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摘 要：液压钻机就是在钻机工作过程中钻杆的旋转、推进、起拔以及钻杆倾角的调整、固定等，都是由液压系统实现的。近年来，许多类型的钻机都采用了液压式驱动，相关工程实践显示，液压系统在工程上得到了广泛的应用。以此为出发点，本文分析了液压钻机的液压系统特点，明确了液压系统的总体及各系统的设计要求，提出了液压系统设计时的步骤并进行了详细的介绍，最后总结了液压系统维护时应注意的一系列问题。
关键词：液压钻机；液压系统；设计维护；
中图分类号：TE922 文献标识码：
0.引言
随着我国地质调查范围及规模的不断发展，我国地质、资源勘探的重点已由平原、微丘地区转向复杂的山地、戈壁滩、沙漠及森林地区，采用的方法主要是深孔钻探等。为了满足深孔钻探工作的要求，迫切需要研制了一台适合我国国情的、专用的、机动、灵活、体积小、的液压钻机。
液压钻机是指实现钻机的基本运动形式即旋转和进给均采用液压传动的方式予以实现，因此液压系统是其最重要的组成部分，液压系统的设计也就成为全液压钻机设计的关键所在，图1为常用液压钻机液压系统功能框图，液压系统包括液压泵等动力元件，马达、液压缸等执行元件，压力阀、方向阀等控制元件。因此，在进行液压钻机液压系统设计时，需要根据液压传动原理，设计出优化的先进的液压钻机液压系统。
1.整体设计思路
考虑到液压式钻机一般是在巷道或露天工作，主要是打孔作业，工作时噪声值很大，钻机附近粉尘较大，尤其在无除尘设备、工作场地相对封闭情况时，整个工作环境相当恶劣。这些问题在整体机上都不好解决，所以，根据这一实际工作情况和对操作者要求不高这点出发，在本次设计中决定采用分体结构，将整个钻机分为油源部分、控制台部分和钻机主体3部分，各部分之问用橡胶软管相连接。这样设计，控制台可以灵活地放置在较远的地方，首先保证了操作人员的安全，其次使其工作环境相对来说噪声降低，粉尘量较小。更便利于各种工作场地的布置，分体结构使操作人员能始终处于最佳观察控制位置。
根据这一思路，要求液压系统不仅功能齐全，性能安全可靠，同时还要求操作简便，直视性好，要能随时反映各工作机构的工作状况，以便操作者采取合适的措施进行控制，使钻机始终工作在最佳工况。
2.液压系统设计
通过分析钻机的工作过程，可以看出液压系统需要实现的功能包括行走、钻杆驱动、钻杆钻进、钻杆摆动、运输以及平台支撑与调斜等。根据这些功能的特点和要求，设计出最合理有效的液压系统原理图。
2.1 行走回路
行走液压系统要求左履带和右履带液压系统是独立的，行走左、右油路采用内藏式液压马达，转矩大、体积小。当操纵阀控制左、右行走手柄时，主油路压力油通过手动操纵阀进入行走马达，带动整机行走，通过控制操纵阀的位置来实现整机运动方向的改变。左、右回路中的平衡阀可以有效防止整机在作业过程中产生移动，保证工作的稳定性，提高安全性能。其行走油路液压原理图，如图2所示。
2.2 钻杆驱动回路
主油路通过电液换向阀（改制）带动液压马达转动，马达和钻杆之间有减速器相连，通过减速器将力矩传递给钻杆，实现钻杆的旋转。通过改变电磁换向阀的位置，可以改变马达转动方向，从而实现钻杆的正反转。同时，该回路还将钻杆转动时所需的流量反馈给主泵，从而控制主泵的排量。其油路液压原理图如图3所示。
2.3 钻杆钻进及运输回路
钻杆的钻进是通过液压缸来实现的。主油路经过手动换向阀，流经调速阀、先导式顺序阀，控制推进油缸作用于钻杆。钻杆的推进与后退通过手动换向阀实现。调速阀可以控制钻杆后退或推进的速度。由单向阀组成的液压锁，用来保证钻杆正常的工作。由于调节钻杆钻进方向是双向的，因此选用的马达需能正反转，通过控制手动换向阀来调节马达的转动方向，从而改变钻杆钻进的方向。运输回路的工作原理与上述相似，油路都是经过手动换向阀带动液压马达工作。其油路液压原理图如图4所示。
1.推进油缸 2.先导式顺序阀 3.调速阀 4.单向阀 5.手动换向阀 6、7.调节马达
2.4 平台支撑与调斜回路
为了使钻机能正常稳定地工作，需对钻进进行固定，通过平台支撑油缸将钻机支撑在巷道的两帮，通过由单向阀组成的液压锁将其固定。而仅将钻机固定是不够的，因为在实际作业时，由于受到的阻力较大，钻机会发生振动，从而不利于支撑油缸正常工作，因此需要安装平台调斜装置来缓解振动。主油路通过换向阀、平衡阀，带动平台调斜油缸工作。在设计平台支撑和调斜回路时，要注意对液压锁的使用。对于平台支撑回路，由于钻机要随时移动，需要用单向阀组成液压锁；而平台调斜回路的主要功能是平衡平台的振动，所以其回路的液压锁是由平衡阀组成。平台支撑与调斜油路液压原理图如图5所示。
3.液压系统的维护
液压动力系统给钻机的各个执行机构提供动力，因此，必须对钻机的液压系统进行定期的维护与保养。液压油路的故障大多是由于液压油的污染造成的，液压油液一旦遭到污染对液压系统内各个液压元件危害极大，油液中的污物进入阀芯与阀体的配合间隙或柱塞与缸体的配合间隙，就会划伤配合表面，破坏配合表面的配合精度，使阀芯和阀体之间摩擦阻力加大，反应迟钝，动态响应变坏。使马达、泵泄漏增加，容积效率降低，寿命缩短。油液污染还会黏着、堵塞滤油器网眼，使泵吸油困难，进而引起泵吸空，产生气蚀、振动和噪声。如果不能及时监控液压油的污染程度，就会造成恶性循环，使液压系统产生故障，生产效率下降，造成停机，增加维修费用。所以，控制液压油的污染是液压油路维护的关键。因液压钻机的工况比较恶劣，因此每施工2～4个工程后，应当清洗液压油箱并檢查液压油有无变质。对耗油量较小的钻机液压系统可通过外观比较，或者采用沉淀法或加热过滤法等简易测定法对液压油污染程度作出判定；对于大型的或耗油量较大的钻机液压系统，就要定期取样化验，鉴定污染程度。如果污染度等级超过系统规定范围应及时更换液压油，并定期更换滤油器滤芯。
4.结束语
随着钻进工艺和技术的发展，液压钻机液压系统也显露出一些不足。如：当转矩太大时，钻具不能自动抬起；加压钻进时，加压力不能随地层不同而自动调节等。紧随液压技术和微电子技术的发展，利用新型液压元件（如电液比例阀，伺服阀等）和新颖的微机型智能仪器（如传感器，测压仪等）对系统不断加以改进，满足用户需要。
参考文献
[1]张幼振，王贺剑，周中宁，孙道明.全液压坑道钻机液压系统污染分析与控制[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2011，S1：36-39.
[2]费烨，陈涛，姜学寿.大吨位水平定向钻机液压系统设计[J].液压与气动，2011，02：68-71.
[3]孙阳修.全液压钻机液压系统的设计计算[J].科技资讯，2012，08：102.
[4]胡海峰，陆惠明.ZDY4000BL型液压钻机履带行走液压系统的设计[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012，05：39-41.
[5]郑超.钻机液压系统的分析与改进（续）[J].地质与勘探，2012，02：83-87.
[6]傅滨，赵福生.MZ520采煤钻机液压系统设计[J].煤矿机械，2013，02：8-10.
[7]田宏亮.瓦斯抽采钻机液压系统设计探讨[J].煤矿机电，2010，06：62-64.
关键词：液压钻机；液压系统；设计维护；
中图分类号：TE922 文献标识码：
0.引言
随着我国地质调查范围及规模的不断发展，我国地质、资源勘探的重点已由平原、微丘地区转向复杂的山地、戈壁滩、沙漠及森林地区，采用的方法主要是深孔钻探等。为了满足深孔钻探工作的要求，迫切需要研制了一台适合我国国情的、专用的、机动、灵活、体积小、的液压钻机。
液压钻机是指实现钻机的基本运动形式即旋转和进给均采用液压传动的方式予以实现，因此液压系统是其最重要的组成部分，液压系统的设计也就成为全液压钻机设计的关键所在，图1为常用液压钻机液压系统功能框图，液压系统包括液压泵等动力元件，马达、液压缸等执行元件，压力阀、方向阀等控制元件。因此，在进行液压钻机液压系统设计时，需要根据液压传动原理，设计出优化的先进的液压钻机液压系统。
1.整体设计思路
考虑到液压式钻机一般是在巷道或露天工作，主要是打孔作业，工作时噪声值很大，钻机附近粉尘较大，尤其在无除尘设备、工作场地相对封闭情况时，整个工作环境相当恶劣。这些问题在整体机上都不好解决，所以，根据这一实际工作情况和对操作者要求不高这点出发，在本次设计中决定采用分体结构，将整个钻机分为油源部分、控制台部分和钻机主体3部分，各部分之问用橡胶软管相连接。这样设计，控制台可以灵活地放置在较远的地方，首先保证了操作人员的安全，其次使其工作环境相对来说噪声降低，粉尘量较小。更便利于各种工作场地的布置，分体结构使操作人员能始终处于最佳观察控制位置。
根据这一思路，要求液压系统不仅功能齐全，性能安全可靠，同时还要求操作简便，直视性好，要能随时反映各工作机构的工作状况，以便操作者采取合适的措施进行控制，使钻机始终工作在最佳工况。
2.液压系统设计
通过分析钻机的工作过程，可以看出液压系统需要实现的功能包括行走、钻杆驱动、钻杆钻进、钻杆摆动、运输以及平台支撑与调斜等。根据这些功能的特点和要求，设计出最合理有效的液压系统原理图。
2.1 行走回路
行走液压系统要求左履带和右履带液压系统是独立的，行走左、右油路采用内藏式液压马达，转矩大、体积小。当操纵阀控制左、右行走手柄时，主油路压力油通过手动操纵阀进入行走马达，带动整机行走，通过控制操纵阀的位置来实现整机运动方向的改变。左、右回路中的平衡阀可以有效防止整机在作业过程中产生移动，保证工作的稳定性，提高安全性能。其行走油路液压原理图，如图2所示。
2.2 钻杆驱动回路
主油路通过电液换向阀（改制）带动液压马达转动，马达和钻杆之间有减速器相连，通过减速器将力矩传递给钻杆，实现钻杆的旋转。通过改变电磁换向阀的位置，可以改变马达转动方向，从而实现钻杆的正反转。同时，该回路还将钻杆转动时所需的流量反馈给主泵，从而控制主泵的排量。其油路液压原理图如图3所示。
2.3 钻杆钻进及运输回路
钻杆的钻进是通过液压缸来实现的。主油路经过手动换向阀，流经调速阀、先导式顺序阀，控制推进油缸作用于钻杆。钻杆的推进与后退通过手动换向阀实现。调速阀可以控制钻杆后退或推进的速度。由单向阀组成的液压锁，用来保证钻杆正常的工作。由于调节钻杆钻进方向是双向的，因此选用的马达需能正反转，通过控制手动换向阀来调节马达的转动方向，从而改变钻杆钻进的方向。运输回路的工作原理与上述相似，油路都是经过手动换向阀带动液压马达工作。其油路液压原理图如图4所示。
1.推进油缸 2.先导式顺序阀 3.调速阀 4.单向阀 5.手动换向阀 6、7.调节马达
2.4 平台支撑与调斜回路
为了使钻机能正常稳定地工作，需对钻进进行固定，通过平台支撑油缸将钻机支撑在巷道的两帮，通过由单向阀组成的液压锁将其固定。而仅将钻机固定是不够的，因为在实际作业时，由于受到的阻力较大，钻机会发生振动，从而不利于支撑油缸正常工作，因此需要安装平台调斜装置来缓解振动。主油路通过换向阀、平衡阀，带动平台调斜油缸工作。在设计平台支撑和调斜回路时，要注意对液压锁的使用。对于平台支撑回路，由于钻机要随时移动，需要用单向阀组成液压锁；而平台调斜回路的主要功能是平衡平台的振动，所以其回路的液压锁是由平衡阀组成。平台支撑与调斜油路液压原理图如图5所示。
3.液压系统的维护
液压动力系统给钻机的各个执行机构提供动力，因此，必须对钻机的液压系统进行定期的维护与保养。液压油路的故障大多是由于液压油的污染造成的，液压油液一旦遭到污染对液压系统内各个液压元件危害极大，油液中的污物进入阀芯与阀体的配合间隙或柱塞与缸体的配合间隙，就会划伤配合表面，破坏配合表面的配合精度，使阀芯和阀体之间摩擦阻力加大，反应迟钝，动态响应变坏。使马达、泵泄漏增加，容积效率降低，寿命缩短。油液污染还会黏着、堵塞滤油器网眼，使泵吸油困难，进而引起泵吸空，产生气蚀、振动和噪声。如果不能及时监控液压油的污染程度，就会造成恶性循环，使液压系统产生故障，生产效率下降，造成停机，增加维修费用。所以，控制液压油的污染是液压油路维护的关键。因液压钻机的工况比较恶劣，因此每施工2～4个工程后，应当清洗液压油箱并檢查液压油有无变质。对耗油量较小的钻机液压系统可通过外观比较，或者采用沉淀法或加热过滤法等简易测定法对液压油污染程度作出判定；对于大型的或耗油量较大的钻机液压系统，就要定期取样化验，鉴定污染程度。如果污染度等级超过系统规定范围应及时更换液压油，并定期更换滤油器滤芯。
4.结束语
随着钻进工艺和技术的发展，液压钻机液压系统也显露出一些不足。如：当转矩太大时，钻具不能自动抬起；加压钻进时，加压力不能随地层不同而自动调节等。紧随液压技术和微电子技术的发展，利用新型液压元件（如电液比例阀，伺服阀等）和新颖的微机型智能仪器（如传感器，测压仪等）对系统不断加以改进，满足用户需要。
参考文献
[1]张幼振，王贺剑，周中宁，孙道明.全液压坑道钻机液压系统污染分析与控制[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2011，S1：36-39.
[2]费烨，陈涛，姜学寿.大吨位水平定向钻机液压系统设计[J].液压与气动，2011，02：68-71.
[3]孙阳修.全液压钻机液压系统的设计计算[J].科技资讯，2012，08：102.
[4]胡海峰，陆惠明.ZDY4000BL型液压钻机履带行走液压系统的设计[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012，05：39-41.
[5]郑超.钻机液压系统的分析与改进（续）[J].地质与勘探，2012，02：83-87.
[6]傅滨，赵福生.MZ520采煤钻机液压系统设计[J].煤矿机械，2013，02：8-10.
[7]田宏亮.瓦斯抽采钻机液压系统设计探讨[J].煤矿机电，2010，06：62-64.