【正文】 通過對(duì)液壓系統(tǒng)工況的分析，可以明確負(fù)載情況、控制對(duì) 象、控制內(nèi)容及控制要求，為液壓系統(tǒng)功能的合理設(shè)計(jì)提供依據(jù) 。 2. 3. 1 鉆桿旋轉(zhuǎn)工況分析 a、負(fù)載特性分析：負(fù)載是指液壓控制系統(tǒng)中液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)時(shí)所需克服的各種阻力 。 回轉(zhuǎn)負(fù)載的大小除受到所鉆地層巖性、鉆孔 直 徑大小、鉆進(jìn) 方法、鉆孔深度、回轉(zhuǎn)速度等因素影響外，畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 12 還與孔底鉆頭壓力的大 小有關(guān) 。 實(shí)際工作中就是通過控制孔底壓力的大小使實(shí)際轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定工作在最大轉(zhuǎn)矩之下 。 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)具有壓力適應(yīng)、速度可調(diào)、調(diào)速范圍大但不頻繁的特點(diǎn) 。 動(dòng)力頭進(jìn)退的負(fù)載主要由鉆具的重力負(fù)載、摩擦負(fù)載和項(xiàng)緊巖石的軸向負(fù)載 (孔底壓力 )組成 。 孔底壓力由鉆進(jìn)規(guī)程確定，通常是針對(duì)不同的巖層性質(zhì)和鉆頭種類為獲得最優(yōu)鉆進(jìn)指標(biāo)而由試驗(yàn)得到的數(shù)值 。 cBWD ???? ?? u39。 u39。=tan((b/2)。 AP 為掘進(jìn)所處土層的主動(dòng)土壓力 (KPa)； BP 為掘進(jìn)所處 土 層的主動(dòng)土應(yīng)力(KPa)； P? 為給土倉的額加壓力 (KPa)。 表 修正系數(shù)表 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 13 土質(zhì) 軟土 沙性土 礫石土 ? 綜合上述各式得： W u 39。LcπBπ q u 39。 b、工況特點(diǎn)：分析動(dòng)力頭進(jìn)退機(jī)構(gòu)的功能是拉動(dòng)動(dòng)力頭部分即鉆桿部分通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)在鉆機(jī)底盤上前進(jìn)后退 。 通過調(diào)節(jié)給進(jìn)力也就在一定的鉆進(jìn)規(guī)程下調(diào)節(jié)進(jìn)退速度 。 綜上所述，進(jìn)退系統(tǒng)工況較復(fù)雜，可分為加壓鉆進(jìn)工況，減壓 鉆進(jìn)工況，兼有高壓小流量慢速給進(jìn)和低壓大流量快速給進(jìn)的情形 。 2. 3. 3 鉆具夾緊及擰卸回路工況分析 a、 負(fù)載分析：這個(gè)回路其實(shí)包括兩套回路，一個(gè)是夾緊環(huán)節(jié)的負(fù)載，一個(gè)擰卸環(huán)節(jié)的負(fù)載 。 在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，可以在實(shí)際中測(cè)定鉆桿之問的擰緊力和卸扣力，而液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)還應(yīng)該留有一定的余地 。 b、工況分析：如前所述鉆機(jī)的夾緊機(jī)構(gòu)有兩個(gè)卡盤和夾持器，卡盤和夾持器的夾緊與松開是通過與回轉(zhuǎn)回路、給迸起拔回路聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 14 2. 3. 4 履帶行走系統(tǒng)工況分析 負(fù)載分析：履帶行走回路主要鉆機(jī)在開始工作以前或者結(jié)束工作以后，通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)底盤履帶系統(tǒng)在水平地面或者斜 坡上行走 。 mgsi nc o sF f ）（ ?? ?? f （ ） 式中： fF — 行走系統(tǒng)負(fù)載； f — 履帶與地面接觸摩擦系數(shù)； ?— 接觸面傾斜角度，水平接觸面取 0。 2. 3. 5 支腿支撐回路工況分析 負(fù)載分析 ： 支 腿支撐的負(fù)載主要分兩部分： 1)鉆機(jī)本身的重量； 2)鉆機(jī)在工作過程中對(duì)地面的支撐作用 。 工況分析：支撐回路有幾個(gè)液壓缸組成，幾個(gè)液壓缸共同分擔(dān)系統(tǒng)的負(fù)載，但是也要主要由于有力位置發(fā)生改變而造成的偏載現(xiàn)象，要求液壓缸的需要壓力有一定的余地 。 非開挖水平定向鉆進(jìn)鋪管過程主要分為導(dǎo)向孔鉆進(jìn)、回拉擴(kuò)孔、回拉鋪設(shè)管道三個(gè)階段，在鉆進(jìn)過程中，通過控制鉆頭的傾斜角來控制 鉆桿鉆進(jìn)的角度；可以通過控制鉆桿旋轉(zhuǎn)控制鉆桿的路徑，沿直線鉆進(jìn)還是沿曲線鉆進(jìn)，因此可以看出，在水平定向鉆機(jī)工作過程中，鉆桿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及動(dòng)力頭行走機(jī)構(gòu)是系統(tǒng)完成工作的關(guān)鍵機(jī)構(gòu) 。 諸如鉆桿的參數(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)都對(duì)鉆機(jī)起至關(guān)重要的影響，各個(gè)參數(shù)之間有一定的匹配關(guān)系 。在現(xiàn)有的鉆機(jī)機(jī)型中，其主要部件可以分成七個(gè)部件：底盤、動(dòng)力頭總成、鉆桿和鉆頭、鉆桿自動(dòng)裝卸裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、導(dǎo) 向系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng) 。 主要分析機(jī)構(gòu)運(yùn)行的負(fù)載特性分析和工況特點(diǎn)分析，對(duì)整臺(tái)機(jī)械的工作特點(diǎn)有了比較詳盡的了解 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 16 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 17 3. 鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理 本液壓系統(tǒng)構(gòu)成主要包括鉆機(jī)動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、進(jìn)給回拖系統(tǒng)、鉆桿卸扣系統(tǒng)、泥漿泵控制和整機(jī)行走系統(tǒng)等幾大部分。之后司鉆扳動(dòng)電磁比例換向閥 16 至左位，調(diào)節(jié)進(jìn)給回拖方向閥使動(dòng)力頭和卸扣器之間留出上鉆桿空間，用吊車把鉆桿放在動(dòng)力頭主軸和后夾緊缸 32 之間，完成后，操作后夾緊鉗換向閥18 至右位，夾緊鉆桿，另一只手操作電磁比例換向閥 8 至左位，正向高速 旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭使畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 18 鉆桿擰緊，完成后，操作手動(dòng)換向閥 18 至左位，松開后夾緊鉗，然后按下電磁換向閥 9至左位，啟動(dòng)泥漿泵馬達(dá)給鉆桿內(nèi)通泥漿，通泥漿的同時(shí)操作比例電磁換向閥 16 至左位，使動(dòng)力頭沿鉆臂前進(jìn)，待鉆頭快到入土位置，一邊繼續(xù)前進(jìn)一邊扳動(dòng)比例電磁換向閥 8 至左位使動(dòng)力頭同轉(zhuǎn)，一邊前進(jìn)一邊回轉(zhuǎn)，使整個(gè)動(dòng)力頭采取螺旋式鉆進(jìn)。在打?qū)蚩淄瓿珊蠡乩瓟U(kuò)孔卸鉆桿時(shí)，先操作方向閥 17 使夾緊缸 3l 夾緊第一根鉆桿帽， 然后操作換向閥 18 使后夾緊缸 32 夾緊第2 根鉆桿帽，待壓力升高到一定值后打開順序閥 19 使扭轉(zhuǎn)缸 33 動(dòng)作，使其卸松鉆桿螺紋扣，只需卸松一絲扣，然后反轉(zhuǎn)動(dòng)力頭即可。如果鉆桿帽長度不一樣，前后夾緊鉗不能夠準(zhǔn)確夾緊兩根鉆桿的鉆帽，操作手動(dòng)換向閥15，調(diào)整浮動(dòng)缸 2 28 的長度從而使前后夾緊缸正好能夠夾緊兩根鉆桿帽，有利于鉆桿的拆卸。 由于 45t 水平定向鉆機(jī)的工況復(fù)雜，對(duì)液壓元件的性能要求較高，所以選用了 國際上先進(jìn)成熟的力士樂產(chǎn)品。 表 45t 水平定向鉆機(jī)動(dòng)力頭技術(shù)參數(shù) 動(dòng)力頭最大推 力 450kN 動(dòng)力頭最大回轉(zhuǎn)扭 20KN? m 最大推拉力時(shí)運(yùn)動(dòng)速 度 動(dòng)力頭最高 回 轉(zhuǎn)速度 130r/min 3. 2 發(fā)動(dòng)機(jī)選型和計(jì)算 根據(jù)馬達(dá)輸出功率的計(jì)算公式： 9549nTP? （ ） 式中， T—— 馬達(dá)輸出扭矩； n—— 馬達(dá)轉(zhuǎn)速。動(dòng)力頭的最大回轉(zhuǎn)扭矩 maxT =20kN? m，此時(shí)的回轉(zhuǎn)速度 n=40r/min，回轉(zhuǎn)系統(tǒng) 總效率? =。 (1)液壓泵 與動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)類似，動(dòng)力頭推拉液壓系統(tǒng)也是 由 變量泵和變量馬達(dá)構(gòu)成 的閉式系統(tǒng)。 (2)液壓馬達(dá) 對(duì)于動(dòng)力頭推拉液壓系統(tǒng)來說：液壓馬達(dá)排量大，工作壓力高，輸出扭矩大，通 過減速機(jī)、鏈傳動(dòng)裝置提供給動(dòng)力頭的推拉力越大；反之則小。 動(dòng)力頭最大推拉力 F=450kN，最大推拉力時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度為 v=。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 20 馬達(dá)的工作壓力 a28pm MP? ，機(jī)械效率 m? =。 表 力士樂 A6VM55 液壓馬達(dá)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(jì) 及液壓元件選擇 任何一種型號(hào)的水平定向鉆機(jī)所配置的泥漿泵流量是一定的。在回?cái)U(kuò)或拖管時(shí)，由于鉆孔直徑較大，泥漿用量相對(duì)較多，泥漿泵要調(diào)整為大流量。國外有關(guān)泥漿公司對(duì)此進(jìn)行了量化，總結(jié)出一套泥漿用量的經(jīng)驗(yàn)公式，用戶可根據(jù)該公式進(jìn)行初步計(jì)算，得到每分鐘泥漿用量、回拖時(shí)泥漿用量 、工程所用泥漿總量等相關(guān)參數(shù)。 以上計(jì)算值為初步估算值，實(shí)際泥漿用量比估算值稍大。 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)排量為 314mL/r，最高轉(zhuǎn)速為 640rpm，為使馬達(dá)獲得最高轉(zhuǎn)速，液壓泵的畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 21 排量要達(dá)到 ?？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(jī)械效率，消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率： 69kW，扭矩：314N? m。因此溢流閥 6 和 11 均可選擇錐閥式 DBD 直動(dòng)型溢流閥（工作壓力可達(dá) 40MPa，最大流量330L/min）。 據(jù)缸筒內(nèi)徑計(jì)算公式： p4?FD? () 式中液壓缸負(fù)載力 F=450kN，工作壓力 p=28MPa，可得 D=，據(jù) GB 234893取 D=45mm。據(jù) GB 234893,選取 d=32mm； 液壓缸壁厚計(jì)算公式為 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 22 ]][ ][[2 ???? ppD ??? () 可算得 ? =。 3） 油箱 容量 V (單位為 L)的計(jì)算公式為 : V＝ aqv () 由于是高壓系統(tǒng)， a=10。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。選用 LXZ 系列箱外自封式吸油過濾器中的 LXZ250? *FCY 型號(hào)的吸油過濾器。管接頭采用焊接管接頭。對(duì)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)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。 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)。 qn—— 閥的額定流量 (m3／ s)； q—— 通過閥的實(shí)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。 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。弱發(fā)現(xiàn)把幾臺(tái)柱塞泵的 泄漏 油管并聯(lián)在一根同直徑 的總管后自再接通油箱，或 者把柱塞泵的泄油管接到 總回油管上，則應(yīng)予改正。弱液壓缸 兩端高低壓油腔互通，運(yùn)行速度逐漸減慢 至停止 1. 單配活塞和液壓缸的間隙 或更換 O形密封圈 2. 鏜磨修復(fù)液壓缸孔徑，單 配活塞 3. 放松油封，以不漏油為 限，校直活塞桿 4. 尋找泄漏部位，緊固各接 合面 5. 分析發(fā)熱原因，設(shè)法散熱 降溫，如密封間隙過大則單配 活塞或增裝密封環(huán) 沖擊 1. 靠間隙密封的活塞和液壓缸間隙過 大，節(jié)流閥失去節(jié)流作用 2. 端頭緩沖的單向閥失靈，緩沖不起作 用 1. 按規(guī)定配活塞與液壓缸之 間的間隙，減少泄漏現(xiàn)象 2. 修正研配單向閥與閥座 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 26 爬行 1. 空氣侵入 2. 液壓缸端蓋密封圈壓得太緊或過松 3. 活塞桿與活塞不同軸 4. 活塞桿全長或局部彎曲 5. 液壓缸的安裝位置偏移 6. 液壓缸內(nèi)孔直線性不良（鼓形錐度等） 7. 缸內(nèi)腐蝕、拉毛 8. 雙活塞桿兩端螺母擰得太緊，使其同 軸度不良 1. 增設(shè)排氣裝置；如無排氣 裝置，則可開動(dòng)液壓系統(tǒng)以最 大行程使工作部件快速運(yùn)動(dòng)， 強(qiáng)迫排除空氣 2. 調(diào)整密封圈，使它不緊不 松，保證活塞桿能來回用手平 穩(wěn)低分拉動(dòng)而無泄漏（大多允 許微量漏油） 3. 校正二者同軸度 4. 校直活塞桿 5. 檢查液壓缸與導(dǎo)軌的平行 性并校正 6. 鏜磨修復(fù)，重配活塞 7. 輕微者修去銹蝕和毛刺， 嚴(yán)重者必須鏜磨 8. 螺母不宜擰得太緊，一般 用手旋緊即可，以保持活塞桿 處于自然狀態(tài) 溢流閥的故障分析和排除 表 10 故障現(xiàn)象 故障分析 排除方法 壓力波動(dòng) 1. 彈簧彎曲或太軟 2. 錐閥與閥座接觸不良 3. 鋼球與閥座密合不良 4. 滑閥變形或拉毛 5. 油不清潔，阻尼孔堵塞 1. 更換彈簧 2. 如錐閥是新的即卸下調(diào)整 螺母，將導(dǎo)桿推幾下，使其接 觸良好；或更換錐閥 3. 檢查鋼球圓度，更換鋼