ZDY3200Q全方位液压钻机液压系统设计

张 伟

（宁波星箭航天机械有限公司，宁波 315010）

充分考虑目前市场对钻机的需求以及我公司的实际情况，我公司开发研制了ZDY3200Q全方位液压钻机，不仅满足目前市场上ZDY3200S全液压巷道钻机的性能，而且在钻孔角度、模块化设计、结构新颖等方面都要优于市场上现有同规格产品[1]。

1 ZDY3200Q全方位液压式坑道钻机主要参数

（1）回转：额定转速50～175r/min；额定转矩3200～850N·m；减速比7.9。

（2）给进：最大输出扭矩12033Nm，最大负载时转速6.5r/min，空载给进时最大转速19.5r/min，减速比24。

（3）升降：扭矩120Nm，主机升高需转动圈数48r，时间0.5min。

（4）摆动缸：从0°到90°所需时间0.5min，油缸容积1.65L。

2 ZDY3200Q全方位液压钻机液压系统原理图

图1 ZDY3200Q全方位液压钻机液压系统原理图

3 液压系统计算

3.1 钻机液压系统压力的选定

根据现在市场上常用同系列钻机的实际工作情况，本钻机液压系统压力为22MPa，回转马达的额定工作压力为18MPa，给进起拔马达额定工作压力为16MPa，摆动缸额定工作压力17MPa，升降马达额定工作压力10MPa。

3.2 钻机液压系统所需主要元器件的计算选型3.2.1 回转马达参数的计算

由钻机的额定转速n1为50～175r/min，额定转矩T1为3200～850Nm，传动比i为7.9，可计算出回转马达的最小转速n2min、最大转速n2max以及输出的最大转矩T2max分别为：

n2min=50×7.9=395r/min；

n2max=175×7.9=1342.5r/min；

T2max=3200÷7.9=1405N·m。

回转马达的排量：

其中，ΔP是回转马达进、出口压力差，取ΔP=18MPa；ηnm=0.9是回转马达的机械效率。

回转马达所需流量：

其中，ηv1=0.95是回转马达的容积效率。

为实现马达的最大转速，马达排量需要可调，因此马达的最小排量为：

根据计算的马达的排量范围，马达的选取型号为：A6V160MA2FZ2。

3.2.2 给进起拔马达参数计算

给进起拔马达最大负载时需输出的转速为n3=6.5×24=156r/min，转矩为T3=12033÷24=501.4Nm，因此，给进起拔马达的排量为：

其中，ΔP是给进起拔马达进出口压力差，取ΔP=16MPa，ηnm=0.9是给进起拔马达的机械效率。

由此计算出马达所需最小流量为：

q3=n3×V3÷ηv2=156×218.7÷0.95=35912.8mL/min=35.9L/min

其中，ηv2=0.95为给进起拔马达的容积效率。

此工况下进入给进起拔马达的液压油全部由副泵提供。

因此，给进起拔马达选用型号为：6W-245。

3.2.3 主泵的计算选择

在钻机液压系统中，主泵主要给回转马达供油，主泵压力为：PP=P+∆P=18+1=19MPa。

其中，∆P为主泵出口到回转马达进油口之间的管路以及各种元件的压力损失。

因为在工作过程中进入夹持器和液压卡盘的液压油流量可以忽略不计，所以主泵流量：qp=65.3L/min。

因此，根据压力流量选取主泵的参数：

额定排量：Vm1=653×1000÷1480=44.1mL/r；

额定压力：Pm1=19MPa。

3.2.4 副泵的计算选择

在钻机液压系统中，给进起拔马达所需液压油主要由副泵提供，副泵压力为：PP=P+∆P=16+1=17MPa。

式中，∆P为副泵出油口到给进起拔马达进油口之间的管路以及各种元件的压力损失。

因为在工作过程中进入夹持器和液压卡盘的液压油流量可以忽略不计，所以副泵流量：qp=35.9L/min。

因此，根据上面计算数据，副泵的参数如下：

额定排量：Vm2=35.9×1000÷1480=24mL/r；

额定压力：Pm2=17MPa。

先导泵只用来向液控换向阀提供3.5MPa的先导压力，控制换向阀的换向，对流量基本没有要求，因此，选4mL/r的小齿轮泵为先导泵[2]。根据计算结果所选三联泵型号为CBY3050F/2025F/CBKK1004F-B2FL。

3.2.5 转向器、升降马达的计算选型

（1）由已知条件可计算出摆动缸工作时所需流量为：

q=1.65÷0.5=3.3L/min

暂取转向器的转速为60r/min，因此所需转向器的排量为：Vm=3.3×1000÷60=55mL/r。

（2）由已知条件可计算出升降马达所需排量：

马达额定转速：n=78÷0.5=156r/min；

马达所需流量为：Q=Vm×n=83.7×156=13057.2mL/min；则，所需转向器的排量为：

为满足摆动缸和升降马达的需求，转向器排量选择标准排量：250mL/r,型号为BZZ3-250；升降马达型号：1QJM001-0.1。

3.2.6 电动机参数计算选择

在本钻机液压系统中，三联齿轮泵通过防爆电动机带动，电机功率为三联泵所需功率之和，取电机的转速为n=1480r/min。

则主泵流量为：qp1=65.3L/min；

主泵的功率：Q1=qP1×Pm1=65.3×19÷60=20.7kW；

副泵流量为：qp2=35.9L/min；

副泵的功率：Q2=qP2×Pm1=35.9×17÷60=10.2kW；

电动机的输出功率为：

式中，ηp=0.81为液压泵的总效率，是泵的容积效率和机械效率的乘积。

因此，所选电动机型号为：YBK2-225M-4。

4 结束语

该全方位液压钻机研制成功后，在某煤矿企业井下顺利完成为期半年的井下试验[3]，性能良好，深的用户好评。目前该型号钻机已取得相关资质证书[4]，并在市场上批量使用。