矿用钻机液压回路行程开关与节流孔的设计

2013-09-13丁永成

机电产品开发与创新 2013年4期

丁永成

（中煤科工集团太原研究院，山西太原 030024）

0 引言

煤巷锚杆支护是近年来发展较快的一种井巷支护方式。改善支护效果、降低支护成本，加快支护效率，减小劳动强度等方面受到世界各产煤国的重视[1]。锚钻是煤矿钻机的重要功能，自动打钻可以实现自动化的打钻作业，操作简单方便，省时省力，在煤矿钻机中得到广泛应用。本文设计了一种液压回路，实现自动打钻作业，当钻机运动到行程终点时，通过设计行程开关和节流孔的匹配，实现运动到行程终点时的自动停止。

1 钻机液压回路工作原理的介绍

钻机液压回路如图1所示，液压回路可以实现钻箱的自动旋转和自动上升。当自动旋转换向阀换向后，压力油会经过换向阀到单向阀1，然后控制方向阀3 和6换向，方向阀3 换向后，高压油液会通过换向阀3 到达钻箱入口，此时钻箱的马达会自动旋转。由于自动旋转是自动复位机能，故不能持续向单向阀1 提供控制液，通过换向阀8 建立控制回路，保证钻箱马达持续旋转。在需要停止马达旋转时，行程开关换向阀7 换向，马达旋转的高压油就会使液控阀4 换向，把换向阀3 和6的控制回路通回油箱，换向阀3 复位，马达停止旋转。同时换向阀6 也会复位，停止向控制回路补油。

图1 钻机液压回路原理图

2 节流孔结构设计

节流孔大多是起调速作用，根据元件的安装位置不同，分为进口节流调速，出口节流调速和旁路节流调速。但实际调速回路中，受液压系统流量、压力、温度以及工作平稳性的要求，对流量调节的要求也不一样。常用的调速方式有节流调速、容积调速、节流容积调速。

节流孔分为薄壁小孔和细长孔。其主要区别是：薄壁小孔沿程阻力损失小，流量基本不受粘度的影响，对油温的变化也不如细长孔敏感，且不容易堵塞；加工工艺上，薄壁小孔也比细长孔更容易加工[2]。本系统选用薄壁小孔用于节流调速。

本液压系统中节流孔应用在集成块中，为了便于安装和加工，节流孔的结构设计如图2所示，在一个螺塞内加工一个对边为5mm的内六方插孔，在内六方的底

图2 节流孔结构图

部钻一个小孔，根据系统的具体要求，配置的有φ1.5mm、φ1mm、φ0.4mm、φ0.25mm 等规格的节流孔。

3 行程开关阀参数

行程开关阀选择DANFOSS 生产的BC10 系列行程开关阀。压力350bar；流量40L/min。为了保证开启时间，选择行程H为2mm，其特性曲线如图3所示。

图3 行程H 特性曲线

4 行程开关阀与节流孔匹配计算

行程开关的开启时间：式中：Hxc—程开关的调节范围，此处取2mm；vxc—行程开关的速度，取42.4mm/s、127mm/s 两个值。

代入数值，可得钻箱以最快速度运行时：

当钻箱以正常速度运行时：

即要求φd=0.4mm时，提供的流量必须在上述行程开关开启时间内完全释放。阀6 前置节流孔可提供流量是9.92cm3/min，换算成换向阀4 需要的相应的流量为：

其中：Vh4—阀6 前置节流孔的流量，此处取9.92cm3/min；txc—行程开关的开启时间，取 0.016s、0.047s 两个值。代入数值，可得当txc=0.047s时：

当txc=0.016s：

节流孔4 在直径φd3=0.4mm时，产生的泄漏量为6.59cm3/min≥6.56cm3/min，考虑到管道本身的容腔体积可吸纳一部分泄漏量，故可以使之不发生误动作，虽然φd2=1.0mm 和φd1=1.5mm的节流孔也可满足，但还需要考虑与其它处节流孔的匹配。所以选节流孔2的直径为0.4mm。系统液压回路应用于锚杆钻机系统中，自动打钻系统操作简单，稳定可靠。