ZDY6000LD背景、发展趋势、主要技术参数设计、液压原理解析

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
Ⅰ泵调试
• 初次运转前要从Ⅰ泵泄油口或高压出口加液压油,边 加油边拨转联轴器 • 初始压力调至(1.5～2) MPa;泵压调至26 MPa
流量特性曲线
系统启动瞬间流量特性曲线
b.恒压变量泵工作原理
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 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
煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备培训系列
ZDY6000LD履带式 全液压坑道钻机技术交流
煤科总院西安研究院 钻探技术与装备研发中心
主要内容：
一.研制背景 二.国内外研究现状及技术发展趋势 三.主要技术参数确定 四.总体技术方案 五.液压系统
一.研制背景
煤炭在我国一次能源消费构成中占67%，50年不会根本改变，
钻机主机中心轴线与双履带平行，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
Байду номын сангаас
2.液压系统
分析国内外现有钻机的液压系统，结合国 情进行的创新
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
采用二泵开式系统 （Ⅰ泵为负载敏感泵, Ⅱ泵为恒压变量泵）
95%的煤矿是地下开采，煤层复杂，重大瓦斯事故时有发生 是瓦斯抽放的基本手段
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
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 比仍有较大差距
我国的井下煤层气（瓦斯）抽采与美国、澳大利亚等国家相 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
1.液压原理示意图
2.液压原理
3.先进技术的应用 动力源为串联双泵开式系统,其中: a.一泵采用负载敏感泵: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 压力油
b.二泵采用恒压变量泵:主要向正常钻进和 稳固调角回路供油.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 层给进力需要不停变化时效果更明显
抽采抽放率的一条重要途径
二.国内外研究现状及技术发展趋势
国外煤矿坑道钻探技术的研究始于上世纪70年代 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 国内煤炭系统以直接引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
三.主要技术参数
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 主轴通孔直径 钻机功率 液压系统工作压力 主轴转速 主轴的最大扭矩 给进行程 给进与起拔能力 履带参数 机身倾角调整范围
矛盾：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
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
的时间
综合以上诸多因素，钻机的给进行程选定为1000mm
７.给进与起拔能力
设计要求： 首先应满足正常钻进的要求 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 装置的结构设计，设计给进／起拔力为190kN 该能力可处理不十分严重的卡埋钻事故
9.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， 因此机身倾角的调整范围不需要很大。倾角 调整设计为-10°～20°
四.总体技术方案
１.总体布局 ２.液压系统 ３.履带车体
１.总体布局
采用全液压动力头型 式，将钻机的主机、 泵站操纵台共同安装 在同一个履带平台上 主要面向具有大断面巷 道的现代化大型煤矿 满足孔口回转动力驱动 和孔底动力驱动两种工 艺方式
c.夹转联动: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 作引起滑杆事故
d.起下钻联动: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 工作原理不同，可保证实现“先卡紧，后松开”的 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
5.主轴的最大扭矩
考虑因素：回转器除带动钻具回转钻进外，通 常还兼作拧管机构
扭矩确定：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 动比，使钻机的转速在5～50r/min 范围内为恒扭矩输出，对应的扭矩 值为6000N.m。
６.给进行程
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 小转弯半径的要求，应要求其尽可能短 • 减少倒杆次数，缩短钻进中“倒杆”的辅助时间，提高钻进 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
1.主轴通孔直径
a.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
b.本项目配套使用钻杆直径为73（75）mm的中 心有缆式钻杆，考虑到一些用户有可能选用 直径为89mm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95mm
恒压变量泵控制原理图
恒压变量系统压力流量分析图
Ⅱ泵调试
• 初次运转前要从 Ⅱ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 MPa
4.液压联动
a.卡转联动: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 紧钻杆
b.卸扣联动: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,防止打滑
4.特殊功能回路
⑴在起钻油路中串一个液控双向节流阀，通过调节 阀的开度改变系统压力，协调给进油缸与夹持器 的动作，避免起下钻时因系统压力过低夹持器不 能完全张开，造成钻杆擦伤
⑵液压卡盘的回油由液控单向阀与节流阀联合控制， 即卡紧时单向阀关闭，松开时单向阀打开，卡盘 中的液压油直接回到油箱。卡盘松开的速度可通 过节流阀调节
⑶为防止心轴卡死后，因回转马达转动而损坏机件 的事故，在马达回转油路设计特殊油路装置,由 抱紧装置油路进行控制，从而避免了因误操纵所 出现的事故. 主轴抱紧时，阀芯打开，马达正反转油路相通， 马达正反转无效。
特殊油路
(4)油缸浮动装置:钻杆拧卸丝扣时，仅克服回转器 托板浮动移动阻力，不须克服液压系统阻力, 从而 有效避免钻杆丝扣被拉伤或挤坏，提高钻杆使用寿 命
浮动装 置
进油
回油
油 缸
负载敏感变量工作特性曲线
恒压变量工作特性曲线
3.履带车体
钻机的实际 工作需要 根据国内 生产现状 煤矿企业对井下 设备运输的要求
采取与国内相关产品的生产 厂家联合开发的形式完成
五. 液压系统
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
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 有流量损失;泵的输出压力等于负载压力加上负 载传感压差（固定设置，一般是15～25Bar）， 主泵系统无溢流，没有压力损失 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
c.负载敏感多路阀和远程控制阀配合,操纵 灵敏省力方便
a.负载敏感液压泵工作原理图
通过节流阀前后的压差比较,控制负载敏感阀,来调节泵的 流量输出，而不仅受负载压力变化的影响 泵的出口压力，比负载压力高出一定值（该压差值通常为 0.7～2.1MPa），在最高限压范围内能自动适应负载的变化 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
８.履带参数
设计难点: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、实现履带钻机的 快速移动
对策:对山推工程机械股份有限责任公司、VOLVO建
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P140节距的 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
2.钻机功率
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 据 根据计算,并参照ZDY系列钻机以往实钻数 据，确定本项目钻机所需的功率为75kW 结合电动机的标准，选用了YBK2-280M-4 隔爆型电动机能够满足使用要求
3.液压系统工作压力
设计要求: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 产品选型: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 动功能的行走液压马达等，所有液压元件 均按31.5MPa选型 工作压力: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26MPa（回转） 的工作压力，二泵系统选用21MPa（给进） 工作压力
4.主轴转速
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 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,不利于成孔
总结近年来钻机在煤矿井下施工积累经验，200 r/min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 配，最终确定钻机主轴输出转速为50～190r/min