声波钻机液压系统设计与研究
液压钻机液压系统设计开题报告
液压钻机液压系统设计一、选题的依据及意义前我国地质勘探、工程建设和农田水利等事业正在逐渐完善，对各种钻探设备勘探设备尤其是钻机提出了更多的要求。
现在市场上流行的钻机中，以液压的钻机为主，这些液压钻机在承担各种煤矿矿山爆破项目中起到了至关重要的作用。
但是我们通过调查和了解发现，随着现在生产建设项目的扩大，市场对上钻探的液压钻机的需求量正在逐步上涨，尤其是全液压钻机，市场前景非常乐观。
液压钻机的问世不仅对钻机这个行业有着非常重要的经济意义，同时也间接的推动了我国国民经济的发展，意义非常重大。
钻探是地质勘探工作的重要手段之一。
钻机是实现该手段的主要设备。
其基本功用是以机械动力带动钻头向地壳钻孔并采取岩石矿心。
钻机同时还是进行石油、工程地质钻探、天然气勘探及开采、水文水井钻探、等工程的重要设备。
钻机的技术性能要保证在施工中能满足合理的工艺要求，以最优规程达到预计的质量要求，维护保养简单容易，安装拆卸搬迁方便，节省能耗，具有低速大载荷的能力，利于快速钻进，钻进辅助时间短，钻孔施工周期短，体力劳动强度低等。
概括起来说，液压钻机要为好、快、省地完成钻探生产任务创造有利条件。
根据钻机的基本功用液压钻机具有如下特点：1.通过回转钻具等钻进方式将动力传给钻头，使钻头具有适合钻进规程需要的转速及调节范围，以便有效地破碎岩石。
2.能通过钻具向钻头传递足够并稳定的轴心压力，并有一定的调整范围，使钻头有效地钻入或压碎岩石。
3.能调整和控制钻头给进速度，保证连续钻进。
4.能完成升降钻具调整钻孔角度的工作，并能随着钻具重量的变化而改变提升速度，以充分利用动力机的功率和缩短辅助时间。
二、国内外相关研究简介（述）80年代末，四川石油管理局引进加拿大液压山地钻机CT2155型，通过测绘研制了DY230型山地全液压钻机。
90年代初成功地投入了山地地震勘探工作。
DY230型钻机具备了全液压无级调速和调压、空气洗井、空气泡沫洗井、泥浆洗井、回转切削、冲击方式或复合方式钻进的特点，可以根据不同岩层选择最佳转速、钻压和钻进方式。
ZDY3200S全液压钻机液压系统设计
ZDY3200S全液压钻机液压系统设计摘要：文章主要介绍了ZDY3200S钻机液压系统设计计算、工况分析、主要参数、液压原理及液压系统图。
关键词：工况分析；主要参数；结构特点1 ZDY3200S全液压钻机的主要参数根据市场调研，用户需求ZDY3200S全液压钻机的主要技术参数为：①回转参数。
转速范围：50～175 r/ min；扭矩范围：2300～850 N·m；主轴内径：75 mm。
②进给参数。
给进行程：600 mm；给进力：102 kN；给进速度：0～0.22 m/s；起拔力：70 kN；起拔速度：0～0.32 m/s。
③使用范围。
钻孔深度：350/100 m；终孔直径：150/200 mm；钻杆直径：63.5/73 mm。
2 液压系统的工况分析（负载与运动）ZDY3200S钻机的液压系统需执行三个功能回转、给进、夹持，三个功能分别由三个执行元件。
一个执行元件是液压马达，为钻机提供回转部分的转速和转矩；一个执行元件是液压油缸，为钻机提供给进部分的给进力和起拔钻具的起拔力；另一个执行元件也是液压油缸，是夹持器、卡盘部分，提供夹持钻杆的夹紧力。
①钻机的回转部分。
ZDY3200S钻机的回转为一档无级变速50～175 r/min，最大扭矩为3200 N·m。
在变量泵—定量马达的回路中液压马达的输出转矩为：Tm=Vm?驻pm?浊mm=Kml?驻pm=T （1）式中：Tm为液压马达输出转矩；?浊mm为液压马达机械效率；Vm为液压马达排量；?驻pm为液压马达进、出口压力差；Km1=Vm?浊mm常数（认为?浊mm是常数）。
式（1）为变量泵—定量马达容积调速回路的转矩特性方程。
因此在液压马达的输出部分连接了变速箱，回转传动经变速后输出。
参考西安ZDY3200S钻机可知，变速箱部分是无级一档变速，齿轮箱部分的传动比初步设计分别为i1=2.535和i2=2.56，所以i=i1×i2=6.489，则取i=6.489。
XY-4型钻机液压系统设计
指导教师审阅毕业设计全套资料
修改存在问题，准备毕业答辩所在专业审查意见： Nhomakorabea负责人：
年月日
院系意见：
院系领导：
年月日
5．本毕业设计（论文）课题工作进度计划
起迄日期
工作内容
2014年
2月10日~3月14日
3月15日~4月10日
4月10日~4月14日
4月15日~5月9日
5月10日~5月22日
5月23日~5月31日
6月1日~6月3日
6月3日~6月6日
调研
文献检索，撰写开题报告
系统分析，方案论证
设计计算，装配图设计
零件图设计
[3]韩广德.中国煤炭工业钻探工程学[M].北京:煤炭工业出版社,2000.
[4]鄢泰宁.岩土钻掘工程学[M].武汉:中国地质大学(武汉)出版社,2003.
[5]徐福玲，陈小明.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,2003.
[6]张赤诚.探矿工程液压传动[M].北京：北京地质出版社,1983.
[7]姜佩东.液压与气动技术[M].北京：高等教育出版社,2000.
[8]成大先.机械设计手册［M］.北京:化学工业出版社，2007.
[9]郭绍什.钻探手册［M]］.湖北武汉:中国地质大学出版社，2004.
[10]肖燕波，谭国平，彭儒金9立轴式岩心钻机设计开发的新思路［J］探矿工程(岩土钻掘工程)，2008.
3.1、开题报告约1500字，查阅文献15篇以上；
3.2、设计图纸A0（折合）3张，（CAD绘图）；
3.3、翻译与课题有关的外文资料，译文英文不少于5000单词；
3.4、设计说明书不少于10000字。
4．主要参考文献
钻机式采煤机液压系统研究
辅 助 ＋ 一 ＋ 一
一
前进 ＋ 一 一 上 一
后 退 ＋ 一 一 ⑤微调马达。 是为对
接或拆卸钻杆 ， 转动钻杆 自动锁方 向而设计 的两组调整机
该 系统 的工作状 况。该 系统在 状态 ： “ 一 ” 代表电 磁阀未接通．
项的作 用是 防止钻机在钻进过程 中钻机发 生移动。 ３ ． ３ ． ２辅 助状 态含 一组 风筒动作 、 一组托钻动作 、 一组 手动推进 动作 、 两组 抱爪动作和两组微调 动作 五个部位的 操作。为防止线路零乱多采用集成化布置。托钻 千斤顶与 手动推进共用一组集成块 ， 微调马达 １ 与 抱爪 千斤顶 １ 共 用一组集成块 ， 微调 千斤顶 ２ 、 抱爪千斤项 ２和微调 马达 ２ 共用一组集成块。 当进行辅助操作 时， 操作 台电控箱 转换 开关应拨至 “ 辅助 ” 位置。这时， 电磁 阀 Ｙ Ａ １ 、 Ｙ Ａ ３ 接通 。 其
油流 顺序为 ：泵 ３ ＿ ＋ 单 向阀 ６ ＿ ＋ Ｙ Ａ１ Ｙ Ａ ３ 一 支持各 千斤 顶动作 的各集成块和手动操作 阀。
① 托钻。 钻机钻 进一节钻杆 后 ， 操作托钻 手动操作 阀 ，
使托钻 千斤顶动作夹紧钻杆 自动锁使之打开 ， 退机钻杆 与
主机脱离。 ② 手动推 进。 钻 机在装卸钻杆 时 ， 为操作调 节方
Ｖａ ｌ ｕ ｅ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
・８ ７・
时卸荷 ， 均 装有不 同规格 型号液压锁。该系统包括 ： 工作 回 “ 支撑” 位置， 电磁 换 向 阀 Ｙ Ａ ２接 通 ， 阀芯上移 ， 油 流 方 向
路、 辅助回路、 支撑回路和停止（ 中位 卸载 回路 ） 。执行机构 的确定 ： 动作机构 除螺旋钻杆 是靠两台 ９ ０ Ｋ Ｗ 电动机 带动 两件摩擦式耦合器 ， 将动力传 向两台减速机 ， 带动螺旋钻杆 旋转和两台液压马达能够微动调节钻杆旋转外 ，其 它执行 机构均作往复直线运动， 由单活塞液压千斤顶直接驱动。 工作 回路 即推进油缸 实现 自动推进 或 自动 后退油路。 推进油缸实现动作 ， 在工作过程 中液压油进入推 进油缸缸 腔， 需油 量较 多 ， 因而采用 大流量 液压 锁（ ６ ０ Ｌ ／ ｍ ｉ ｎ） ， 且 系 统压力 已定 ，推进速度 要求 １ ２ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ，速度要 求相 对较 慢， 因而对速度 的平 稳性要 求较 高 ， 因此采用 回路节流 调 速回路 ，即有调 速 阀 １ ２来控制推进油缸前进和 后退的快 慢。推进油 缸后退时是液压油进入活塞杆腔 ， 相 对缸腔 空 间体 积较小 ， 因而前进速度相对后退速度慢。 辅助 回路 即实现换 接钻杆 给换接钻 杆创造 可换接 环 境 的油路。 工 艺要求其不工作 时 ， 处于 停止状态 ， 对其定 位 要求不高 ， 因而采用 中位回油机 能为 Ｍ 型 的手动换 向阀。 钻杆 的微动调 整通过安装在减速机上的液压 马达来 实现 ， 且 马达旋 向可逆 ， （ 两组马达可实现互换 ） ，由于 马达是 安 装在减 速机 上的 ， 钻机旋 转时 ， 马达随机 器一起高速旋 转 ， 造成 系统压 力油温升过高 ，易损 坏系统各处密封和 马达 ； 为保护马达 故在 马达和减 速机之间增加 超越离合器 ， 以实 现减速机旋 转时马达不随减速机旋转。 支撑回路 即实现钻机 随煤层 变化倾斜调 整稳 定钻机
钻机总体设计、液压系统设计说明书(机械CAD图纸)
1绪论图1.1 型钻机总图1. 固定架2. 夹持卸扣装置3. 孔口导向装置4. 80回转器5. 液压马达6. 73防松器7. 单重分流器(50通径)8. 推进架9. 滑架10. 变角机构11. 机架12. 转盘组件13. 步履机构14. 支撑组件图1.21.1 钻机主要用途钻机的各组成部分都采用了国内先进的组装技术，再加上合理的液压系统，钻机很好的成为一体，关键元件选用优秀可靠的产品，全部是由液压控制，表盘显示，操作灵活，大大提高了工作效率，满足了客户需要。
本产品属于履带式锚固工程钻机，整机重量小于5500公斤。
履带式锚固钻机适用于城市中基坑支护和控制建筑物位移的锚固工程。
本产品是整体式钻机，其中还配有步履机构和夹持卸扣器。
步履机构移动迅速，对中孔位置十分迅速。
夹持卸扣器可以自动拆卸钻杆和套管，这样大大提高了工作效率。
MDL-80D型履带锚固钻机性能十分稳定，工作效率高，具有多用性等特点。
它配和普通的钻头进行回转钻进；往往会在坚硬的岩层采用常规的球齿钻头，进行高速成孔；当在坚硬岩层等不稳定的地层，往往会采用跟钻具可进行钻进成孔，并增加了旋喷功能。
履带式锚固钻机主要有如下几大特点:1、钻机采用全液压的控制、操作灵活、移位方便、机动性好、省时、省力。
2、钻机回转器采用双液压马达驱动，输出扭矩大，回转中心较同类的产品低，大大提高了钻机钻孔的平稳性。
3、新型的变角机构使对孔更加的迅捷，可调节范围增大，并且可以降低对工作面的要求。
4、针对施工地区的地质特点，对钻机总体系统进行了优化，确保钻机在室外温度为40°C时，最打温度为75°C。
5、配有专用跟管钻进钻具（钻杆、套管等），成孔的质量好。
6、履带式锚固钻机主要适合于深基坑锚固支护，还可通过旋喷模块的更换，使钻机可以进行旋喷施工。
1.2、主要技术参数图1.3主要钻进方法：潜孔锤常规钻进、合金钻进、螺旋钻进。
1、钻孔直径（mm）：φ100～φ2102、钻孔深度（m）：60～1003、钻孔角度（°）：0～904、额定输出扭矩(Nm)：45005、额定转速（r/min，正反转）：Ⅰ档(低速档) 6 20 36 60 (输出扭矩4610 N.M)Ⅱ档(高速档) 12 40 72 120 (输出扭矩1767 N.M)6、额定提升力（kN）：607、额定给进力（kN）：308、给进行程（mm）：28009、滑移行程(mm)：90010、动力：电动机，30kW+11kW+1.5kW11、重量（kg）：600012、爬破角度：25°13、主机垂直状态：3200×2200×500014、主机水平状态：4800×2200×1900 (不装固定架)2 钻机的总体传动设计2.1、总体传动设计传动的类型有按工作原理分有机械式，电力式，流体式，磁力式；按运动方式分有定传动比、变传动比，变传动比又分为有级和无级以及周期性规律变化等。
全液压钻机液压系统的设计
全液压钻机液压系统的设计郑州勘察机械厂 张红军 魏永辰 王慧基 马占才 顾荣森KP3500型全液压转盘式钻机是我国第一代全液压特大口径工程钻机，钻孔直径可达3.5 m，深度120m。
该机在国内首先采用四泵双马达组成恒功率回路驱动转盘，并采用液压缸代替卷扬机，起重量大(可达1.2 MN)，速度快，升降平稳，还可以在必要时进行加压钻进。
该钻机1991年年底投入铜陵长江大桥使用，1992年通过建设部鉴定，此后又在广东虎门大桥、福建厦门海沧大桥、南京长江二桥、湖北荆沙长江大桥、浙江钱塘江三桥等国家重大工程中使用，因其效率高、工作平稳而受到施工单位一致好评，并荣获建设部科技进步二等奖和国家级新产品奖。
因此，设计适用可*的液压系统，对保证钻机的使用性能至关重要。
1 液压系统设计的基本原则利用国内外先进技术和成功经验，结合我国国情和钻机的具体使用要求。
力求简单和适用，尽可能地利用最少的液压元件来实现钻机所具备的各种动作。
这样，能够降低故障发生概率，提高能量利用率和钻机的可*性，降低工人劳动强度。
2 主油路系统2.1 调速方式和液压泵的选择液压系统的调速方式有无级调速和有级调速两大类。
无级调速具有调速范围大，能适应不同钻进工艺的要求，但是，变量控制回路和液压泵驱动机构较复杂。
KP3500型全液压钻机采用4台A7V160LV1R恒功率变量泵和2台2QJM62-6.3B低速大扭矩液压马达组成恒功率调速系统，把有级变速和无级变速结合起来，拓宽了调速范围，而且在调速时不需要节流和溢流，能量利用比较合理，效率高而发热少。
由于钻机施工地层情况复杂，负载多变，要求钻机能随负载的变化自动调节转速和转矩，而恒功率变量系统能适应负载工况的要求，即随负载的增加，系统能够自动降低转速，增大转矩。
并能最大限度地利用源动机的功率，达到最佳的钻进效果。
A7V160LV1R恒功率变量泵的工作特点正在于它的排量能随负载压力的变化自动调节，以保证输入功率接近恒定值。
液压钻机的液压系统设计设计603732
液压钻机的液压系统设计设计603732毕业设计液压钻机的液压系统设计摘要水平定向钻机铺管技术是目前应用最广泛的非开挖铺管技术之一，可用于穿越道路、河流、建筑物等障碍物铺设管线，具有快速、高效、不破坏环境及影响交通等突出优点。
在当今中国基础设施建设如火如荼的大环境下，拥有广泛的市场前景。
目前，对比与国外先进的水平定向钻机研发水平，我国的钻机研发还处于一个比较落后的水平，因此加快水平定向钻机的研发工作具有明显的社会意义和经济意义。
钻机的液压系统直接负责整机的控制和传动系统，直接影响到系统的各项性能指标，是钻机的关键技术。
本文叙述了水平定向钻机液压系统设计过程。
首先，比较详尽地描述了水平定向钻机的工作原理、各项性能指标、设计参数、结构组成，同时分析了各机构的工况和负载情况，为下一步液压系统的设计提供设计依据。
然后根据前面分析的结果，对液压系统进行设计，并合理选择各子系统的液压元件，最后，进行液压系统的性能验算。
本文设计的液压系统可以使发动机-液压系统的性能达到较好的状态，发动机功率利用率、液压系统传动效率以及钻机的作业效率也比较高。
关键词：水平定向钻机；液压系统设计；液压元件选择；性能验算AbstractHorizontal Directional Drill pipe laying technology is currently the most widely used technique for trenchless pipe-laying can be used across the roads, rivers, buildings, obstacles such as laying pipelines, with a fast, efficient, without damaging the environment and highlight the advantages of traffic. Infrastructure construction in China today in full swing environment, have broad market prospects. At present, the comparison with foreign advanced level of research and development of horizontal directional drilling, drilling rig in China is still in a backward R & D levels, accelerate research and development of horizontal directional drilling has obvious social significance and economic significance.Drilling machine hydraulic system is directly responsible for the control and transmission system, directly affect the system performance is the key technology of drilling rig. This paper describes the design of the hydraulic system of horizontal directional drilling process. First, more detailed description of the horizontal directional cobalt machine works, the performance indicators, design parameters, structure, and analyzes the various agencies working conditions and load conditions, for the next design of the hydraulic system design basis. Then the previous results of the analysis of the hydraulic system design, and a reasonable choice of hydraulic components of each subsystem, and finally, checking the performance of the hydraulic system. This design allows the hydraulic system of the engine - hydraulic system's performance to good condition, engine power utilization, rig hydraulic system transmission efficiency and higher operating efficiency.Key words: horizontal directional drilling; hydraulic system design; hydraulic component selection; performance calculation目录摘要 (I)Abstract (II)1. 绪论 (1)1. 1水平定向钻进铺管技术简介 (1)1. 1. 1非开挖技术简介 (1)1. 1. 2水平定向钻进铺管技术简介 (1)1. 2国内外水平定向钻机研发现状和发展 (2)1. 2. 1国外水平定向钻机的研发现状 (2)1. 2. 2国内HDD现状 (2)1. 3水平定向钻机液压系统 (3)1. 3. 1水平定向钻机液压系统简介 (3)1. 3. 2钻机液压系统的发展现状和趋势 (4)1. 4课题背景及论文主要工作内容 (4)1. 4. 1课题背景及来源 (4)1. 4. 2论文主要内容及各章安排 (5)2. 钻机结构及液压系统工况分析 (6)2. 1水平定向钻机的工作原理 (6)2. 1. 1水平定向钻进铺管过程 (6)2. 1. 2钻孔钻进原理 (7)2. 2水平定向钻机的结构特点 (8)2. 2. 1钻机的主要设计参数 (8)2. 2. 2钻机结构的主要组成部分 (10)2. 3钻机液压系统工况分析 (12)2. 3. 1钻杆旋转工况分析 (12)2. 3. 2动力头进退工况分析 (12)2. 3. 3钻具夹紧及拧卸回路工况分析 (14)2. 3. 4履带行走系统工况分析 (14)2. 3. 5支腿支撑回路工况分析 (15)2. 4本章小结 (15)3. 钻机液压系统设计 (17)3.1液压系统的构成和工作原理 (17)3. 2发动机选型和计算 (18)3. 3各液压子系统设计及液压元件选择 (20)3. 3. 1动力头回转系统设计及液压元件选择 (20)3. 3. 2动力头推拉系统设计及液压元件选择 (22)3. 3. 3 泥浆系统设计及液压元件选择 (23)3. 3. 4其他液压元件的选择 (24)4. 液压系统的性能验算 (27)4. 1液压系统压力损失 (27)4. 2液压系统的发热温升计算 (28)4. 2. 1计算液压系统的发热功率 (28)4. 2. 2 计算液压系统的散热功率 (29)4. 2. 3计算油箱散热量 (30)4. 3 计算液压系统冲击力 (31)5. 总结与展望 (33)5. 1研究总结 (33)5. 2研究展望 (33)参考文献 (36)致谢 (38)附录 (39)附录一、液压系统常见故障分析与排除 (39)1 液压系统故障诊断和排除 (39)2 液压元件故障诊断和排除 (47)附录二、译文 (57)1. 绪论1. 1水平定向钻进铺管技术简介1. 1. 1非开挖技术简介非开挖铺管技术是一种新型铺管技术，与传统的开挖作业相比，具有快速、高效、不破坏环境及绿化和不干扰。
液压钻机的液压系统设计_毕业设计精品
液压钻机的液压系统设计_毕业设计精品液压钻机是一种利用液压能量进行工作的设备，液压系统设计对于液压钻机的性能和工作效率具有重要影响。
液压钻机的液压系统设计需要考虑以下几个方面：液压系统的工作原理、系统的组成部分、控制方式、液压元件的选型和系统参数的计算与估算等。
首先，液压钻机液压系统的工作原理是通过液压泵将液压油压力传递给液压马达或液压缸，从而产生的力和运动。
液压泵通过驱动机械将机械能转化为液压能，并提供所需的流体压力。
液压马达或液压缸则通过液压油的流动将液压能转化为机械能，从而实现工作。
液压钻机液压系统的组成部分一般包括液压泵、液压马达或液压缸、液压控制阀、油箱、管路和配件等。
液压泵用于提供流体压力，液压马达或液压缸用于转化液压能为机械能，液压控制阀用于控制流体进出液压马达或液压缸，油箱用于储存液压油，管路和配件用于连接和配合各个部分。
液压钻机液压系统的控制方式可以分为手动控制和自动控制两种。
手动控制方式需要操作人员手动控制液压控制阀的开关，从而实现液压机件的启动、停止和控制。
自动控制方式则通过电气控制系统或其他控制装置，根据设定的程序或信号控制液压系统的工作状态和运动。
液压钻机液压系统中的液压元件选型需要根据工作条件和要求，选择合适的液压泵、控制阀、油缸和油管等。
根据所需的流量和压力，选择适当类型和规格的液压泵；根据工作负荷和速度，选择合适的液压马达或液压缸；根据工作方式和控制要求，选择合适的液压控制阀；根据工作环境和特殊要求，选择适当的油管和配件。
液压钻机液压系统参数的计算与估算是设计过程中的重要环节。
通过对钻机工作负荷、速度、压力等因素的分析和估算，计算出液压系统的流量、压力、功率以及油箱容积等参数。
同时，还需要考虑液压系统的稳定性和可靠性，通过合理的设计和计算，确保系统能够满足实际工作需求。
综上所述，液压钻机的液压系统设计是一个涉及多个方面的复杂任务，需要综合考虑液压系统的工作原理、组成部分、控制方式、液压元件的选型和系统参数的计算估算等因素。
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动力头进给系统的主要作用是钻进时施加钻压、 起钻操作、下钻操作、事故时的起拔操作等。图４中 的动力头进给液压缸，进给系统采用开式系统，由恒 压泵供油，最大起拔力为６２ ｋＮ，最大加压力为３１
ｋＮ。
动力头进 给液压缸
图５履带行走回路 图４动力头进给与辅助回路
２．５其他设计及回路
其他系统包括液压油冷却系统、桅杆起升系统、 夹持系统、显示系统等。液压系统冷却是钻机液压系 统主要问题之一，声频振动钻机工作时，长时间处于 高负荷状态，因此液压系统发热量大。除利用负载敏 感系统提高系统效率，减少发热外，还采取了设置回 油冷却器和加大油箱容积的办法。经过样机试验，常 温下液压系统在５３℃即达到热平衡。 桅杆起升系统、夹持系统由恒压泵控制供油，利 用多路阀控制，保证了在钻机工作时，主系统与辅助 系统之间的相对独立性，可保证主系统的功率需要。 在主系统、辅助系统、振动马达、回转马达、起升液 压缸等位置均设置了液压表，监控液压系统的压力情
２．１动力头振动
动力头振动是声频振动钻机最关键的动作，通过 ２个液压马达分别驱动２根偏心轴作反向高速旋转， 使整个振动体带动钻杆振动进行钻进或取样作业。如 图３所示，动力头振动系统为开式系统，振动系统产 生的最大激振力达到１８ ｋＮ，激振频率最高达到２００ Ｈｚ。变量泵输出流量通过阀块平分给２个高速液压
图ｌ声频振动基本原理图
生高频的激振力在无水状态下振动钻进取样¨２｜，可 获得保真度好、无扰动的层状样品，特别适合于土
层、砂土层、砾石层等松散地层，且具有价格较低、 操作简单、钻进效率高的特点。 声频振动钻机主传动采用全液压式，钻机传动平 稳、噪声低、钻进能力强、过载保护好。振动频率与 功率可无级、自动调整，以适应不同工况ｕ“。由于 声ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ振动钻机各个机构均采用液压传动的方式，因此 液压系统是钻机最重要的组成部分，是钻机设计的关 键所在。作者根据声频钻机工况特点，设计了声频振 动钻机的主要方案及其液压驱动系统，并进行了现场 调试与实验，为声频振动钻进技术和钻进设备的开发
声频振动钻机总体方案设计
声频振动钻机是实施声频振动钻进技术的关键设
备，其总体方案设计如图２所示，由底盘部分、桅杆
部分、动力头与液压驱动系统４个部分组成。动力头 由高速液压马达驱动，提供声频激振力；桅杆提供声 频激振器上下运动的轨道，其内部设置的起升液缸提 供钻进钻压与起拔力；液压系统由柴油机驱动，是声 频振动钻机的动力来源；而底盘则是将各种部件集成 在上面，为钻机的主要操作和辅助操作提供平台。
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｏｎｉｃ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｄｒｉｌｌｅｒ
ＷＡＮＧ Ｙｕｌ，－，ＬＩＵ Ｂａｏｌｉｎｌ．一，ＺＨＯＵ Ｑｉｎｌ，一，ＨＵ Ｙｕａｎｂｉａ０１－一，ＷＵ Ｈａ０３
（１．Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
图３动力头振动与回转回路
万方数据
・７８・
机床与液压
第４０卷
回转马达工作在振动钻进工况下时，振动马达为 负载敏感泵的主要负载，回转马达转速很低，约为
３０～１００
右行走液压马达。负载敏感阀感应行走负载升降，并 及时通过负载敏感口（ＬＳ口）传递到变量泵使其输 出流量随之升降，而压力由于与恒压泵相通，故一直 保持稳定。需要拐弯时，控制两联负载敏感阀一大一 小，则底盘形成转向力矩，可实现转弯操作。直行
ｏｎ
ｌｅｒ ｖｉｒｔｕａｌ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｄｒｉｖｅｎ ｂｙ ｔｈｅ ｄｕａｌ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｍｏｔｏｒ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂａｓｅｄ ｔｈｅ ｓｏｎｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｒｉｌｌｅｒ ｗａｓ
ｖｉｒｔｕａｌ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ
负载需求，使液压功率与系统达到最佳匹配要求，从
而减少系统发热ｕ引，大幅度提高液压系统效率。将 负载敏感控制应用于液压钻机时，为保证正常工作， 泵的输出压力只能与最高的负载压力相适应，即负载 敏感只能在最高负载回路上起作用¨“，也就是一般 情况下在系统的振动动力回路起作用，对其他负载压 力较低的回路采用压力补偿，以使阀口压差继续保持 定值。 ２．２动力头回转 声频振动钻机动力头回转系统主要是通过动力头 上的马达旋转带动钻柱旋转以处理孔中事故，或者在 振动钻进过程中马达缓慢回转防止钻杆受振动脱扣， 以及振动、回转的联合钻进过程中。动力头的回转回 路如图３所示。负载敏感阀驱动控制柱塞式低速大扭 矩液压马达，直接驱动钻柱回转，通过负载敏感阀手 柄的操作，可控制回转马达的转速与扭矩。低速大扭 矩液压马达具有径向尺寸小、运动部件少、传动效率 高、液压马达运动件磨损小、噪声低、可靠性高等优
１．２
马达，由于两马达旋转方向相反，故连接的两个液压 马达的进、出油口正好相反；两液压马达的回油合流 后通过冷却器流回油箱，两马达的泄油口也合流后直 接回油箱。 动力头振动主要使用了负载敏感技术，其主控制 阀采用负载敏感比例多路换向阀，实现旋转动力头的 振动。钻探过程中，随着钻深的增加，负载不断增 加，负载敏感控制能使泵的输出压力和流量自动适应
ｐｒｏｖｅｓ
ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｎｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｒｉｌｌｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｈｙｄｒａｄｉｃ ｓｙｓｔｅｍ
ａｒｅ
ｆｅａｓｉｂｌｙ．ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｍｃ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｍｅｔｌＩｏｄ ｈａｓ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｏｎｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｒｉｌｌｅｒ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ
图２声频振动钻机虚拟样机
２液压回路设计
声频振动钻机设计目标为振动钻进深度５０
ｍ，
回转钻进深度１５０ ｎｌ，系统主压力为２１ ＭＰａ，系统主 要完成振动钻进、回转、振动头提升与下放、夹持、 桅杆起落、钻机支撑、行走等操作，要求液压系统简 单、效率更高、执行动作平稳可靠、系统可操纵性 强。
点。
为完成整机设计目标，提高系统利用效率，声频
３．ｒ１１ｌｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ，ＣＮＡＣＧ，Ｚｈｕｏｚｈｏｕ Ｈｅｂｅｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｎｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｉｓ
ａｉｌ
ａｄｖａｎｃｅｄ ａｎｄ ｈｉｇｈｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ．Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｓｏｎｉｃ ｄｒｉｌ－
声频振动钻机是一种新型高效的振动钻进装 备¨。３１，它克服了旋转式钻机Ｈ“１需要泥浆护壁易产 生污染Ｈ“１的缺点，利用液压系统驱动马达一。１¨，产
提供了参考依据。
１钻机总体设计 １．１声频振动钻进基本原理
声频振动钻进的 基本原理如图１所示。 将两个沿声频振动器 中心对称布置的偏心 轴沿相反方向高速旋 转产生的高频机械振 动（１５０～２００ Ｈｚ）传 到钻杆，通过调整振 动频率与钻杆的固有 频率相一致，从而引 起钻杆的共振，进而 带动钻具及钻头振动。
摘要：声频振动钻进技术是一种新型、高效的沉积层钻进技术。基于虚拟样机技术设计了声频振动钻机总体设计方 案，在此基础上开发了液压驱动系统，并对该系统的基本结构、工作原理进行详细分析。制造了该钻机的实物样机，对钻 机液压系统进行现场测试，为声频振动钻进技术与声频振动设备的开发提供了参考。 关键词：声频振动钻机；液压系统 中图分类号：ＴＨｌ３７．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３８８１（２０１２）２３—０７６—４
收稿Ｅｌ期：２０１１—１２—１９ 基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目（５１００４０８６）；教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 （２０１０００２２１２０００３）；中央高校基本业务费资助项目（２０１１ＹＹＬｌｌ９） 作者简介：王瑜（１９７９一），男，博士，讲师，主要从事钻探与钻并装备、液压技术方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｙｕ２０３＠
３００
时，若左右行走驱动液压马达负载不同，则负载敏感 阀内部压力补偿阀使其输入Ｅｌ压力保持一致，且阀芯 节流孔两端压差不变，因此通过负载敏感阀的流量保
持不变，左右马达维持速度平衡¨６｜。在行走马达回 路上设置液压锁，可避免在爬坡时，因能力不足而造 成钻机倒行，引起马达损坏和人身事故。
Ｎ・ｍ。对于振动一回转联合钻进工况，其总功率为 ２．３动力头进给
２０１２年１２月 第４０卷第２３期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｄｅｃ．２０１２ Ｖ０１．４０ Ｎｏ．２３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１２．２３．０２０
声频振动钻机液压系统设计与研究
王瑜１”，刘宝林１”，周琴１’，胡远彪１７，吴浩３
（１．中国地质大学（北京）工程技术学院，北京１０００８３； ２．国土资源部深部地质钻探技术重点实验室，北京１０００８３； ３．中国煤田地质总局第二勘探局，河北涿州０７２７５０）
步开发与优化提供了参考。
３安装与调试
安装液压系统时，需对管道、接头、液压元件等 进行循环冲洗，以保证液压系统的清洁度要求。安装 完成后，按照液压组装图进行详细检查，将各液压阀 处于初始位置。启动液压泵低速运转，排尽系统中空 气，检查液压系统的密封状况，并逐步完成各个动作 的空载实验、负载实验、可靠性实验等。 图６为液压系统调试现场图片。经过调试，液压 系统各部分动作正常，系统可靠，系统的各个参数稳 定，达到了设计要求。２０１１年１１月初在河北涿州进 行了工业化钻进实验，共振动钻进２３回次，钻进深 度５０．２ ｍ，累计取样长度４７．４ ｍ，液压系统工作可 靠、结构紧凑，钻进效率高，达到了设计目标。