摘要：在巖石工況下，要求鉆頭極其緩慢地切削、推拉速度非常低，否則稍微推動手柄就會速度太快，從而導(dǎo)致操控性不能滿足使用。針對此問題，設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)水平定向鉆機(jī)動力頭推拉微動的控制方法。該方法采用液壓與電氣聯(lián)合控制系統(tǒng)，可以提高推拉速度控制精度，實(shí)現(xiàn)毫米級移動，同時也減少了因推拉速度控制難而造成的旋轉(zhuǎn)扭矩大、成孔效果不佳的問題。

關(guān)鍵詞：水平定向鉆機(jī)；液壓系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)；微動控制

0" "引言

水平定向鉆機(jī)是在不開挖地表面條件下，鋪設(shè)多種地下公用設(shè)施的一種施工機(jī)械，其施工一般有3道工序：首先進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)；其次進(jìn)行回擴(kuò)，逐級擴(kuò)大孔徑；最后將管道回托完成施工。在硬巖工況下進(jìn)行回擴(kuò)作業(yè)，對動力頭推拉速度要求特別低。一般情況下，在動力頭旋轉(zhuǎn)速度起來后，鉆機(jī)手需要根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，非常謹(jǐn)慎地操作推拉手柄，并時刻觀察扭矩大小。

由于鉆機(jī)操作要求非常高，如果手柄后拉過度，扭矩會迅速提升到警戒值。如果手柄后拉不夠，會嚴(yán)重影響施工效率。這個過程的難點(diǎn)在于鉆機(jī)推拉控制精度低，鉆機(jī)操作手需要一定時間去反復(fù)微控推拉手柄，才能達(dá)到最佳推拉速度，大大增加了操作難度，同時嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。針對此問題，本文設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)水平定向鉆機(jī)動力頭推拉微動的控制方法。

1" "系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1" "系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)包括液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，其中液壓系統(tǒng)包括液壓油箱、主泵、推拉主閥和馬達(dá)組等；電氣系統(tǒng)包括控制器、推拉手柄、推拉高速開關(guān)以及推拉微動開關(guān)等。

1.2" "液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

液壓系統(tǒng)控制原理如圖1所示。液壓系統(tǒng)中的主泵通過連接盤固定在發(fā)動機(jī)上，主泵201的A口、S口分別連接推拉主閥和液壓油箱206。馬達(dá)組包括并聯(lián)的1號推拉馬達(dá)205和2號推拉馬達(dá)204。

推拉主閥第1聯(lián)202和第2聯(lián)203的A口通過管路連接到1號推拉馬達(dá)205的A口，1號推拉馬達(dá)205的B口連接2號推拉馬達(dá)204的A口。推拉主閥第1聯(lián)202和第2聯(lián)203的B口通過管路連接2號推拉馬達(dá)204的B口。推拉主閥的T口通過管路連接液壓油箱206，推拉主閥的LS口通過管路連接主泵201的X口。

推拉主閥包括推拉主閥第1聯(lián)202、推拉主閥第2聯(lián)203。其中，推拉主閥第1聯(lián)202包括電磁閥Y1、電磁閥Y2，其設(shè)計(jì)流量為190L/min。推拉主閥第1聯(lián)203包括電磁閥Y3、電磁閥Y4，其設(shè)計(jì)流量為50L/min。1號推拉馬達(dá)205包括用于改變馬達(dá)排量的電磁閥Y7。2號推拉馬達(dá)204包括用于改變馬達(dá)排量的電磁閥Y8。

1.3" "電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

電氣控制系統(tǒng)原理如圖2所示。控制器101采用TTC60，其中101、127、128、271號針腳與電氣系統(tǒng)電源連接；102號針腳與地線連接。推拉手柄102采用JC6000電控手柄，其正極與電氣系統(tǒng)電源連接，負(fù)極與控制器的126號管腳連接，信號線與控制器的114號管腳連接。推拉高速開關(guān)103采用YB-01，其3號針腳與電氣系統(tǒng)電源連接，5號針腳與控制器的255號管腳連接。推拉微動開關(guān)104采用YB-01，其3號針腳與電氣系統(tǒng)電源連接，5號針腳與控制器的256號管腳連接。

推拉主閥第1聯(lián)202的電磁閥Y1-105和Y2-106的一端分別與控制器的106號和117號針腳連接，另一端都與地線連接。推拉主閥第1聯(lián)203的電磁閥Y3-107和Y4-108的一端分別與控制器144號和132號針腳連接，另一端都與地線連接。推拉馬達(dá)1的電磁閥Y7-109一端與控制器142號針腳連接，另一端與地線連接。推拉馬達(dá)2的電磁閥Y8-110一端與控制器130號針腳連接，另一端與地線連接?？刂破?01具有PWM（脈沖寬度調(diào)制）與開關(guān)量輸出切換功能，根據(jù)受控電磁閥的特性切換相應(yīng)功能。

2" "控制策略

2.1" "推拉開關(guān)的控制原理

推拉高速開關(guān)103和推拉微動開關(guān)104都為開關(guān)量信號，開關(guān)閉合后，控制器101接受到高電平信號。在推拉微動開關(guān)未閉合且推拉高速開關(guān)閉合時，控制器101輸出開關(guān)量24V到電磁閥Y7-109和電磁閥Y8-110，此時推拉馬達(dá)1和推拉馬達(dá)2切換為小排量。在推拉微動開關(guān)104閉合時，即使推拉高速開關(guān)103閉合，控制器101也不會輸出電流到電磁閥Y7和Y8。

2.2" "推拉手柄的控制原理

推拉手柄102為模擬量信號，手柄前推，控制器101接受到2.5～4.5V模擬電壓信號；手柄后拉，控制器101接受到0.5～2.5V模擬電壓信號。手柄輸出曲線如圖3所示。

在推拉微動開關(guān)104未閉合時，如果推拉手柄102前推，控制器101輸出PWM信號到電磁閥Y1，PWM的占空比根據(jù)手柄角度線性變化（手柄曲線301），角度越大輸出電流越大。如果推拉手柄102后拉，控制器101輸出PWM信號到電磁閥Y2，PWM的占空比根據(jù)手柄角度線性變化（手柄曲線301），角度越大輸出電流越大。

在推拉微動開關(guān)104閉合時，如果推拉手柄102前推，控制器101輸出PWM信號到電磁閥Y3，PWM的占空比根據(jù)手柄角度非線性變化（手柄曲線302），角度越大輸出電流越大。如果推拉手柄102后拉，控制器101輸出PWM信號到電磁閥Y2，PWM的占空比根據(jù)手柄角度非線性變化（手柄曲線302），角度越大輸出電流越大。

綜上所述，在推拉微動開關(guān)104閉合時，系統(tǒng)選擇水平定向鉆機(jī)特制小流量電磁閥，強(qiáng)制關(guān)閉推拉馬達(dá)小排量。同時切換手柄曲線，能夠?qū)崿F(xiàn)推拉微動運(yùn)行，提高推拉手柄小角度操控精度。

3" "結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)水平定向鉆機(jī)動力頭推拉微動的控制方法。該方法采用液壓與電氣聯(lián)合控制系統(tǒng)，可以提高推拉速度控制精度，實(shí)現(xiàn)毫米級移動，同時也減少了因推拉速度控制難而造成的旋轉(zhuǎn)扭矩大、成孔效果不佳的問題。通過該方法，可以極大地提升了施工安全性、效率及舒適性，同時也獲得用戶一直好評。