液压液力ｌ ＨＹ。Ｒ。。ＹＮ ｃｓ＆ＨＹ。Ｒ。ｓｗ 小型旋挖钻机的复合控制液压系统 张焰明，佟金玉，牛慧峰，贺涛 １０２２４９） （北京南车时代机车车辆机械有限公司技术中心，北京［摘要］在解决小型旋挖钻机不能实现主卷扬提升和动力头起拔复合动作的问题中，提出了复合控 制液压系统方案，并对该方案进行数据采集分析。实践证明了该方案的可行性，提升了整机施工效率。 ［关键词］旋挖钻机；复合动作；液压系统；数据采集 ［中图分类号］ＴＵ６７ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１００１—５５４Ｘ（２０１５）０５—００９４—０４ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｍｉｎｉｔｙｐｅ ｒｏｔａｒｙ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ ＺＨＡＮＧ Ｙａｎ－ｍｉｎｇ，ＴＯＮＧ Ｊｉｎ—ｙｕ，ＮＩＵ Ｈｕｉ—ｆｅｎｇ，ＨＥ Ｔａｏ １ 小型旋挖钻机液压系统简介 北京南车时代机车车辆机械有限公司生产 的小型旋挖钻机采用卡特彼勒底盘，发动机功率 制Ｍ４多路阀换向，经加压油缸实现动力头起拔。 根据反馈的实测压力值进行泵功率计算 Ｐ： ６０，７ ・１１０ｋＷ，需要供给先导泵、主泵、辅泵及散热系 统。液压系统主要由主泵系统和辅泵系统组成， 主泵系统（卡特底盘自带）为负流量恒功率控制 系统，最大工作压力３５ＭＰａ。辅泵系统（力士乐 Ａｌ０ＶＯ４５ＤＦＲ１／３ １Ｒ泵）为负荷传感控制系统，最 大工作压力设定２８ＭＰａ。主卷扬由主泵系统双泵 式中 △ （１） … 压差（ＭＰａ）； 流量（Ｌ／ｍｉｎ）； 卵——效率（取０．９５）。 主泵输出压力２８ＭＰａ，根据主泵的压力流量曲 （主泵１和主泵２）合流供油，加压油缸由辅泵系统 供油。旋挖钻机施工中动力头驱动钻头钻进打孔， 线（见图２）得知此时单泵输出流量为８６Ｌ／ｍｉｎ；辅 泵输出压力为２５ＭＰａ，由辅泵的压力流量曲线（见 当钻头内装满土砂料时需提升出孔外倒土，提升过 程中主卷扬提升钻杆和钻头，同时加压油缸提升 图３）得到输出流量为７３Ｌ／ｍｉｎ。计算得主泵（双 泵）功率为８９ｋＷ，辅泵功率为３２ｋＷ。计算结果辅 泵功率与主泵功率之和大于发动机功率，可见发动 机在满足主泵功率后，剩余功率不能满足辅泵提升 动力头，在深孔作业时复合动作大大提高了施工 效率。 动力头所需功率，所以会出现发动机转速下降或熄 火且复合动作时动力头起拔没动作的情况。 ２问题分析 根据施工现场的反馈：当同时操作主卷扬提 钻杆和加压油缸提动力头２个动作时，发动机转速 会比单独提升主卷扬时下降６００ｒ／ｍｉｎ左右，且复合 动作中动力头起拔无动作，此时液压系统的压力为 ３复合控制液压系统原理 针对复合动作无法实现的问题，提出增加一 个液控阀，图４所示为复合控制液压系统原理。当 需要主卷扬提升和动力头起拔复合动作时，优先 主泵２８ＭＰａ、辅泵２５ＭＰａ。图１为改进前的主卷扬 和加压油缸的液压控制系统，主卷扬马达提升钻杆 由主泵１和主泵２一起供油，手柄ｌ的先导油控制主 阀ｌ和主阀２换向并合流，经主卷扬马达实现提升， 需要功率较大。动力头起拔由辅泵供油，手柄２控 ＤＯＩ：１０．１４１８９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｍ１９８１．２０１５．０５．００９ ［收稿日期］２０１５—０４—０１ ［通讯地址］张焰明，北京市昌平区昌平火车站ｉ￣ｉ５００米 ９４ 建３Ｆｔ．ｔ￣１，械２０１５ ５ １．主泵１ ２．主泵２ ３．主阀２ ４．主阀１ ５．主卷扬马达６．手柄１ ７．手柄２ ８．Ｍ４多路阀９．加压油缸１０．辅泵 图１改进前液压控制系统 ２５Ｏ １的先导油控制主阀１换向，同时经液控阀Ａ口输出 （０，２ ０５） （１ ２ ４２１９８ ） ，的压力油控制主阀２换向，实现主卷扬提升合流； 若同时操作手柄２的动力头起拔，手柄２的先导油 ２００ 一＼ １５０ ＼ ＼ （ ２２．５１．１ ０５） 、、、 控￣１］Ｍ４多路阀换向，同时经液控阀Ｂ口控制Ａ口 的出口压力，即控制主阀２换向时的阀芯行程，进 １Ｏ０ 煺 ５Ｏ Ｏ ０ 而控制主泵２的输出功率。可实现在保证动力头起 拔动作的情况下，再让主泵２参与主卷扬提升合流 ５ １０ １ ５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４Ｏ 压力／ＭＰａ 工作。此时主泵２的功率与主阀２的阀芯开口程度 有关，即与液控阀Ａ口压力有关，而Ａ口压力除了 图２主泵压力一流量曲线 １ ２［ １０Ｃ ，己８０ 与外控Ｂ口有关外，还与液控阀自身的弹簧力设定 有关。 王 ６０ ４Ｏ ４数据采集分析 根据以上原理，对改进后的液压控制系统几 个点的压力值进行数据采集，分别为Ｐ口（液控阀 减压前压力，即主卷扬先导压力）、Ｂ口（液控阀 ０ ５ １Ｏ １５ ２０ ２５ ２８ 压力／ＭＰａ 控制压力，即动力头起拔先导压力）、Ａ口（液控 图３辅泵压力一流量曲线 阀减压后压力，即主卷合流先导压力）。单独操作 主卷扬提升采集曲线如图５所示，复合动作采集曲 线如图６所示。曲线上横坐标表示操作手柄角度增 加的过程，纵坐标是液控阀上测压点的压力值，随 满足动力头起拔动作。新增液控阀（图４件１ １）， ＰＦＩ的压力油经过Ｂ Ｅｌ的压力油控制输出Ａ口的压力 油。当只操作主卷扬提升时，Ｂ口压力为零，手柄 ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ２０１ ５ ５ ９５ 液压液力Ｉ Ｒ。。ＹＮ ｃｓ＆ＨＹ。Ｒ。ｓｗ。ｅｓ １．主泵１ ２．主泵２ ３．主阀２ ４．主阀１ ５．主卷扬马达９．加压油缸１０．辅泵６．手柄１ ７．手柄２ ８．Ｍ４多路阀 １１．液控阀 图４复合控制液压系统 手柄操作变化而变化。 由图５可见，单独操作手柄１时，Ｐ口和Ａ口压 力是相同的，随着手柄角度增加而升高，直至手柄 操作幅度最大时达到最大先导压力值，主阀１和主 现主卷扬提升合流。而Ｂ口压力在０附近，此时液 控阀外控Ｂ口没有对Ｐ口压力进行控制，输出Ａ口的 压力与输入相等。 由图６可见，在３．５ｓ时开始操作手柄１即只操作 主卷扬提升，Ｐ口和Ａ口压力相等，随着手柄ｌ操作 的角度增大，压力升至３．８ＭＰａ。当在６．５ｓＭ同时 阀２完全换向后，主泵ｌ和主泵２同时输出功率，实 Ｐｏ — 蕊 — 厂… 、 一 Ｉ７。’ 强 ， ｜ ８ — ／ Ｊ ． ｋ＿＾ ／ ／ ／ ３ ３．５ ６ ５ ９，５ ｌ ‘１ ２ ５ １ ５．５ 时间，ｓ 图５主卷扬提升数据采集曲线 图６复合动作数据采集曲线 ９６ 建筑机槭２０１５ ５ 操作手柄２Ｕ［Ｊ操作动力头起拔时，随着手柄２角度增 大（Ｉ￣ＩＪＢ口压力增大），这时液控阀受Ｂ口压力控 制，Ａ口压力逐渐减小，对应的主阀２阀芯开度减 升的复合动作，提高了施工效率，提升了整机性 能。实践证明该方法是可行、有效的，大大提高了 施工效率。该复合控制液压系统原理同样适用在旋 挖钻机的其他复合动作中，用于提升旋挖钻机的施 工效率，增强了旋挖钻机的市场竞争力。 ［参考文献］ ［１］雷天觉．新编液压工程手册［Ｍ］．北京：北京理工 大学出版社，１９９８． 小，主泵２的功率减小。当手柄２角度最大时，Ｂ口 压力达到最大，Ｍ４多路阀完全换向，实现动力头 起拔动作，而Ａ口压力减小到接近０，此时主卷扬 合流的主阀２不换向，主泵２不工作，主卷扬提升仅 由主泵１实现，功率合理分配给辅泵和主泵ｌ，从而 实现主卷扬提升和动力头起拔的复合动作。 ［２］李万莉．丁程机械液压系统设计［Ｍ］一Ｅ海：同济 大学出版社，２０１１． ５结论 经过对施工现场小型旋挖钻机按复合控制方 案改进，实现了深孔作业时主卷扬提升和动力头提 （上接第９３页） ［３］刘延俊．液压回路与系统［Ｍ］．北京：化学工业出 版社，２００９． 量泵ｘ口的连接油管的布置、管路长度以及油管管 径，需要同时工作的执行元件越多以及总过流量越 大，则管径需要越大。 （３）用于负载敏感回路的反馈油路响应灵敏 度是第一重要的，理论上反馈油路只是用来传递压 力信号，没有流量，但实际使用中还是需要通过每 分钟几升的流量，因此相应带来的压降也要考虑， 特别是当多个反馈管路通过梭阀网络连接时。 图３ ＬＵＤＶ阀油路原理图 ［参考文献］ ［１］杨华勇，曹剑，徐冰，等．多路换向阀的发展历程与 研究展望．机械Ｔ程学报，２００５（１０）． ３结语 本文对湿喷机臂架系统负载敏感比例多路阀 复合动作故障原因进行了分析，并相应提出了故障 排除方案，对设计、使用负载敏感系统有一定参考 价值。对于负载敏感系统，总结起来需要注意以下 几点： ［２］苏振兴．负载敏感控制技术在挖掘机上的应用．建筑 机械化，２０１２（０２）． ［３］路甬祥．液压气动技术手册．北京：机械＿Ｔ业ｍ版 社，２００２． ［４］陈松林．负载敏感多路阀在远距离控制钻机上的应用 ［Ｊ］．煤矿机械，２０１０（０４）． ［５］人剡．负载敏感泵与比例多路阀在大机』二的应用．流 体传动与控制．２００８（０３）． ［６］范毅．模块钻机液压系统中负载敏感变量泵与电控比 例多路阀的应用．石油天然气学报，２００９（０３）． （１）ＬＳ型负载敏感比例多路阀用于控制液压 执行元件的运动方向和无级调节独立于负载变化的 运动速度，可使多个执行元件同时并相互独立地 在不同的速度和压力下工作，直到通过所有执行机 构流量的总和达到泵输出的最大流量。泵流量不足 ［７］王世锋，郭玉强，马志伟．负载敏感多路阀中二通压 力补偿阀功能解析．工程机械与维修，２０１２（０２）． ［８］黄宗益，李兴华，叶伟．挖掘机多路阀液压系统 （二）．建筑机械化．２００４（０５）． 时，复合动作与负载相关，系统的响应与节流控制 类似。 （２）如果２个或多个执行机构同时工作，泵 的流量大于多个执行元件流量需求的总和，但运动 速度依然无法按照设定值输出，需检查ＬＳ口与变 【９］景俊明．负载敏感系统的原理及其应用．流体传动与 控制．２０１０（６）． ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ２０１ ５．５ ９７
