钻机液压回转传动装置

A. 立轴式钻机的机械传动系统的任务有哪些

一、首先我们应了解立轴式钻机的组成，立轴式钻机是由电动机机架、传动装置、离合器、变速箱 、 卷扬机 、 回转器 、 机械（或液压）卡盘 、机械（或液压）夹持器、液压系统等部件组成。

二、立轴式钻机的机械传动系统是指离合器、变速箱 、 卷扬机 、 回转器 、 机械卡盘、 机械夹持器

三、功能：1、离合器的作用将动力（电动机或柴油机）与工作机的联接或松开；2、变速箱的作用降低电动机或柴油机的转速，提高电动机或柴油机的扭矩；3、卷扬机的作用起吊钻杆；4、回转器的作用将水平传动转化垂直给进运动和回转运动；5、机械卡盘的作用卡夹钻杆用于钻进；6、机械夹持器的作用拧松钻杆。

B. 液压系统的工作原理：

液压传动原理：以油液作为工作介质，通过油液内部的压力来传递动力。

1、动力部分－将原内动机的机械能容转换为油液的压力能（势能）。例如：各种液压泵。
2、执行部分－将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能。例如：各种

液压缸、液压马达。

3、控制部分－用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向。例如：各种压力控制阀、

流量控制阀。

4、辅助部分－将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起贮油、过滤、测量和密封

等作用。例如：软硬管路、接头、油箱、滤油器、蓄能器、密封件和显示仪表等。

C. 钻机液压系统工作原理

ZDY6000LD型钻机液压系统为双泵开式循环系统，如图3-14所示，钻机胶管连接如图3-15、3-16所示。其工作原理如下:

电动机(1)启动后，Ⅰ泵(3)经吸油滤油器(2)吸入低压油，输出的高压油进入主操纵台液控多路换向阀(5)，压力表(4)指示Ⅰ泵压力。多路换向阀(5)由四联组成，左起第一联控制左侧履带液压马达(6)的正转、反转和停止;左起第二联控制右侧履带液压马达(7)的正转、反转和停止;右起第二联控制液压马达(8)的正转、反转和停止;右起第一联控制给进油缸(9)的前进、后退和停止。四联阀都处于中位时，Ⅰ泵卸荷，马达(8)和给进油缸(9)处于浮动状态，履带马达(6)、(7)自行制动。Ⅰ泵回油经冷却器(10)和回油滤油器(11)回到油箱，压力表(12)指示回油压力，其大小反映出回油滤油器的脏污程度。Ⅱ泵(13)经吸油滤油器(14)吸入低压油，输出的高压油至Ⅱ泵分流功能换向阀(15)，压力表(16)指示Ⅱ泵压力。该阀置于前位，Ⅱ泵高压油至多路换向阀(17)，多路换向阀(17)由九联组成，右起第一联控制绞车马达(18)的正转、反转和停止，其余八联分别控制八只稳固调角油缸的伸、缩、停，压力表(19)指示油液压力。九联阀都处于中位时，Ⅱ泵卸荷。Ⅱ泵分流功能转化阀(15)置于后位，高压油进入Ⅱ泵油路板(20)。安全溢流阀(21)、溢流调压阀(22)、减压阀(23)固装在油路板(20)上，限定或调节Ⅱ泵给进压力，钻进方式换向阀(24)置于中位时，Ⅱ泵卸荷。钻进方式换向阀(24)置于前位时，为Ⅱ泵溢流给进，适用于钻进所需的回转转矩较大而给进力较小(如复合片钻进)的工况，此时Ⅱ泵的压力油全部进入给进回路，通过调节溢流调压阀(22)来控制给进压力的大小，其值由给进压力表(25)指示。钻进方式换向阀(24)置于后位，为减压给进，适用于钻进所需的回转转矩较小而给进力较大的工况。这时卡盘(26)的供油压力与泵压(马达工作压力)相同，卡盘卡紧力往往稍显不够，从而引起钻杆打滑。为确保卡盘可靠地卡紧钻杆，将换向阀(24)置于后位，并将溢流调压阀(22)关闭，使Ⅱ泵的压力油分为两路(此操作也是实现采用孔底马达钻进时，向抱紧装置(27)供油使回转器制动):一路直接进入液压卡盘，使卡盘的工作压力(Ⅱ泵的系统压力)保证卡盘可靠地卡紧钻杆;另一路经减压阀进入给进回路，用减压阀(23)调节给进压力的大小。调压给进方式与减压给进方式比较，使用前者Ⅱ泵的溢流压力较低，液压油发热较少。Ⅱ泵回油可进入Ⅰ泵回油路，也可以由油路板上的泄油路经冷却器(30)和回油滤油器(31)直接回到油箱。

图-14 液压系统原理图

图3-15 ZDY6000LD型钻机胶管连接图Ⅰ

图3-16 ZDY6000LD型钻机胶管连接图Ⅱ

油马达(8)回转时，回转油路的一部分高压油经主油路板(32)中的单向阀组进入液压卡盘(26)，使卡盘自动夹紧。此外，当夹持器联动功能转换阀(33)置于联动位置时(即换向阀后位)，驱动油马达的压力油还可再分一部分进入夹持器(34)使之松开。利用回转油马达、液压卡盘与夹持器三者之间的这种联动功能(夹转联动)，可方便地进行扫孔作业。

液压卡盘的松开由主油路板(32)中的一组串联的液控单向阀和节流阀来控制。液压卡盘工作时回油单向阀关闭，避免压力油泄漏。当需要液压卡盘松开时，由来自给进或起拔回路的压力控制油打开回油单向阀，使液压卡盘泄油松开。调整节流阀可控制液压卡盘的回油(松开)速度，使液压卡盘与夹持器的开合动作协调(在起下钻具时，应使其中之一刚刚卡紧另一个就立即松开，钻具既不会被卡瓦划伤也不会窜动)，当回转油马达与液压卡盘、夹持器处于联动状态，夹持器的回油也经过这组阀流回油箱。

起下钻功能转换阀(35)为三位四通阀，通过该阀可以改变液压卡盘、夹持器与给进油缸的联动方式。起、下钻时先将联动转换阀置于相应位置(即起钻或下钻位)，然后同向操作给进起拔手把，即可协调地控制液压卡盘、夹持器的开合动作与给进油缸的前后移动动作，完成起、下钻作业。当该阀处于中位时，其联动功能失效。在给进油缸的出油管上串联一个双向液控节流阀，用于调节油缸的背压。在钻进时调节节流阀(36)可以控制给进速度。在起下钻具时，适当调节节流阀，可以使夹持器充分张开不损伤钻杆。

联动功能转换阀(33)用于控制卡盘、夹持器与给进油缸、马达的联动和分离。联动功能转换阀(33)置于下位，卡盘、夹持器与油马达联动(夹转联动)。联动功能转换阀(33)处于上位，夹转联动分离，卡盘、夹持器与给进油缸联动。联动功能转换阀(33)置于中位，夹持器油路处于关闭状态。夹转联动功能用于系统压力较高工况下，此时夹持器供油压力较高，夹持器开口较充分。在使用夹转联动功能时要注意，应在每个钻进回次结束前，将夹持器与回转器的联动功能取消，而转变为分离状态，以便夹持器能快速地夹持孔内钻具。

Ⅰ泵的最高工作压力出厂时已限定为28MPa，该压力不可调，各执行元件(油缸、马达等)最高工作压力由多路换向阀(5)内的安全阀限定。Ⅱ泵的最高工作压力由Ⅱ泵油路板上的安全阀(21)控制，限定压力为21MPa，其值由压力表(16)显示。

D. 回转式钻机由哪几部分组成

回转式钻机指的是依靠钻具的回转运动破碎岩层而成孔。主要有大、小锅锥钻机，正、反循环转盘式钻机，液压动力头式钻机，潜孔振动回转式钻机等。简单的回转式钻机只有钻进装置，结构完善的回转式钻机则有钻进装置和循环洗井装置两部分组成。转盘式水井钻机的钻具包括钻杆和钻头。

E. 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。

F. 钻机负载敏感液压回路

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。

G. 全套管全回转钻机是什么

全套管全回转钻机是集全液压动力和传动,机电液联合控制于一体的新型转机,具有新型、高效、环保的钻进技术，近年来在城市地铁、深基坑围护咬合桩、废桩（地下障碍）的清理、高铁、道桥、城建桩施工、水库水坝加固等项目中得到广泛的应用。盾安重工是生产全套管全回转钻机的厂家，是国家首创生产此产品的厂家，技术拥有国家专利。

H. 全液压水井钻机优点。

全液水压井钻机的优缺点
1优点与转盘钻机相比，全液压水井钻机具有无法比拟的优点。
（1）液压传动的动力头可实现无级调速，可满足不同的钻进工艺要求；
（2）不需要使用方钻杆，在升降钻具时可以节省大量辅助时间，从而提高纯钻时间；（3）通过液压控制，可实现钻具的液压给进加压及减压钻进；
（4）可以边回转边起下钻具，方便处理孔内塌方，减少孔内事故；
（5）动力头钻机都是长行程给进方式，满足了多工艺钻进机械转速高的要求； （6）机械化程度比较高，降低劳动强度；
（7）部件间连接只是用管路连接，所以液压传动的钻机便于改装，可以按使用要求方便地增设不同机构；
（8）由于回转给进及钻具起下可同时操作，且配置了液压动力系统，因此钻机可在需要时快速变换不同的钻进工艺；
（9）由于钻具配置了动力头给进功能，可实现下述作业：
①深孔钻进时，可采用钻具陀螺式重力张力结构减压钻进，以提高钻孔的垂直精度；
②利用钻杆的正压给进与压浆塞，可在套管内向孔壁进行水泥砂浆压注，使水泥砂浆压向孔壁四边，产生压渗填充孔壁间的空隙，满足密封要求，不需使用水泥砂浆压浆泵；
③在下置套管有困难时，可利用动力头的给进力把套管压入孔内，如压入仍有困难时，在动力头回转轴端，可接上气动潜孔锤，经过木板块垫压，利用潜孔锤的气动冲击能量对套管冲击敲打，压入孔内，以完成套管的下放工序。
2缺点：全液压水井钻机与机械转盘钻机相比也有以下不足的地方。
（1）成本相对较高：由于全液压钻机多采用车载形式，钻机须实现不同钻进工艺的需求，操作须方便快捷，所以使得设备复杂庞大，而且由于全液压动力头钻机采用液压驱动，钻机的液压元件繁多且对液压元件的质量要求很高，这就使得钻机的成本较普通的转盘钻机高很多；
（2）维修困难：转盘钻机通常以机械传动为主，一般不容易发生机械方面的故障，即使发生故障也很容易检修，而对于全液压钻机，液压系统往往有几百根液压管线和几十个工作阀组构成，在钻机使用中，有时会出现一系列由于液压系统发生故障而导致钻机不能正常工作的问题，则需要在几百根液压管线和几十个工作阀组中寻找问题根源，设备出现问题确诊困难，维修困难；
（3）起下钻效率较低：车装水井钻机桅杆高度有限，起下钻立根较短，起下钻次数变多，与散装钻机钻塔相比较起下钻效率较低，随着孔深的不断增加，立根长度对施工时间的影响逐渐明显。

I. 全液压动力头钻机

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J. 岩心钻机的岩心钻机的基本组成

岩心钻机由回转机构、给进机构、升降机构、传动机构、操纵装置及机座等基本部分组成。由于钻机类型有所不同，有些岩心钻机还可能配备有控制测量仪表或其他附属装置。
钻机的回转机构称为回转器，用于驱动钻具回转，实现钻头连续地破碎岩石。岩心钻机的回转器有立轴式、转盘式和移动式三种，岩心钻机的分类即来源于此。
升降机构用于提下钻具、套管或其他东西。多数钻机专门配有升降机构，一般称为“升降机”，而某些钻机是不配有升降机构的，例如在移动回转器式钻机中，是利用动力头和给进机构配合实现升降机的功能的。
给进机构用于调节和保持孔底钻头上的轴向载荷，并根据钻头的钻进速度给进钻具，保持钻头连续不断的钻孔。
传动机构用于驱动钻机的动力机到钻机各工作机构的动力传递。钻机动力的传动方式有机传动，半液压传动、全液压传动三种类型。
操纵装置用于分配动力、调节钻机各工作机构的运动速度，改变工作机构的运动方向和形式。机械传动式钻机的操纵机构一般与有关的部件设置在一起，而液压传动式钻机的操纵机构多集中设置在一起成为独立的部件，称为操纵台。