 分別為油箱、管道的散熱面積 (m2)； T—— 油溫與環(huán)境溫度之差 (℃ )。若系統(tǒng)達到熱平衡，則 Phr＝ Phc，油溫不再升高，此時，最大溫差 2