林瑞波

（煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 100013）

0 前言

液壓鑿巖機(jī)在鐵路、交通、隧道建設(shè)、水電涵洞工程、煤礦與金屬礦山中應(yīng)用廣泛，主要用于巷道掘進(jìn)與放頂?shù)裙こ痰谋瓶?、探水探瓦斯孔、瓦斯抽放孔、注漿孔等煤巖孔鉆進(jìn)以及井巷成孔鉆進(jìn)。液壓鑿巖機(jī)主要由沖擊機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，其中沖擊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)沖擊破碎巖石，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)切削巖石，這種鑿鉆孔方式大大提高了中硬巖層井巷施工效率。液壓鑿巖機(jī)沖擊性能、回轉(zhuǎn)性能以及兩者間的匹配關(guān)系是影響其在不同巖層中鑿鉆孔效率的關(guān)鍵因素。液壓鑿巖機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同規(guī)格液壓鑿巖機(jī)沖擊性能、回轉(zhuǎn)性能、鉆進(jìn)性能的測(cè)試，通過(guò)調(diào)節(jié)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)沖擊性能、回轉(zhuǎn)性能匹配關(guān)系的測(cè)試，從而得出其鉆進(jìn)最佳工作參數(shù)。

1 試驗(yàn)臺(tái)工作原理

試驗(yàn)臺(tái)主要由運(yùn)行臺(tái)架、受沖系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)測(cè)量系統(tǒng)等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。運(yùn)行臺(tái)架主要由被試件安裝平臺(tái)、升降機(jī)構(gòu)、左右平移機(jī)構(gòu)、前后推進(jìn)機(jī)構(gòu)組成；受沖系統(tǒng)主要由受沖器、冷卻系統(tǒng)組成，回轉(zhuǎn)測(cè)量系統(tǒng)主要由回轉(zhuǎn)引出裝置、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、磁粉制動(dòng)器等組成。

試驗(yàn)時(shí)，被試件安裝于運(yùn)行臺(tái)架上，通過(guò)運(yùn)行臺(tái)架中的左右平移缸、導(dǎo)向式升降缸、推進(jìn)缸進(jìn)行左右、上下、前后移動(dòng)，使被試件通過(guò)釬桿與受沖系統(tǒng)對(duì)中，同時(shí)回轉(zhuǎn)性能通過(guò)回轉(zhuǎn)引出裝置與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器連接；受沖系統(tǒng)吸收被試件產(chǎn)生的沖擊能量，通過(guò)安裝于試驗(yàn)臺(tái)架外的高速攝像儀采集被試件活塞位移、速度信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算出沖擊能；回轉(zhuǎn)性能通過(guò)磁粉制動(dòng)器加載、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀采集信號(hào)測(cè)試轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)示意圖

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為保證試驗(yàn)臺(tái)的正常工作，設(shè)計(jì)了與之配套的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)被試件的液壓動(dòng)力輸出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)輔助機(jī)構(gòu)的控制。試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)主要由沖擊回路、回轉(zhuǎn)回路、輔助回路組成，其中沖擊回路負(fù)責(zé)給液壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)供油，回轉(zhuǎn)回路負(fù)責(zé)給液壓鑿巖機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)供油，輔助回路給試驗(yàn)臺(tái)的調(diào)位機(jī)構(gòu)供油，以及給液壓鑿巖機(jī)測(cè)試過(guò)程中的受沖系統(tǒng)供油。

（1）沖擊、回轉(zhuǎn)回路

液壓系統(tǒng)沖擊回路、回轉(zhuǎn)回路選用功能相同的兩套回路，既能保證對(duì)外回轉(zhuǎn)式液壓鑿巖機(jī)的供油，又可以保證一定的互換性，方便維修。該液壓回路系統(tǒng)原理圖如圖2所示。在該系統(tǒng)中油泵選用A4V電控比例變量泵，油泵排量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、與電磁鐵吸力成正比，即與電磁鐵控制電流信號(hào)（250～600mA）成正比，可以無(wú)級(jí)地按照程序控制泵的排量。A4V電控比例變量泵排量與電流關(guān)系曲線如圖3所示。該泵具有自吸性好、排量連續(xù)可變、允許連續(xù)工作壓力35 MPa等特點(diǎn)，能夠滿足目前所有規(guī)格液壓鑿巖機(jī)的動(dòng)力需求。

圖2 沖擊回路液壓系統(tǒng)原理圖

圖3 A4V電控比例變量泵排量與電流關(guān)系曲線

該回路最大輸出壓力35MPa，最大輸出流量200L/min，通過(guò)電流信號(hào)控制油泵輸出流量，采用電控溢流閥調(diào)節(jié)回路壓力、液控單向閥控制回路通斷，可以根據(jù)被試液壓鑿巖機(jī)的需求提供供油壓力、流量、啟停設(shè)備等。

（2）輔助回路

輔助回路油泵選用恒功率負(fù)荷傳感變量泵，負(fù)荷傳感器是個(gè)流量控制閥，該閥工作時(shí)作為負(fù)載壓力的函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)泵的排量以使之與負(fù)載的需求相匹配，該回路液壓系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖4，其功率曲線見(jiàn)圖5。在低于功率曲線的整個(gè)范圍內(nèi)，泵的流量受裝在泵與負(fù)載之間的外部節(jié)流閥的影響，而不受負(fù)載壓力的影響。該閥比較節(jié)流孔前后的壓力并用節(jié)流孔壓降（壓差ΔP）把泵流量保持恒定。如果壓差增大，則泵輸出流量變??；如果壓差減小，則泵輸出流量變大，直到在閥中恢復(fù)平衡。恒功率控制和壓力切斷優(yōu)先于負(fù)荷傳感閥，即負(fù)荷傳感功能在低于設(shè)定功率曲線設(shè)定壓力時(shí)工作。該回路能夠根據(jù)調(diào)位油缸缸徑、速度的不同需求自動(dòng)調(diào)節(jié)油泵排量，系統(tǒng)始終沒(méi)有多余流量，徹底消除系統(tǒng)溢流損失，自動(dòng)化控制精度高，解決了原有回路通過(guò)手動(dòng)控制精度低的缺點(diǎn)。

圖4 輔助回路液壓系統(tǒng)原理圖

圖5 沖擊回路液壓系統(tǒng)原理圖

該回路最大輸出壓力31.5 MPa，最大輸出流量60 L/min，流量可根據(jù)負(fù)載需要自動(dòng)調(diào)節(jié)，能很好地用于不同流量需求的液壓回路。調(diào)位油缸的同步采用分流集流閥控制，既能保證油缸的同步精度要求，又能保證成本低廉；同時(shí)調(diào)位油缸采用液壓鎖鎖定，能很好的保證油缸調(diào)位后的穩(wěn)定性。

3 液壓系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）自動(dòng)化控制程度高

液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向均通過(guò)電磁閥控制，與電氣裝置配合，實(shí)現(xiàn)了液壓鑿巖機(jī)性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)控制；并且輔助回路油泵選用恒功率負(fù)荷傳感變量泵，能夠根據(jù)調(diào)位油缸缸徑、速度的不同需求自動(dòng)調(diào)節(jié)油泵排量；該液壓系統(tǒng)自動(dòng)化控制精度高，解決了原有系統(tǒng)通過(guò)手動(dòng)控制精度低的缺點(diǎn)。

（2）壓力流量無(wú)級(jí)可調(diào)

該液壓系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)選用4～20 mA電流控制的電磁溢流閥、流量調(diào)節(jié)選用電流信號(hào)（250～600 mA）控制的比例泵，能夠根據(jù)負(fù)載要求無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力、流量，控制精度高。

（3）降低發(fā)熱量、節(jié)約能源

輔助回路選用恒功率負(fù)荷傳感變量泵，能夠根據(jù)負(fù)載流量變化自動(dòng)調(diào)節(jié)油泵排量，降低溢流閥的油液溢流量，進(jìn)而降低液壓系統(tǒng)發(fā)熱量，有效節(jié)約能源，并且能夠保證輔助回路油缸等液壓元件的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

液壓系統(tǒng)是液壓鑿巖機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵組成部分，既給被試液壓鑿巖機(jī)提供液壓動(dòng)力，又給試驗(yàn)臺(tái)調(diào)位機(jī)構(gòu)、受沖機(jī)構(gòu)提供輔助動(dòng)力，從而保證液壓鑿巖機(jī)試驗(yàn)的正常進(jìn)行。該液壓系統(tǒng)采用電控比例控制技術(shù)，解決了原有試驗(yàn)臺(tái)采用手動(dòng)控制調(diào)位不準(zhǔn)確、供油壓力和流量控制難的缺點(diǎn)，目前已應(yīng)用于液壓鑿巖機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的制造、試驗(yàn)，使用效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]林瑞波.鑿巖機(jī)械沖擊能試驗(yàn)方法的研究［J］.中國(guó)機(jī)械，2014（9）：228-229.

[2]郭孝先，王路，黃園月.國(guó)外液壓鑿巖設(shè)備［M］.北京：地質(zhì)出版社，1993.

[3]章鑫，王力，趙友軍.掘進(jìn)機(jī)負(fù)荷傳感液壓系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的研究分析[J].煤礦機(jī)械，2012（3）：183-185.

[4]代文博，權(quán)鈺云.TZMX75防突鉆裝機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]，液壓氣動(dòng)與密封，2013（2）：69-71.