KP3500全液壓鑽機液壓系統的設計

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   時間:2014-03-12 05:41:18
KP3500全液壓鑽機液壓系統的設計簡介
KP3500型全液壓轉盤式鑽機是我國第一代全液壓特大口徑工程鑽機,鑽孔直徑可達3.5m,深度120m。該機在國內首先採用四泵雙馬達組成恆功率迴路驅動轉……
KP3500全液壓鑽機液壓系統的設計正文

KP3500型全液壓轉盤式鑽機是我國第一代全液壓特大口徑工程鑽機,鑽孔直徑可達3.5m,深度120m。該機在國內首先採用四泵雙馬達組成恆功率迴路驅動轉盤,並採用液壓缸代替卷揚機,起重量大(可達1.2 MN),速度快,升降平穩,還可以在必要時進行加壓鑽進。該鑽機1991年年底投入銅陵長江大橋使用,1992年通過建設部鑒定,此後又在廣東虎門大橋、福建廈門海滄大橋、南京長江二橋、湖北荊沙長江大橋、浙江錢塘江三橋等國家重大工程中使用,因其效率高、工作平穩而受到施工單位一致好評,並榮獲建設部科技進步二等獎和國家級新產品獎。因此,設計適用可靠的液壓系統,對保證鑽機的使用性能至關重要。
1、液壓系統設計的基本原則
利用國內外先進技術和成功經驗,結合我國國情和鑽機的具體使用要求。力求簡單和適用,儘可能地利用最少的液壓元件來實現鑽機所具備的各種動作。這樣,能夠降低故障發生概率,提高能量利用率和鑽機的可靠性,降低工人勞動強度。
2、主油路系統
2.1 調速方式和液壓泵的選擇
液壓系統的調速方式有無級調速和有級調速兩大類。無級調速具有調速範圍大,能適應不同鑽進工藝的要求,但是,變數控制迴路和液壓泵驅動機構較複雜。KP3500型全液壓鑽機採用4台A7V160LV1R恆功率變數泵和2台2QJM62-6.3B低速大扭矩液壓馬達組成恆功率調速系統,把有級變速和無級變速結合起來,拓寬了調速範圍,而且在調速時不需要節流和溢流,能量利用比較合理,效率高而發熱少。
由於鑽機施工地層情況複雜,負載多變,要求鑽機能隨負載的變化自動調節轉速和轉矩,而恆功率變數系統能適應負載工況的要求,即隨負載的增加,系統能夠自動降低轉速,增大轉矩。並能最大限度地利用源動機的功率,達到最佳的鑽進效果。A7V160LV1R恆功率變數泵的工作特點正在於它的排量能隨負載壓力的變化自動調節,以保證輸入功率接近恆定值。若不計效率,則馬達輸出的功率N基本上等於泵輸入的功率,亦為恆值,由馬達的功率公式N=Mn/974可知,N恆定時,M與n呈雙曲線關係,即在恆功率變數泵的控制下,隨著負載的變化,馬達輸出的轉矩M與轉速n之間按雙曲線關係自動調節,可滿足工況要求,其調速特性曲線如圖1所示。
圖1:恆功率變數泵-定量馬達迴路調速特性曲線
2.2 液壓閥的選擇
為了滿足高壓,大流量的需求,減少液壓系統的造價,提高性能價格比,我們選用了插裝閥。插裝閥具有通流能力大,動作速度快,組合機能強,密封性好,結構緊湊,抗污染能力強,易於集成等優點。並採用集成塊,顯著減小了尺寸和重量。
2.3 馬達的選擇
工程機械多數要求轉速低而轉矩大,所以低速大扭矩液壓馬達的應用成為發展趨勢,它與高速小扭矩馬達加減速器的方式相比,優點在於減少了機械傳動件,結構簡單,布置維修方便,工作可靠,轉矩大,而且低速穩定性好。
目前,低速大扭矩液壓馬達的主要形式有多作用徑向柱(球)塞式,雙斜盤軸向柱塞式和擺線轉子式等。凡是轉速範圍要求寬,徑向尺寸小,軸向不受限制的場合,用雙斜盤軸向柱塞式馬達;當傳遞轉矩大,低速穩定性要求高,採用內曲線多作用徑向柱(球)塞馬達。
2QJM62-6.3B低速大扭矩馬達採用鋼球代替了一般內曲線液壓馬達所用的滾輪和橫樑,因而結構簡單,工作可靠,體積和重量顯著減小,耐衝擊,調速範圍寬,改變進入液壓馬達的流量即可改變轉速,實現無級變速的目的;馬達同時又具有兩級變數,而有級變數是通過改變配流軸中變速閥閥芯位置來實現的,因而兼顧有級調速和無級調速的優點,具有更大的適應性(主油路系統液壓原理圖如圖2所示)。
圖2:主機液壓系統原理圖
2.4 電磁閥YV1、YV2工作原理
1) 由於鑽機工作時流量大,達960L/min,因此各種閥全部採用電磁閥作為先導閥,可以減小操作強度,使操作面板更為緊湊,控制室內無油管,改善了操作環境;當YV1a,YV1b斷電時,鑽盤(馬達)處於浮動狀態,此時可以在不停主機泵組的情況下,用手轉動轉盤來調整鑽桿的方向,以便順利地裝卸鑽桿。
2) YV1b通電時,Ib主閥不通,馬達處於工作狀態。
進油路:
泵→馬達。
回油路:
馬達→Ia主閥→緩衝閥→背壓閥→冷卻器→油箱。
泵的另一出油口,由於電磁閥YV1b通電,其主閥不通,當工作壓力超過系統設定壓力17 MPa時,開啟溢流。
3) YV1a通電時,其主閥不通,即馬達制動;另一路經總溢流閥→背壓閥→冷卻器→油箱。
4) YV2通電時,用背壓閥的壓力來調整馬達彈簧壓緊的變速閥芯,達到液壓馬達換擋調速的目的,背壓閥設定壓力0.6~0.8 MPa。
   

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