摘 要：介绍了一种全液压式冲击-回转钻机液压系统的总体回路，分别对回路的每一部分进行了选择，并对总体回路原理进行了分析。
　　1.引 言
　　传统的大口径工程钻机，即单一功能的回转钻机或冲击钻机，难以胜任复杂地层的需要。具有复合功能的全液压冲击-回转钻机可以解决复杂地层施工难 的问题，因该种钻机可在土层、砂土层、粘土层等软地层采用回转钻进，在砂砾、卵砾层、基岩层等硬地层采用冲击钻进，而且具有价格较低、操作简单、钻进效率 高的特点[1]。
　　全液压冲击回转钻机主传动采用全液压式，钻机传动平稳、噪声低、功率消耗小、过载保护好、钻机质量轻和体积小并可实现自动冲击。冲击行程和冲击 频率可无级调整，适应不同工况[2]。由于全液压钻机是指回转和进给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，液压系统的设计也就成为 全液压钻机设计的关键所在。
　　2.液压系统回路设计
　　2.1传动方式选择
　　按照液压油的循环方式，液压系统主要有开式循环系统和闭式循环系统两种型式。钻机液压系统中液动机数量多，并且大多数液动机都不适用于闭式循环 系统。同时钻机的一个工作循环时间较长，液压系统发热量大。为减少液压泵的数量，简化系统结构，减少液压元件的维修量，降低系统温升，钻机的液压系统选用 开式循环方式[3]。
　　2.2 回转机构液压回路
　　液压驱动动力头的动力装置通常是液压马达加机械变速箱。故回转器转速和转矩的调节，实质上是液压马达的输出转矩和转速的调节。回转器常用的基本回路有调压-限压回路、容积调速回路、换向回路和浮动回路等。
　　2.3 进给机构液压回路
　　根据钻进工艺对进给机构的要求，进给机构实现的功能主要有：
　　(1)进给力，给进速度和提升力，提升速度能无级调速;
　　(2)可以进行减压钻进和强力起拔钻具;
　　(3)能使动力头轴向浮动，在动力头不工作时，能停止在其导轨的任意位置上。进给液压回路必须包括压力控制回路、调速回路、制动回路、方向控制回路。
　　2.4 卡夹机构液压回路
　　根据钻机工作需要，卡夹机构液压回路设计，关键是压力控制回路和顺序动作回路。卡盘和夹持器的配合类型采用常开式卡盘-常闭式夹持器[2]。
　　2.5 夹持-制动机构的液压回路
　　为提高下钻效率，采用孔口夹持器与制动器配合投放式下放钻具。钻具下滑速度由钻杆制动器卡夹控制钻杆夹紧力的大小。夹持-制动机构液压回路主要 是压力控制回路。夹持-制动机构的夹持器采用的是弹簧卡紧、液压松开的常闭式。制动器为液压卡紧，弹簧松开的常开式。松开夹持器所需的液压力为一定值，制 动器制动时所需的液压力则随制动力的要求而改变。因此，夹持-制动机构的压力控制回路即为恒压回路和调压回路。
　　3.液压系统原理分析
　　根据以上各功能回路选择和分析，本文所述的液压传动系统通过操纵有关的控制元件，实现给进液压缸、冲击液压缸和回转器液压马达等执行机构的各种运动，以完成钻机的各种钻进工艺[4-5]。该液压系统原理图如图1所示。
　　3.1 加压和减压钻进
　　加压钻进时，回转换向阀接上框，钻杆卡夹阀置于中位，高压油驱动液压马达正向旋转，并流入卡盘液压缸使之夹紧钻杆;同时高压油又经单向节流阀进 入夹持器液压缸，使之松开。由于夹持器中的弹簧作用力大于卡盘中的弹簧作用力，并且有单向节流阀的节流阻力，因此夹持器液压缸的工作压力比卡盘液压缸的工 作压力滞后，从而卡盘先卡紧钻杆，夹持器后松开。将给进换向阀接通上框，使回转换向阀节流槽流出的少量压力油进入给进液压缸上腔，使活塞杆向下运动，进行 加压给进。减压钻进时，将给进换向阀和钻杆卡夹阀都置于中位，回转换向阀不变，此时给进液压缸下腔回油，调节调速阀过流面积的大小，使下腔获得适当的背压 平衡部分钻具重力，实现减压钻进。
　　3.2 提升和下放钻具
　　从孔底提升钻具时，回转换向阀置于中位，液压马达浮动，给进换向阀接通下位。钻杆卡夹阀接通上位。高压油进入给进液压缸下腔，卡盘液压缸和夹持 器。因为卡盘中的弹簧力小于夹持器中的弹簧力，卡盘先夹紧，夹持器后松开。下放钻具时，将给进换向阀接通上位，卡夹换向阀接通下位，给进液压缸向上运动， 其中卡盘、夹持器动作与提升钻具一样。
　　3.3拧接和卸开钻杆
　　拧接钻杆时，给进换向阀置于中位，给进液压缸浮动。回转换向阀接通上位，液压马达正转，钻杆卡夹阀接通上位或下位，部分高压油经单向阀进入卡盘 液压缸，卡盘卡紧钻杆，夹持器经钻杆卡夹阀回油，同时卡紧钻杆，即可将钻杆螺纹拧紧。由于高压油进入卡盘液压缸时受到弹簧的阻力，而夹持器回油卸压时却受 到弹簧的推动力，因此，夹持器先于卡盘卡紧钻杆。卸开钻杆时，回转换向阀接通下位，其余换向阀不变，液压马达带动卡盘反转。此时，给进液压缸随动力头移 动。由于高压油必须经过延时阀才能进入卡盘液压缸，因此，卡盘是在随液压马达先转起来，具备一定的转动惯量以后，再卡紧钻杆的，有利于卸开钻杆接头的第一 道螺纹。
　　3.4冲击钻进
　　冲击钻进时，将手动冲击控制阀置于下位。此时电磁换向阀位于下位，压力油接通主换向阀组中间4个锥阀的上腔和两旁锥阀的下腔，它们的另一腔通低 压。故中间4 阀旁油路关闭，其余两阀则开启。高压油分别进入左右冲击液压缸的下腔，上腔回油，活塞杆组件提升钻具。当到达一定高度时，电磁换向阀换位，接通下位，此时 两旁锥阀上下通高压油，由于面积差，锥阀下移，旁油路关闭，将冲击液压缸下腔与压力油路切断，而与中间4阀的旁油路连通。这时冲击液压缸上下腔均通低压 油，冲击钻具在自重作用下下落。
　　4.结 语
　　根据钻机工作要求完成了液压系统总体回路设计。该回路能较合理地利用泵的功率，减少系统压力的干扰，并简化系统机构，使钻机能实现冲击和回转功能，回转钻进时，能够加压或减压钻进。
　　[参考文献]
　　[1] 于萍.chf-20 型冲击回转反循环工程钻机的研制[d].长春：吉林大学，2005.
　　[2] 冯德强.钻机设计[m].武汉：中国地质大学出版社，1993.
　　[3] 张利平.液压传动系统及设计[m].北京：化学工业出版社，2006.
　　[4] 张鲁侠.新型液压缸冲击机构及液压系统设计[j].中国矿业，2006，15(8)：98-100.
　　[5] 王健.zdy760全液压钻机液压系统设计[j].地质装备，2009，10(3)：14-17，34.