(一)功用
1)用以完成主轴的上升、下降、停止,钻机移动,松开卡盘,拧卸钻杆等工作。
图4-63 XY-4型钻机机架
1—挡铁;2—右机腿;3—前机架;4—机座;5—左机腿;6—防护罩;7—移动油缸;8,9,13—压板;10—后机架;11,12—调整垫;14—调整垫
2)可实现钻进过程中的加压、减压钻进和强力起拔等工艺要求。
3)可以控制立轴下降速度。系统中的油压由压力表反映,钻进压力、加减压力值及钻具质量由钻压表反映,如图4-64所示。
(二)液压系统的组成
XY-4型钻机的液压系统由以下四部分组成:
1)动力机构。由齿轮式油泵构成,它是液压系统的“心脏”液压能的动力源。
2)控制机构。控制和调整系统内油液的压力,流量和方向,将液压能分配给各执行机构。由液压操纵阀,可调节流阀等组成。
3)执行机构。将液压能转换为机械能(往复和旋转运动),由油缸,液压马达等组成。
4)辅助装置。由油箱、过滤器、油表、油管、接头等组成。
(三)液压传动系统工作原理
1.钻机前后移动
如图4-65所示,由手动控制弹簧复位三位六通换向阀与钻机前后移动油缸等构成了钻机移动回路。其工作原理是:油液由油箱经过滤器通过油泵获得液压能,压力表反映系统压力,用溢流阀控制系统压力并实现过载保护。换向阀各位置工作状况如下:
图4-64 XY-4型钻机液压传动系统组成图
1—油箱;2—阀门;3—接头螺钉;4—接头体;5—单联齿轮泵;6,7,8—接头螺钉;9—接头体;10—ZFS四联多路换向阀;11—螺帽;12,13—接头螺钉;14—回油接头体;15—给进油缸下油管;16—接头体;17—给进油缸上油管;18—给进控制阀;19—钻压表;20—接头螺钉;21—接头体;22—直通接头;23—液控单向阀;24—D型胶管接头;25—C型胶管接头;26—压力表
图4-65 XY-4型钻机液压系统
1—压力表;2—单向阀;3—油泵;4—过滤器;5—油箱;6—溢流阀;7—钻机前后移动操纵阀(三位六通);8—备用操纵阀(三位六通);9—卡盘松紧操纵阀(三位六通);10—立轴升降操纵阀(四位六通);11—给进控制阀(节流阀);12—三通换向阀(梭阀);13—钻压表;14—立轴油缸;15—液压卡盘;16—单向阀;17—钻机前后移动油缸(单出杆油缸)
1)处于第二位置(零位)时,压力油经常态回油道直接流回油箱,此时钻机处于停止状态。
2)处于第一位置时,常态回油道封闭,压力油进入移动油缸左腔,油缸体左移并带动钻机左移(后退);油缸右腔油液经回油道流回油箱。
3)处于第三位置时,常态回油道封闭,压力油进入移动油缸右腔,油缸体右移并带动钻机右移(前进),油缸左腔油液经回油道流回油箱。
2.松开液压卡盘
由卡盘松紧操纵阀与液压卡盘内油缸等构成液压卡盘松紧回路。由于该钻机液压卡盘采用碟形弹簧卡紧,液压力松开的方式,所以只需一条工作油路,而另一条油路接在液压拧管机的供油路上。换向阀各位置工作状况如下:
1)处于第二位置时,压力油经常态回油道直接流回油箱,此时处于停止状态。
2)处于第一位置时,常态回油道封闭,压力油进入卡盘环形油缸,推动活塞下移,压缩碟形弹簧,卡盘松开。
3)处于第三位置时,压力油进入拧管机供油路,此时拧管机即可工作,同时卡盘油缸内油液卸荷,碟形弹簧复位,卡盘卡紧。
3.立轴的下降、停止、上升与称重
由立轴升降操纵阀、立轴升降油缸(给进油缸)及给进控制阀等构成立轴给进回路。换向阀各位置工作状况如下:
1)处于第二位置时,压力油经常态回油道直接流回油箱,立轴处于停止状态。
2)处于第一位置时,常态回油道封闭,压力油进入给进油缸上腔,推动活塞下移,立轴下降;给进油缸下腔油液与回油道接通,流回油箱。下腔油路上串联着给进控制阀,可以调节油缸下腔回油量,从而控制立轴下降速度,实现加、减压钻进。
3)处于第三位置时,常态回油道封闭,压力油通过给进控制阀之单向阀进入给进油缸下腔,推动活塞上行,立轴上升;油缸上腔油液与回油道接通卸荷。
4)处于第四位置时,常态回油道的油道封闭,油缸上腔开始卸荷,由于油缸下腔处于封闭状态,下腔油压力与钻具质量相平衡,从钻压表上可读出钻具在孔内的质量值,油泵输出的压力油克服溢流阀弹簧压力顶开阀心流回油箱。
(四)主要液压元件的构造
1.油箱
油箱的用途主要是储油、散热、分离油中的空气和沉淀杂物等。
XY-4型钻机油箱为开式,容量为40L。装于钻机前机架的右侧。其构造如图4-66所示。
油箱由钢板焊接制成,中间用带孔的隔板分成回油沉淀和吸油两个工作室,可消除泡沫,沉淀杂物,冷却油液。油箱上端有加油口及过滤网,透气孔等,油箱侧面有圆形油标,用于观察油面高度。
2.油泵
该系统采用外啮式齿轮油泵,型号为CB33/80。其主要技术参数如下:
图4-66 XY-4型钻机油箱
1—接头组件;2—接头;3—盖板;4—胶垫;5—加油口盖;6—加油口;7—过滤板;8—后提手;9—回油管接头;10—箱体;11—观察口;12—镜片;13—胶垫;14—垫圈;15—油标板;16—前提手;17—隔板;18—接头;19—过滤器
工作压力8MPa;最高压力12MPa;转速1500r/min;排量33L/min;容积效率70.95;进油管丝扣尺寸G7/8in;排油管丝扣尺寸G3/4in。
油泵传动装置如图4-67所示。主要由三角皮带轮、轴承、油泵座、传动轴及橡胶油封等组成。传动轴一端以平键连接三角皮带轮,另一端则以两副207轴承装于油泵座内孔。齿轮泵轴的外花键插于传动轴的内花键中,从而避免三角带传动过程中的拉力直接作用在油泵轴上。
图4-67 油泵传动装置
1—B型三角皮带;2,10—弹簧垫圈;3,9—六角头螺栓;4—纸垫;5,6—衬套;7—传动轴;8—207轴承;11—油泵座;12—压注油嘴;13—橡胶油封;14—密封螺塞;15—衬套;16—三角皮带轮;17—平键;18—止退垫圈;19—圆螺母
3.液压操纵阀
液压操纵阀是钻机液压传动系统的控制中枢,属集成式一组多路换向阀。如图4-68所示,主要由调压溢流阀、钻机移动控制阀、卡盘及拧管机控制阀、立轴给进控制阀和回油侧盖五部分组合而成。下面分别介绍各阀的构造及工作原理。
图4-68 XY-4型钻机液压操纵阀
1—微调手轮;2—圆锥销;3—拨环;4—手轮套;5—密封圈;6—调压螺杆;7—防转销;8调压螺母;9—限位套;10—调压套筒;11—限位螺母;12—密封圈;13—调压溢流阀壳体;14—调压弹簧;15—调压阀体;16—阀座;17—螺母;18—弹簧座;19—弹簧;20—弹簧罩;21—弹簧压板;22—密封盖;23—内六角螺钉;24—定位器体;25—内六角螺钉;26—定位套筒;27—定位钢球;28—锁紧弹簧;29—回油后盖;30—连接螺杆;31—连接板;32—垫圈;33—销;34—操纵杆座;35—快速增压手柄;36—拨叉;37—操纵杆;38—立轴给进控制阀杆;39—卡盘及拧管机控制阀杆;40—钻机移动控制阀杆
(1)调压溢流阀
该阀由微调手轮、快速增压手柄、调压螺杆、调压螺母调压弹簧、调压阀体及阀座等组成(图4-68)。阀体与阀的圆锥结合面经相互研磨有良好的密封性能,在调压弹簧张力的作用下,将压力油道P和回油道O隔开。一旦系统压力升高至限定值,即可克服弹簧张力顶开阀体,压力油便经阀座孔油道O2流回油箱。
调压溢流阀压力值是由调整弹簧张力的大小而实现的,既可微调,也可速调。微调手轮及套用圆锥销与调压螺杆连接为一体,螺杆前端左旋螺纹与调压螺母相配合,螺母上固定有防转销,调整弹簧装在阀体与调压螺母之间,正时针旋转微调手轮,调压螺母向前移动压缩弹簧,增强对阀体的压力,则调压阀压力增高;反之压力减小。为使系统压力不超过最大值,在调压筒内装有限位套并用限位螺母限位。这就限制了调压螺母的移动距离,同时也限制了弹簧对阀体的最大压力,从而实现控制系统压力的目的。在钻机操作中,有时需要液压系统快速增压,为此特装有快速增压手柄,并以销轴支撑在调压套面上,其前端拨叉卡在拨环上,拨环又套在手轮上,所以扳动手柄时,通过手轮套、圆锥销、使调压螺杆迅速前移而压缩弹簧,达到快速增压目的。松开手柄后,弹簧复位,恢复到原调压值。
(2)钻机移动控制阀
该阀主要由钻机移动控制阀杆、阀壳和复位弹簧等构成(见图4-68)。阀壳通孔中配装有带四段柱塞的阀杆,阀杆头部装有弹簧,弹簧压板等零件,并用密封盖罩住。阀杆底部的螺旋孔旋入阀杆接头,以锁母锁紧,阀杆接头的销轴连接操纵杆座,此座用连接板铰链连接于密封盖支架上,座孔中插入操纵杆,扳动操纵杆时,阀杆即在阀体中滑动,同时压缩弹簧,扳动力消失后靠弹簧张力使阀杆复位。
液压操纵阀总成内共有5条油道,中间是由压力油道P和回油道O直通连接的常态回油道;P1P2为压力油道;O1O2为卸荷油道;在移动控制阀片中有两个接执行油缸的工作油孔A1B1,其中A1接移动油缸后腔;B1接前腔,滑阀杆移动时,当其中一个工作油孔接通压力油道,另一工作油孔即接通卸荷油道,从而形成钻机前后移动回路。
(3)液压卡盘及拧管机控制阀
该阀构造除定位装置与钻机移动控制阀不同外,其他部分完全相同(图4-68)。定位装置由定位套筒,定位钢球和锁紧弹簧等组成。定位套筒用内六角螺钉拧在阀杆头部,其上有三道环形凹槽。在定位器体上也开有环形凹槽,槽内均布8个小孔,孔中装有定位钢球、其外用锁紧弹簧压住,当定位套筒的凹槽与定位钢球相对时,即被钢球卡住而实现定位。阀内油道A0与液压卡盘的环形油缸接通,B0与液压拧管机的供油路接通。
(4)立轴给进控制阀
该阀的定位装置与液压卡盘及拧管机控制阀相似,只是多了一个阀位(图4-68)。阀中油道A0通给进油缸上腔;油道B0通下腔(油路流通状况见本节液压系统工作原理叙述)。钻具称质量时将滑阀杆下移到极限位置,使柱塞将油道B0封闭,柱塞将常态回油道封闭,A0—O0相通,此时处于油缸上腔卸荷,下腔封闭状态。
4.给进控制阀
给进控制阀为一单向可调节流阀。主要由球阀(单向阀)、针阀(节流阀)、阀体及手轮等组成,其构造如图4-69所示。
图4-69 给进控制阀
1—管接头;2—球阀;3—针阀;4—阀体;5—手轮;6—锥销;7—弹簧;8—螺塞
当给进油缸活塞下移时,油缸下腔油液迫使球阀关闭,油液只能从针阀的环形间隙中流出,回油量的大小可通过转动手轮使针阀轴向移动,从而控制立轴的下降速度。加压钻进时,可使针阀全部开启以降低回油阻力。减压钻进时应根据工艺要求控制针阀开启大小,以保持立轴下降速度均匀。
立轴上升时,油液从右侧油孔进入而顶开单向阀从下油口流出,直接进入给进油缸下腔,活塞快速向上移动,完成倒杆作业。
5.限压切断阀
该阀串联在三通换向阀与钻压表之间(图4-70)。主要由接头、阀体、阀芯、弹簧、调节螺丝等组成。接头接高压油道,上螺孔接钻压表,当液压油超过限定值时,阀芯大端承受的压力超过弹簧张力,于是阀芯压缩弹簧而右移,其锥面将油道封闭,油压不能传递到表内从而保护钻压表不受损害。
图4-70 限压切断阀
1—接头;2—垫片;3—阀体;4—阀芯;5—弹簧座;6—弹簧套;7—弹簧;8—调节座;9—调节螺丝
6.三通换向阀
该阀在液压传动系统中的位置见图4-65,其作用是接通给进油缸上腔或下腔与钻压表之间的高压油道,同时封闭低压道与钻压表的通路。其构造如图4-71所示,主要由阀体、管接头、阀等组成。当给进油缸上腔为压力油,下腔卸荷时,阀右移,b和c接通,a孔封闭,钻压表反映加压钻进读数,反之a和c接通,b孔封闭,钻压表反映减压钻进读数。
图4-71 三通换向阀
1—阀体;2—管接头;3—密封圈;4—管接头;5—阀;6—螺钉;7—管接头;a—给进油缸下腔接口;b—给进油缸上腔接口;c—限压切断阀接口
7.压力表和钻压表
(1)压力表
压力表为1.5级的标准簧管式表,最大压力为16MPa。该表装于油泵与液压操纵阀之间(在液压系统中的位置见图4-65之1),用以观察整个液压系统工作压力,亦可判断各元件在工作过程中的故障,以便及时排除隐患。其构造如图4-72所示。
其工作原理是:当压力油从进油孔进入弹簧管后,在压力油作用下簧管由于变形而使自由端产生位移,此位移通过扇形齿轮及齿杆带动指针旋转,当油压产生的作用力和簧管变形而产生的弹性力相平衡时,指针便停留在某一固定位置。利用静盘及动盘上的刻度,就可以反映出钻进时的加压值、平衡钻具质量值或钻具称重值。此种压力指示器因簧管容易产生永久变形,且抗冲击、震动性能差,故使用寿命较短。
(2)钻压表
钻压表又称孔底压力指示器,在液压系统中的位置见图4-65之13。此表是用外经为100mm最大压力为9.8MPa的1.5级普通簧管式表改制而成的。表的接头处装有缓冲装量。该表并联在给进油缸油路上,反映出给进油缸压力腔的压力,从而测出钻具质量及加压和减压钻进值。
目前国内常用的孔底压力指示器主要有两种类型:簧管式和柱塞式。XY-4型钻机采用的是簧管式孔底压力指示器。钻压表构造如图4-72所示,表盘有静盘、动盘,静盘上有顺时针方向从0～10t(即100kN)的总刻度值。每吨刻度分为5小格,即每小格0.2t(2000N)。静盘上各刻度值是以压力表相应压力乘以两个给进油缸圆面积得出的,动盘有旋钮突出表面,可以旋转记数。动盘上有加压和减压两种刻度,加压刻度为红色,从0～4t(40kN)按顺时针方向增加,其刻度值是以压力表相应压力乘以两个油缸上腔活塞面积减去活塞杆断面后的面积得出的。减压刻度是黑字,从0～7t(70kN)按逆时针方向增加,其刻度原理与静盘相同。
图4-72 钻压表构造
1—进油孔;2—簧管;3—静盘;4—动盘;5—有机玻璃罩;6—指针
钻压表使用方法如下:
称重。将钻具提离孔底,将立轴给进控制阀手柄扳至“称重”位置,指针在静盘上指示的刻度值即是钻具质量。
加压钻进。当钻具质量小于钻进工艺所需要的钻压时,应给钻具附加一定的压力。操作时应首先将钻具质量称出,假设称出的质量为1t(10kN)而钻具压力需要2t(20kN)则需将动盘红圈上1t的刻度值对准静盘的零位,然后将操纵阀手柄扳到“下降”位置,顺时针调节溢流阀微调手轮,增加给进油缸上腔压力,使指针对准动盘红色刻度2t值时,即是钻压值。此时表盘各刻度数据的含义是,动盘加压(红色)刻度1t是钻具质量,2t是钻压,其差值1t是加压数。加压钻进表盘状态见图4-73a。
减压钻进。当钻具质量大于钻进工艺所需的钻压时,就应由给进油缸下腔形成一个向上的作用力以抵消一部分钻具质量。使其差值为钻压值。操作时应先称出钻具质量,若称出钻具质量为3.5t(35kN),而钻压只需要2t,应减去1.5t。此时应将钻压表上动盘黑圈3.5t的刻度值对准静盘上的“零位”并扳动操纵阀手柄至“上升”位置,顺时针凋节溢流阀调压手轮进行“减压”,增加给进油缸下腔油压。直至表针对准动盘黑圈(减压)上2t刻度。此时表盘各数据的含义是:动盘减压钻进刻度值3.5t是钻具质量,刻度2t值是钻进压力,静盘1.5t刻度值是减压差值。减压钻进表盘状态见图4-73b。
图4-73 钻压表加压、减压状态示意图
(五)液压传动系统操作使用注意事项
1)在钻进和提升过程中,不得板动钻机移动操纵阀手柄。
2)液压操纵阀各手柄不能同时板到工作位置,当一个手柄处于工作位置时,其他手柄应置于“停止”位置。
3)板动操纵阀手柄应迅速准确到位。不能用力过猛,避免出现压力冲击、蹩泵、拉坏定位装置和冲坏仪表。
4)松开液压卡盘时,应先将操纵阀扳到“松开”位量,后扳动溢流阀快速调压手柄至极限位置,卡盘卡紧时须放松快速调压手柄。
5)液压操纵阀各阀片之间出厂前已调整密封好并用螺栓紧固成一整体。在机台不准随意拆卸,以免影响正常工作和漏油。
6)各软、硬油管不得挤压、碰伤和发生扭转现象,油管曲率半径应不小于外经尺寸的7倍。
7)应使用规定牌号的液压油,注意保持油液清洁,防止油液中混入杂质污物。野外搬迁钻机,应将拧开的油管接头用干净软布堵死,防止杂质进入系统造成故障。
8)应定期检查油箱中油位高度,使其符合油标刻线。油液工作温度应保持在35～60℃。