２０１２年第３９卷第５期 探矿工程（岩土钻掘工程） ３９ ＺＤＹ４０００ＢＬ型液压钻机履带行走液压系统的设计 胡海峰，陆惠明 （浙江杭钻机械制造股份有限公司，浙江杭州３１００２０） 摘要：煤矿用履带式钻机是一种新型煤矿用液压钻机，它能有效地改善钻机工作效率，提高钻掘产量，降低工作 强度，在煤矿行业起到了举足轻重的作用。以ＺＤＹ４ＯＯＯＢＬ型煤矿用履带式全液压钻机为例，根据目前履带行走驱 动系统的形式，及使用环境条件和制造成本的影响，提出了一种行之有效的液压钻机履带行走液压系统。使用表 明，该型式能满足煤矿用履带式钻机的行走要求。 关键词：煤矿；液压钻机；履带；液压系统 中图分类号：Ｐ６３４．３ １ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—７４２８（２０１２）０５—００３９—０３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｒａｗｌｅｒ Ｔｒａｖｅｌ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｙｄｒａｕｎｃ ＤｒｉｌＩ／ＨＵ Ｈａｉ－ｒｅｎｇ，ＬＵ Ｈｕｉ—ｍｉｎｇ（Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｏｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１００２０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｒａｗｌｅｒ ｄｒｉｌｌ ｆｏｒ ｃｏａｌｍｉｎｅ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｒｉｌｌ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅ— ｄｕｃｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｔａｋｅ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ＺＤＹ４０００ＢＬ ｃｒａｗｌｅｒ ｄｒｉｌｌ ｆｏｒ ｃｏａｌｍｉｎｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｐｒｅｓｅｎｔ ｃｒａｗｌｅｒ ｔｒａｖｅｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｃｏｓｔ，ａｎ ｅｆｆｅｃｔｕａｌ ｃｒａｗｌｅｒ ｔｒａｖｅｌ ｈｙ— ｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｆｏｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｒｉｌｌ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｔｒａｖｅｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｒａｗｌｅｒ ｄｒｉｌｌ ｆｏｒ ｃｏａｌｍｉｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｏａｌｍｉｎｅ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｒｉｌｌ；ｃｒａｗｌｅｒ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ０ 引言 隙变小，在凹凸不平的地面上行走将受影响。左右 履带不能反转，转弯半径比较大。实际应用中基本 不采用此布局。 履带 现有煤矿用全液压钻机主要由主机、泵站、操作 台三大部件构成。煤矿井下搬迁时，需要将主机、泵 站分解成若干个小部件后，待搬运至钻场后再进行 组装。由于这种类型的液压钻机在移动时存在着搬 迁费时费力，其劳动强度大、辅助时间长等问题，只 能适用小型的、小转矩的钻机。但对于中大型的大 履带 转矩钻机，随着钻机转矩的增加其重量也大幅度的 增加，靠人工搬迁显得尤为困难，特别在煤矿井下。 图１ 单向变量泵＋单向定量马达＋输出变速箱 布局２：单向变量泵＋双向定量马达（见图２）。 液压系统较复杂，操纵性能不好。目前有些大型钻 机上有使用。 近几年，随着煤矿行业的高效率生产和钻掘矛盾的 Ｅｔ益凸显，对瓦斯抽排放钻孔施工也提出了较高的 要求，即缩短钻机搬迁时间，提高钻孔效率和钻机利 用率。针对这种要求，履带式钻机悄然诞生，钻机可 以在井下自行行走，方便快捷的移动，降低了工人劳 动强度。 履带 履带 １ 履带钻机液压系统类型或布局 履带行走液压系统大致上有定量系统、变量系 统和定量、变量复合系统等３种类型，其布局有４ 种。 图２ 单向 量泵＋双向定量马达 布局３：双联单向变量泵＋双向定量马达（见图 ３）。液压系统结构简单，通过控制双联双向变量 泵，实现定量马达的无级变速，通过双定量马达的正 布局１：单向变量泵＋单向定量马达＋输出变 速箱（见图１）。由于有输出变速箱，因此离地面问 收稿日期：２０１ｌ—ｌ２—２６；修回日期：２０１２—０３—２７ 反转，实现左右履带的正反转，实现原地３６０。旋转， 转弯操纵性好，通过性和机动性好。实际应用较为 作者简介：胡海峰（１９８３一），男（汉族），浙江海盐人，浙江杭钻机械制造股份有限公司助理工程师，机械设计及其自动化专业，从事煤矿钻探 设备研发及试验工作，浙江省杭州市凯旋路４４５号浙江物产国际广场２９楼，ｈｕｈａｉ￣ｎｇ＿１２１９＠１６３．ｃｏｒｎ。 探矿工程（岩土钻掘工程） ２０１２年第３９卷第５期 广泛，一般履带机械多采用此结构。 履带 履带 图３ 双联单向变量泵＋双向定量马达 布局４：电控发动机＋双联双向变量泵＋双向 变量马达 （见图４）。液压系统复杂，通过自动控 制系统，能实现履带向自动控制和无人化方向发展 的要求，能实现履带的无级速度控制和无级转向控 制。该系统能够改善履带的动力性、降低发动机排 放污染、减少履带行走冲击、提高行走安全性。目前 还在探索阶段中。 履带 履带 图４ 电控发动机十双联双向变量泵＋双向变量马达 根据目前煤矿工作环境的特点分析，笔者认为 布局１和布局４由于条件和结构，一般不采用。 布局２由于其复杂性，对钻机维修和使用都不是很 方便。布局３系统结构简单，可操作性强，实用性 广，但是其成本比较高。由此，我们采用了一种适合 煤矿用液压钻机履带行走的新型液压系统，其特点 是成本比较低，结构简单，可操作性强。 ２ ＺＤＹ４０００ＢＬ型履带式全液压钻机液压系统 ２．１方案及原理 考虑钻机的使用安全性和经济性，ＺＤＹ４０００ＢＬ 型煤矿用履带式全液压钻机的履带行走液压系统采 用的是一种使用安全、简单和经济的方案（见图５） 。 从原理图可以看出，该方案的履带工作传动路 线为：电机一变量泵一单向阀一多路换向阀一分流 阀一多路换向阀一左右履带马达。 多路换向阀１６由比例先导阀ｌ５控制。 比例先导阀１５的压力油由单向阀（即背压阀 ９）产生，能实现履带的前后行走比例控制。通过控 图５ ＺＤＹ４００ＯＢＬ型全液压钻机履带行走液压系统原理图 １一电机；２一变量泵；３一截止阀；４一吸油过滤器；５一液位 液温计；６一空气滤清器；７一回油过滤器；８一冷却器；９一单 向阀；１０、１２一压力表；１１一多路换向阀；１３一工作马达； ｌ４一分流阀；１５一比例先导阀；１６一多路换向阀；１７、１８一履 带左右马达 制多路换向阀１６的开口大小，实现履带前进、后退、 转弯、原地３６０。旋转、单边３６０。转弯。 分流阀１４的油由多路换向阀１１的最后一片阀 供给，最终通过多路换向阀１６传递给履带左右马 达。通过分流阀能实现左右履带行走快慢一致，基 本能保证履带前后行走直行。 履带马达双向平衡阀１７、１８，能实现履带在斜 坡上长期停留制动。 ２．２方案分析 由原理图（图５）可以看出，该系统是一个采用 手动变量泵的典型容积调速回路。系统采用排量大 小可以调节的轴向柱塞泵，能够满足履带行走马达 快慢的调节，以适应各工况的工作条件。同时系统 采用了分流阀，能保证左右履带马达在工况条件不 一致的条件下供给流量的一致性，保证履带能够直 线行走。同时履带能原地旋转３６０。，保证能在各种 工况条件下使用。 该方案与上述布局形式相比，具有结构布置简 单，可通过性、可操作性强，生产成本低的特点，能够 满足煤矿井下行走的要求。 ２．３液压元件的选择 液压系统中的主要元件包括柱塞变量泵、履带 马达、单向阀、多路换向阀、比例先导阀、分流阀、过 滤器等，其中变量泵和履带马达需要根据钻机的整 体性能要求，通过设计计算相应参数进行选择，而其 他液压元件的选择，可以在满足需要的条件下，按照 尽量节约成本的原则直接进行选取。 ２０１２年第３９卷第５期 探矿工程（岩土钻掘工程） ４１ ２．３．１履带马达的选择 根据ＺＤＹ４０００ＢＬ型煤矿用履带式全液压钻机 的设计行走参数（牵引力和行走速度） ］，进行履带 马达的选型。 ２．３．１．１ 牵引系数∈ 牵引系数专由下列计算公式得出： ＝ ＋ １＋ ２＋ ３＋ ：０．０８＋０．２５＋０．３＋０．２＋０．３ ＝１．１３ 式中： 一滚动摩擦系数， ＝０．０８； ——爬坡度系 数， ＝０．２５； ——滑移转向系数， ＝０．３； —— 加速度系数， 。＝０．２； ——附加系数， ＝０．３。 ２．３．１．２牵引力 牵引力由下列计算公式得出： ＦＰ＝聪＝３０００ Ｘ９．８ Ｘ １．１３＝３３２２２ Ｎ 式中： 一钻机质量， ＝３０００ ｋｇ； ——牵引系 数， ＝１．１３。 ２．３．１．３驱动转矩 驱动转矩由下列计算公式得出： Ｔｏ＝Ｆ。ｒｋ＝３３２２２×０．１６５＝５４８１．６３ Ｎ・ｍ 式中：Ｆ ——牵引力，Ｆ ＝３３２２２ Ｎ；ｒｋ——履带驱动 轮半径，ｒｋ＝０．１６５ ｍ。 ２．３．１．４行走马达排量 行走马达排量由下列计算公式得出： ’舯 Ａｐｎ＝ １７ Ｘ０ ９＿１１２５ ……… ｍｍ ． 式中： ——单个马达的驱动转矩， ＝ ／２＝ ２７４０．８１５；Ａｐ——马达压差，ａｐ＝１７ ＭＰａ；叼 —— 马达机械效率，叼 ＝０．９。 选取履带马达型号为ＩＫＹ２．５Ｂ一１２００Ｄ１２０２。 马达的总排量１１４６ ｍＬ／ｒ，转速范围１～９０ ｒ／ｒａｉｎ，额 定压力２０ ＭＰａ。 ２．３．２液压泵的选择 液压泵的排量由钻机的主参数选择。 ２．３．２．１ 马达转速凡 马达转速由下列计算公式得出： 一 一 一Ｑ 鱼 ２订 ｋ一２ｖ×０１６５ ＝４０．２ ｒ／ｒａｉｎ ．式中： ——履带行走速度， ：２．５ ｋｒｎ／ｈ；ｒｋ——同 上。 ２．３．２．２变量泵的排量ｑ 变量泵的排量ｑｐ可按下式计算…： ｍ ｑｍ叼ｖｍ ｑ ‘— ４０．２ ｌ１４６ Ｘ２ Ｘ０．９７ １４８０ ０．９７ ＝６２．２６ ｍＬ／ｒ 式中：ｎ ——变量泵的转速，ｎ ＝１４８０ ｒ／ｍｉｎ； ７７ ——马达的容积效率，叩 ＝０．９７；叩 ——液压泵 的容积效率，叼 。＝０．９７；ｎ 、ｑｍ——同上。 选择液压泵为Ａ７Ｖ８０。液压泵的排量２３．１～ ８０ ｍＬ／ｒ，最高工作压力３５ ＭＰａ。 ２．３．３其余阀和液压附件 按照压力、流量大小选择，多路换向阀为 ＺＬ２０Ｈ—Ｙｗ．ＯＷ（１／２）．ＹＷ（１／２）；分流阀为 ３ＦＪＨＺ—ＩＡ０—１６０Ｈ；其余阀和液压附件按压力和流 量选取 。 ３履带行走试验 ＺＤＹ４０００ＢＬ型煤矿用履带式全液压钻机试验， 在我公司的萧山工业园区附近的泥石路上进行，试 验进行了高、低速行走速度测定，以及爬坡行走、直 线前进、直线后退和转弯。具体测试数据为：低速度 ０—０．９ ｋｒｎ／ｈ；行走系统油路压力１０ ＭＰａ；高速度０ ～２．５ ｋｍ／ｈ；行走系统油路压力１５ ＭＰａ；行走直线 度（１００ ｍ偏移量）０．５ ｍ；原地与单边旋转３６０。；爬 坡能力２０。。 ４ 结语 本文以ＺＤＹ４０００ＢＬ型煤矿用履带式全液压钻 机为研究对象，设计了能适应煤矿用履带行走的液 压系统。试验数据表明，该系统可操作性强，系统传 动简单，维修方便，能较好地满足履带在煤矿井下行 走的工作条件。 参考文献： ［１］ 张领辉，张朋飞，唐守生，等．基于液压传动的履带车辆控制策 略研究［Ｊ］．车辆与动力技术，２０１０，（１）． ［２］ 冯德强．钻机设计［Ｍ］．湖北武汉：中国地质大学出版社， １９９３． ［３］ 王中玉，肖宏儒．履带自走式高地隙茶园管理机液压系统设计 ［Ｊ］．中国农业化，２０１０，（５）． ［４］ 雷天觉．新编液压工程手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社， １９９８． ［５］曹付义．履带拖拉机差速转向机构性能分析［Ｄ］．河南洛阳： 河南科技大学，２ｏ０３．
