钻机负载敏感液压回路

钻机液压系统~

（一）工作原理
JDZ-5型岩心钻机是多泵多回路液压系统，可实现各种机构单独或联合动作。钻机液压系统分回转、升降系统，给进系统和泥浆泵、行走系统。柴油机直接驱动三个串接的液压泵。液压系统工作原理分述如下。
1.回转、升降液压系统
见图9-9，回转、升降系统包括：回转液压回路、液压缸快速升降液压回路。主卷扬机液压回路和取心卷扬机液压回路。
液压泵1为负载敏感泵，泵的工作压力为30MPa，排量为100mL/r，转速为2200r/min。手动比例多路阀4由比例换向阀、先导溢流阀、梭阀及单向过载阀等组成。利用梭阀将系统最高负载压力引导至泵流量补偿阀的敏感腔，通过变量活塞自动调节泵的排量。由于4个液压回路无同时工作要求，故阀4内不设置减压阀。根据执行元件不同要求，限定压力和流量。并选择滑阀机能和定位方式。快速液压回路要求换向阀中位封闭，其余回路中位卸荷；回转回路要求摩擦定位，其余回路则为弹簧复位。主卷扬机由液压马达8驱动。组合阀7由平衡阀、两个液控单向阀及梭阀组成。平衡阀的作用是限制重物（钻具）下降速度。梭阀的作用是松开由弹簧压紧的制动器。卷扬机重物下降时，换向阀于下位，压力油进入平衡阀打开阀口，同时压力油进入制动器液压缸，松开制动器，然后液压马达转动使重物缓慢下降。当要求卷扬机浮动时，换向阀于中位，外控压力油进入组合阀7打开两个液控单向阀，马达进出油路相通，马达处于浮动状态。负载传感液压系统工作原理详见本章第一节，操作比例多路阀手把便可调节执行元件速度。
2.给进液压系统
由图9-9、9-10和9-11知，给进系统由恒压泵3供油，泵的工作压力为25MPa，排量为25mL/r。该液压系统包括给进液压回路、动力头浮动液压回路、卡盘液压回路、孔口夹持器液压回路以及钻架起落液压回路、滑架移动液压回路、支腿液压回路等。

图9-9 JDZ-5型岩心钻机液压系统（一）

给进液压回路由恒压泵3、溢流减压阀34、35、换向阀33及给进液压缸9等组成。恒压泵3，其输出流量自动调节，使流量与瞬时机械钻速相适应。溢流减压阀作用有二：一是调定二次压力，供加压或减压钻进时调压；二是当液流反向时溢流，作为回油通道。如加压钻进，先将阀35调至最低压力，后将阀34调至所需压力。操作换向阀33于左位，泵3排出压力油经节流孔、阀34、阀33进入给进液压缸9的有杆腔，推动缸套向下移动。液压缸9无杆腔回油经换向阀33、阀35的溢流口回油箱，减压钻进时，先将阀34调至最低压力，后将阀35调至减压钻进时所需压力。此液压回路装有两个压力表，分别指示出给进液压缸的有杆腔和无杆腔的油压，计算加压或减压钻进压力时应是两腔作用力的差值。

图9-10 JDZ-5型岩心钻机液压系统（二）


图9-11 JDZ-5型岩心钻机液压系统（三）

钻架起落液压回路中平衡阀46的作用是限制钻架下降速度。支腿液压回路中液压锁43用于锁紧液压缸，以防发生“软腿”。
3.泥浆泵、行走液压系统
由图9-9知，该液压系统包括泥浆泵液压回路和行走液压回路。液压泵2为负载敏感变量泵，其工作压力为20MPa，排量为60mL/r。组合阀15包括换向阀和节流阀，其作用与比例换向阀相同。调节节流阀的开度，通过负载敏感油路LS改变泵的排量，达到调节泥浆泵回转速度的目的。
行走液压回路由液压泵2、负载传感多路阀21、组合阀19、20及液压马达17、18组成。多路阀21与多路阀4不同之处有二：一是因为液压马达17、18负载不同，而要求同时工作，故在多路阀21内设有减压阀；二是换向阀操作方式不同。多路阀4为手动，而多路阀21为电液控制。组合阀19由梭阀和减压阀组成，用于控制车轮马达的制动器。
由钻机液压系统图可知，由液压泵2、组合阀13、阀7等组成控制回路。控制主卷扬机的浮动。此外，由液压泵2、阀13、阀14、液压马达22组成风扇液压回路。
钻机液压系统回油经冷却装置23和过滤器25回油箱。
手动泵24为向油箱注油用。
（二）液压系统特点
（1）钻机回转、升降、行走等机构均采用负载敏感液压系统，给进机构采用恒压泵系统。液压泵仅向系统提供负载所需流量，无流量损失，减少系统发热，达到节省能量的目的。
（2）调速范围大。由变量泵、变量马达与变速器相配合，扩大调速范围。当变量泵处在额定压力、额定转速工作时（即处于最佳状态），可使钻机主轴输出转速与转矩成为恒功率。提高原动机的能量利用率。
（3）由于负载敏感系统的特点，液压泵输出流量不随负载变化而改变，提高转速的平稳性。
（4）钻机操作简便，微调性能好。

负载敏感系统具有压差反馈的闭环系统，在流量指令条件下可以实现泵对负载压力的随动控制。负载敏感系统就是将负载的压力反馈到负载敏感泵上，使负载敏感泵输出一个比负载需要略大的压力，其差值由负载敏感阀的弹簧设定。在负载减小时，负载敏感泵输出油液的压力减小，这就降低了能源的消耗，非常节能。该系统不但能保证液压泵的压力与负载所需自动匹配，而且也能精确的控制负载的速度。由于压力补偿阀能保证换向阀前后压差(即泵出口压力和负载压力之差)恒定，泵的流量仅由换向阀的开口大小决定，与负载压力无关。

负载敏感液压回路是液压传动与控制领域内的一项革新技术，广泛用于车辆、工程领域以及其他机械设备的液压系统中，液压岩心钻机的回转机构和升降机构中也采用了负载敏感液压回路。所谓负载敏感液压回路是指这样一种调速回路，即在这种回路中，通过负载敏感阀将检测出来的负载压力反馈给变量泵，来自动控制液压泵的输出，使液压泵的输出压力、流量与负载所需相匹配。采用负载敏感液压回路，可以提高原动机的利用效率，减少系统发热，达到机械设备结构紧凑和节能的目的。

1.负载敏感液压回路的工作原理

图9-8所示为一负载敏感液压回路，该回路由4个基本单元组成。

图9-8 负载敏感液压回路

（1）比例换向阀D：它是一个比例换向阀或多路比例换向阀，分手控式和电控式两种。其作用除控制液压马达（或液压缸）换向外，还控制液压马达负载流量以及检测液压马达负载压力。

（2）负载敏感阀A：又称压力—流量补偿阀。它是一个压力控制二边伺服阀。其输入讯号是液压泵的输出压力p_p与液压马达负载压力p1之差；输出讯号是压力pc，用来操纵液压泵变量机构。限压阀B用于调定泵的最高压力。

（3）液压泵C：它是一种压力补偿式变量泵，其变量斜盘5由液压缸7控制。

（4）液压马达或液压缸。

负载敏感液压回路的工作原理如下（图9-8b）：

负载敏感阀A的滑阀1左端接液压泵出口，右端接液压马达负载腔，两者的压力差由弹簧2调整。当比例换向阀D的开度一定时，若液压泵的输出流量过大，则液压泵输出压力p_p和液压马达负载压力p1的差值，大于设定的压力差，滑阀1即向右边移动，使油路3与4相通，控制压力pc升高。因而液压缸7便控制液压泵斜盘5倾角减小，从而使液压泵的输出流量减小。反之，若液压泵的输出流量小于比例换向阀的设定流量时，则情况相反，使斜盘倾角相应增大，液压泵输出流量增加。

通过这种连续动作，液压泵的输出流量始终保持与比例换向阀新设定的流量Q₁（即驱动负载的流量）相等；而液压泵的输出压力p_p与负载压力p1的差值始终保持弹簧2所设定的数值，即

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：a₀为滑阀1有效作用面积；F_s为弹簧2的弹簧力，由调压螺钉10调节。

这就是说，不管负载如何变化，液压泵输出压力p_p始终比负载p1大一恒定值。这个恒定值，同时是比例换向阀工作油口的压力差。于是通过此换向阀的负载流量Q₁仅与阀的开度，即与它的阀芯移动量成比例，而与负载压力的变动无关。这样，通过调节比例换向阀阀芯的位移量的大小，即可达到调速的目的。由此可知，比例换向阀不但可使液流换向，同时是个压力补偿式流量控制阀。综上所述，不管负载、速度如何变化，液压泵输出流量Q_p、压力p_p始终与负载流量Q₁、压力p1相匹配。

当液压马达运行停止时，由于比例换向阀阀口已经无流量，亦无压力损失，故滑阀1在弹簧2的作用下处于左端位置。由图知限压阀B的滑阀8右端通油箱，当液压泵输出压力p_p大于弹簧9所调定压力p_r时，滑阀8迅速右移，泵输出的压力油不经滑阀1直接接通油路3至4。从而，一方面使液压泵保持由该阀所设定的最高压力，同时又使液压泵仅输出补充泄漏所需的微小流量。

比例换向阀处于中位，液压马达停止工作时，负载压力为零。液压泵的输出压力仅等于弹簧2的调定压力，液压泵的输出流量仅为补充泄漏所需的微小流量，即液压泵处于低压等待状态。

由负载敏感液压回路工作原理可知，液压泵的输出流量与负载流量一致，泵的输出压力比负载压力大一个恒定值；回路不工作时，泵处于低压等待状态。故此种回路效率高，功率损失小。

为简化回路，负载敏感阀A、限压阀B与液压泵C组成一体，称为负载敏感变量泵。

2.负载敏感液压回路对回转负载的适应能力

回转负载特性要求驱动系统具有无级调速功能、带载平稳启停能力、硬的机械特性、一定的过载能力以及过载保护功能等。

（1）负载敏感回路的无级调速功能：由负载敏感回路工作原理可知，通过比例换向阀的流量仅与该阀的开度，即与它的阀芯移动量成正比例。因此通过调节比例换向阀阀芯的位移量的大小即可达到无级调速的功能。

（2）回转带载平稳启停能力：从图9-8可知，当比例换向阀开启时，液压缸负载压力p1与泵输出压力p_p相等，滑阀1在弹簧力F_s的作用下，向左移动，使油路4与油箱相通，液压缸7在弹簧作用下带动斜盘倾角逐渐增大，液压泵开始向执行元件（液压马达或液压缸）供油。随着供油量的增大，油压迅速升高，最终克服负载阻力推动执行机构运动。当执行机构运动时，由压力差（p_p-p₁）控制负载敏感阀动作。因此，在启动过程中，负载敏感回路可根据负载压力变化快速平稳地自动调整回路压力和流量，满足带载平稳启动的要求。

（3）调速特性：负载敏感回路工作时，液压泵的输出流量与负载流量基本上相等，其数值大小仅与比例换向阀开度有关，而与负载压力无关，故回转机构具有优异的硬机械特性。

（4）超载与过载保护功能：通过负载敏感反馈控制作用，液压泵压力始终与负载阻力相适应。若泵的压力超过限压阀的调定压力，限压阀开启，回路处于高压等待状态，这样既起过载保护作用，又避免了大量能量损耗。

3.负载敏感液压回路对升降负载的适应能力

升降负载特性与回转负载特性具有相似之处，如要求驱动系统具有无级调速功能、带载平稳启停能力、硬的机械特性、一定的过载能力以及过载保护功能等。负载敏感回路能满足上述要求。

此外，通过微调比例换向阀阀口开度即可实现微动升降动作。从提钻的整个过程看，提升负载是依次减小的。负载敏感回路的压力随负载变化而自动调节。因此，根据负载阻力变化调整比例换向阀开度，控制提升速度，可满足恒功率提升的要求。

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纳雍县19582383826： 液压回路中压力补偿是什么意思 还有负载敏感的回路是怎么回事?？
臧吴菲科： 传统液压系统由交流异步电机驱动,电机恒速带动液压泵转动,这种电动泵不具备调压和调速功能,只能通过各种阀来实现.你所说的就是阀的一种组合与控制方法. 新技术是采用科汇的开关磁阻伺服电机驱动液压泵,由电机转速控制流量,由电机转矩控制压力,不再需要流量和压力的控制阀,也就把压力补偿液压回路和负载敏感回路 淘汰了.无阀液压系统具备高效节能、智能数控的优势,依据《节能法》,无阀液压系统将全面淘汰传统液压系统.

纳雍县19582383826： 为什么动力头要求可以快速进退? ？
臧吴菲科： 拧卸钻杆或加接钻杆时需要动力头快进和快退以节省时间,提高 钻进效率.该回路由负载敏感泵系统、负载敏感比例换向阀和给进液压缸组成.负载敏感泵的排量比恒压泵大, 当动力头需要快进快退时要向给进液压缸提供大流量的液压油,快进 快退动作由负载敏感比例换向阀控制.

纳雍县19582383826： 负载敏感泵出口压力不随负载变化? - ？
臧吴菲科： 不必担心,这是正常现象.由于单泵配多个并联负载,油泵必需是在恒压状态,否则高负载和低负载的液压缸便不能同时工作.若每次只有一个液压缸工作,则可通过梭阀系统,把负载引到变量泵的X口,做成真正的负荷传感回路.另一方法是使用负荷传感的多路阀才会见到油泵的压力改变.可把回路图发过来看看.

纳雍县19582383826： 我想买一台旋挖机 想问一下国产旋挖哪个品牌好 - ？
臧吴菲科： 我觉得三一要优于其他品牌.无论说操作方面还是质量方面.如果要考虑经济方面就可以考虑其他品牌.这就要看你主要干那类桩.选什么样型号的钻机.其他山河智能,徐工.中车.都还可以.

纳雍县19582383826： 负载敏感型多路换向阀与那种液压泵配套 - ？
臧吴菲科： 负载敏感型多路换向阀 是哈威的吧?可由开式回路-定量泵 闭式回路-变量泵或恒压系统来提供压力油!

纳雍县19582383826： ZDY12000LD型履带式全液压坑道钻机工作原理是什么? - ？
臧吴菲科： 动力头主轴采用φ135mm大通孔结构,能够进行大角度钻进施工,并可配套使用多种规格的普通钻杆、通缆钻杆、螺旋钻杆和打捞钻具.钻机回转系统和给进系统分别配套设计快、慢两档操作模式,满足正常钻进、复合钻进、钻孔方位调节等多...

纳雍县19582383826： 钻机的操作方法 - ？
臧吴菲科： 一、安全警示 1)液压系统额定压力不得擅自超调. 2)压力油管不得在漏油、渗油情况下工作. 3)渗漏油液应及时掩埋处理. 4)高压胶管具有阻燃抗静电性能,不得随意更换. 二、操作方法 钻机各操作手把、手轮的位置如图3-17所示,各...

纳雍县19582383826： 正循环回转钻孔原理 - ？
臧吴菲科： 用泥浆以高压通过钻机的空心钻杆,从钻杆底部射出,底部的钻头(钻锥)在回转时将土层搅松成钻渣,被泥浆浮悬,随着泥浆上升而溢出流到井外泥浆溜槽,经过沉淀池沉淀净化,泥浆再循环使用.井孔壁依靠水头和泥浆保护.

纳雍县19582383826： p460钻机行走不动了,突然出现的,转动正常,但大臂等液压部位不动,请教 - ？
臧吴菲科： 行走是靠液压马达驱动的是左右两边都不动吗?还是单边动作,另一边不动作? 1、液压马达和大臂等部件是用同一个泵吗?如果是,说明主泵没问题. 2、液压马达和大臂等部件是用同一个泵吗?如果不是,请先测量液压马达管路中的工作泵出口压力.并用手或者红外测温设备测一下该泵的温度. a.如果该泵非常热,说明该泵已损坏,无压力油输出,故无法行走. b.如果该泵温度正常且出口压力合适,请再测液压马达进出口压力,如果出口压力值低,可能是马达内部损坏(可能性不大,很少两个同时坏).也有可能是行走马达管路中的主安全阀失效,导致低压溢流,系统压力不足,导致行走不了. c.如果液压马达进出口压力值都合适,那你再来找我.

纳雍县19582383826： 液压锚杆钻机的安全操作规程 - ？
臧吴菲科： 一.钻孔前的安全检查1.检查主机的操作开关均应处于中间位置(零位).2.检查液压油管和水管连接是否正确.3.检查指定钻孔的位置,确保顶板和煤帮的稳定,如果不安全,为防止漏顶或片帮,对顶板和煤帮需采用临时支护.4.检查指定钻孔位置的底板上有无障碍.二.钻进中的安全措施1.钻机旋转时,不能用手或戴手套触摸旋转的钻杆,且不允许单手操作.2.开孔时支腿不能伸出太快,否则会使钻杆变形折断或钻头破坏.3.钻机突然加载时,操纵臂会向某一方向摆动,操作者应保持正确的站位以防扭伤.4.当顶板超高使用本钻机时,应由使用单位制订特殊的安全措施.