ZY-750C 型全液压钻机液压系统改造及试验.pdf

Vo 1 ． 4 0 No ． 6 De e ． 201 3 矿 业安全 与环保 MI NI NG S AFETY ENVI RONMENTAL PROTECTI ON 第 4 0卷第 6期 2 0 1 3年 1 2月 李文树， 龙建明， 陈久福， 等． Z Y 一 7 5 0 C型全液压钻机液压系统改造及试验[ J ] ． 矿业安全与环保， 2 0 1 3 ， 4 0 6 5 8 6 0 文章编号 1 0 0 8 - 4 4 9 5 2 0 1 3 0 6 0 0 5 8 0 3 Z Y- 7 5 0 C型全液压钻机液压系统改造及试验 李文树 ， 龙建明 ， 陈久福 ， 李宗福 ， 丁 红 1 _重庆市能源投资集团公司重庆松藻煤电公司， 重庆 4 0 1 4 4 5 ； 2 ．重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室， 重庆4 o o o 4 4 摘要 为解决 Z Y - 7 5 0 C型钻机在煤矿现场应用中出现的钻进能力小、 故障多、 施工效率低等难题， 提 出了通过改造钻机液压系统 以提高钻进效率的方法。通过对钻机液压系统进行理论计算 与优化分 析 ， 确定 改造后该钻机 的电动机 为 Y B K 2 - 2 0 0 L 一 4型， 液压马达 为 G 6 K一 3 l 0型， 齿轮泵为 C B Y 3 0 6 3 ／ 2 0 1 6 - 6 3 0 型。现场试验结果表 明 改造后钻机每米抽采钻孔的钻进 时间由6 ． 1 3 m i n减 少到 4 ． 0 7 m i n ． 减小 了3 3 ． 6 ％ ； 钻进台机效率明显提高， 由4 9 3 0 ． 6 n 1 ／ 月提高到6 3 4 1 ． 2Ⅱ 月， 提高 了2 8 ． 6 ％ 。 关键词 钻机液压系统 ； 液压马达 ； 齿轮泵； 改造 中图分类号 T D 4 2 1 ． 2 5 文献标志码 B 网络出版时间 2 0 1 3 1 1 2 1 1 3 2 4 网络出版地址 h t t p ／ ／ w w w ． c n k i ． n e t ／ k c m s ／ d e t a i l ／ 5 0 ． 1 0 6 2 ． T D。 2 0 1 3 1 1 2 1 ． 1 3 2 4 ． 0 2 0 ． h t m l M o d i fic a t i o n a n d Te s t o f Hy d r a ul i c S y s t e m o f ZY-7 5 0C Fu l l y Hy d r a u l i c Dr i 1 1 L I W e n s h u l ， L O N G J i a n m i n g 1 ， C H E N J i u f u i ， L I Z o n ffu i 。 D I N G H o n g z ．S o n g z a o C o a l a n d E l e c t r i c i t y C o ． ， Dd ． ，C h o n g q i n g E n e r g y I n v e s t m e n t G r o u p， C h o n g q i n g 4 0 1 4 4 5 ，C h i n a ； 2 ．S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f C o a l Mi ne D i s a s t e r D y n a m i c a nd C o n t r o l ， C h o n g q i n g【 ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 4， C h i na Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，a me t h o d f o r i mp r o v i n g t h e d r i l l i n g e ffi c i e n c y b y mo d i f y i n g t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e d ri l l i n g ma c h i n e w a s p u t for w a r d i n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e ms s u c h a s s ma l l d ril l i n g c a p a c i t y，mo r e f a u l t s a n d l o w c o n s t r u c t i o n e ffic i e n c y o f Z Y-7 5 0 C f u l l y h y d r a u l i c d r i l l i n g ma c h i n e n O W u s e d i n c o a l mi n e s 。 B a s e d o n t h e t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n a n d o p t i mi z a t i o n a n aly s i s o n i t s h y d r a u l i c s y s t e m。 i t Wa S d e t e r mi n e d t o u s e Y BK 22 0 0 L一4 e l e c t ri c mo t o r ，G 6K一3 1 0 h y d r a u l i c mo t o r a n d CB Y3 0 6 3 ／ 2 0 1 6- 6 3 0 g e ar p u mp f o r t h e mo d i fi e d d ril l i n g ma c h i n e ．T h e fi e l d t e s t r e s u l t s s h o we d t h a t t h e d ri l l i n g t i me p e r me t e r g a s d r a i n a g e h o l e b y t h e mo d i f i e d d r i l l i n g ma c h i n e r e d u c e d f r o m 6 ． 1 3 mi n t o 4． 0 7 mi n a s c o mp a r e d w i t h t h e o rig i n a l d r i l l i n g ma c h i n e ，r e d u c e d b y 3 3 ． 6 ％ ；t h e e ffic i e n c y o f t h e d ri l l i n g ma c h i n e wa s o b v i o u s l y i mp r o v e d，i n c r e a s e d f r o m 4 9 3 0 ． 6 m／ mo n t h t o 6 3 41 ． 2 m／mo n t h．i n c r e a s e d by 28． 6 ％ ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c s y s t e m o f d ri l l i n g ma c h i n e ；h y d r a u l i c mo t o r ；g e a r p u mp ；mo d i fi c a t i o n t 井工开采的煤 矿中， 防治瓦斯是安全工作 的主 要方面。随着“ 先抽后采 ， 监测监控 ， 以风定产” 十二 字方针 的贯彻落实， 煤矿现场逐 步完善瓦斯抽采技 术， 应用多样化的抽采方式解决瓦斯抽采问题。瓦 斯治理有多种方法， 但采用钻孔 进行 瓦斯抽采是主 要方法之一【 1 - 3 ] 。随着钻孔 深度和直径 的增 大 ， 煤 矿井下对钻机性能的提升需求迫在眉睫。 Z Y一 7 5 0 C型钻机为全液压钻机 ， 该钻机主要用 于煤矿井下钻进瓦斯抽 排 放孔 、 注浆孔 、 注水孔 、 收稿日期 2 0 1 3 0 4 1 1 ； 2 0 1 3 1 0 - 1 9修订 基金项 目 国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发 2 01 1 Z X O 5 O 6 5 作者简介 李文树 1 9 6 5 一 ， 男， 四川仁寿人， 高级工程 师， 现任松藻煤电有限责任公司总经理， 长期从事煤矿呆掘技 术、 瓦斯治理及利 用技术 与管理工作。E ma i l l i w e n s h u 5 8 卸压孔、 地质勘探孑 L 以及其他工程孔 j ， 在现场使用 过程 中具有安全可靠 、 移动方便 、 进度快等特 点 j 。 但随着矿井采掘强度加大 ， 采掘逐渐 向深部延伸 ， 钻 机的钻进动力性能受 电动机、 马达能力限制 ， 出现卡 钻丢钻 、 液压系统和马达损坏 、 施工效率低等问题 ， 严重制约该型钻机在矿井生产部署中发挥快速钻进 的优势 。 因此， 通过对钻机液压系统进行理论计算与方 案对比分析， 使钻机液压系统改造后其钻进效率得 以提高 ， 最终对改造后钻机与原钻机的平均钻进速 度和月台机效率进行了现场对比试验。 1 钻机液压系统理论计算和改造方案 1 ． 1 钻机基本情况 目前 ， 重庆打通一矿现场使用的是 Z Y一 7 5 0 C型 全液压钻机 ，其液压 系统如 图 1所示 ， 主要技术 参 数见表 1 。 第 4 0卷第 6期 2 0 1 3年 1 2月 矿 业安全 与环保 MI NI N G S AF ET Y EN VI RONME N T AL P ROT E C T I ON Vo 1 ． 4 0 No ． 6 D e c ． 2 0 1 3 1 一 油箱 ； 2 一 大泵吸油过 滤器 ； 3 一小 泵吸油过 滤 器； 4 一 电动机 ； 5 一 双联 齿轮泵 6 一 大泵溢流阀； 7 一快换接 头； 8 一压力表 2 5 MP a ； 9 一 多路换向阀 ； l O 一摆 线马达； l 1 一节流 阀； 1 2 一推 进油缸 ； 1 3 一液 压夹 持器 ； 1 4 一 液压卡盘； 1 5 一 回油压 力表 2 ． 5 MP a ； 1 6 ～冷却 器 ； 1 7 一 精过滤器。 图 1 Z Y 一 7 5 0 C型钻机的液压系统示意图 表 l Z Y 一 7 5 0 C型钻机主要技术参数 基 本 参 数 参数值 输 出转矩／N m 输出转 速／ r ／ m i n 最大给进力／k N 最大起拔力／k N 给进行程／m m 正常 给进速度／ m ／ rai n 7 5 0 9 5 4 0 3 0 8 5 0 O ～1 ． 5 该钻机配套的 Y B K 2 1 8 0 M一 4电动机的额定功 率为 1 8 ． 5 k W， 转速为 1 4 7 0 r ／ m i n 。 泵站通 过 电动机带 动油泵 把 电能转 变为 液压 能， 通过操纵台将液压油分配给动力头 中的液压马 达 、 机架中的推进油缸 等执行机构 3 j 。该钻机配套 的 C B Y 3 0 5 0 2 0 0 6 1 3 1 L齿轮泵的基本参数见表 2 。 表 2 齿轮泵基本参数 基 本 参 数 参数值 排量／ mL ／ r 额定压力／ MP a 转速／ r ／ mi n 动力头通过液压 马达 等部件 ， 将液压能转变为 机械能 ， 带动钻具旋 转切 削煤岩 。该钻机采用的变 量马达使得其输出转速、 转矩可根据现场需要随时 调整_ 4 j 。该钻机配套 的 B M D 1 6 0液压马达 的基本 参数见表 3 。 表 3 液压马达基本参数 基 本 参 数 参数值 排量／ mL ／ r 输 出转矩／ N m 转速／ r ／ mi n 1 ． 2 理论计算及改造方案 随着矿井采掘强度加大 ， 采掘逐渐向深部延 伸， Z Y- 7 5 0 C型钻机在现场钻进过 程 中经常 出现 卡钻 丢钻 、 液压系统 和马达损坏 、 施 工效率低 等问题 ， 为 解决这些问题 ， 决定对钻机液压系统进行改造 ， 改造 内容包括 电动机、 液压泵 、 液压马达 3个部分。 Z Y一 7 5 0 C型钻机的液压系统需执行 回转功能， 由 液压马达执行动作 ， 为钻机提供 回转部分的转速和转 矩 ， 其输出转速为 9 5 r ／ m i n ， 输出转矩 为 7 5 0 N m。 液压系统的压力 和流量是最主要的 2个参数 ， 根据 这 2 个参数来计算和改造电动机、 液压泵和液压马 达 的规格型号 。进行液压 系统改造之前 ， 需要初选 系统压力 ] 。根据煤矿现场生产经验 ， 钻机液压系 统改造的系统工作压力选定为 1 9 MP a 。 1 ． 2 ． I 液压马达参数计算与改造 液压马达排量由下式计算 1 △ p 叼 式中 为液压马达的排量 ， m L ／ r ； T为液压马达的 负载转矩 ， N i n ； 叼 为液压 马达机械效率 ， 取 0 ． 9 ； △ p 为液压马达进 、 出口压力差 ， MP a 。 计算得 V m2 7 5 ． 4 4 m L ／ r ， 原 液压 马达排量 为 1 6 0 m L ／ r ， 小于2 7 5 ． 4 4 m lJr ， 不能满足要求， 因此初选 液压马达排量为3 1 0 m L ／ r 的 G 6 K - 3 1 0伊顿马达。 液压马达最大流量。 。 由下式计算 q 2 式中 q 为液压马达 的最大流量 ， m L ／ m i n ； 一为液 压马达最高转速 ， r ／ m i n 。 计算得 g 1 9 7 L ／ mi n ， 初选 的 G 6 K 一 3 1 0伊顿 马达的最大流量为2 2 5 L ／ m i n ， 符合要求， 其基本参 数见表 4 。 表 4 G 6 K 一 3 1 0伊顿 马达基本参数 基 本 参 数 参数值 排量／ mL ／ r 最大流量／ L ／ ra i n 输 出转矩／ N n l 转速／ r ／ mi n 1 ． 2 ． 2 液压泵参数计算与改造 液压泵的工作压力按下式计算 P P p △ lp 3 式 中 p 为液压泵的工作压力 ， MP a ； p 为液压马达 的最大工作压力 ， MP a ； △ p为液压泵 出口到液压马达 的压力损失 ， 取 1 MP a 。 计算得 P 2 0 MP a 。 液压泵的流量应大于执行元件所需 的最大总流 量 ， 还应考虑系统的泄漏 和元件磨损后容积效率的 降低。因此 ， 液压泵的实际流量为 q P ≥k q 4 式中 g 为液压泵的实际流量 ， mL ／ m i n； k为系统泄 漏系数 ， 取 1 ． 1～1 ． 3 。 计算得 g 2 1 6 ． 7 L ／ m i n 。根据计算 的液压泵 工作压力和实际流量选取 C B Y 3 0 6 3 2 0 1 6 6 3 0型液 压泵 ， 其基本参数如表 5所示 。 5 9 ． 0 嘲 1／ 1／ 3 ∞ ● 4 2 5 O 1 7 Vo 1 ． 4 0 No ． 6 De 3 ． 2 0l 3 矿 业安全 与环保 MI NI NG S AF ETY ＆ ENVI RONMENTAL PR0TECTI ON 第4 0卷第 6期 2 0 1 3年 1 2月 表 5 C B Y 3 0 6 3 2 0 1 6 6 3 0型液压泵基本参数 基 本 参 数 参数值 排量／ m L ／ r 额定压力／ MP a 转速／ r ／ r a i n 6 3 ． 3 2 O／ 2 5 2 o 0 0 1 ． 2 ． 3 电动机参数计算与改造 电动机的选择主要包括种类 、 型式 、 额定 电压、 额定转速 、 额定功率 、 工作方式等 ， 最重要 的是确定 电动机的额定功率。压力、 流量比较稳定的液压泵， 其传动功率为 Ⅳ P P P q P x 1 0 6 5 式中 ⅣP 为液压泵传动功率 ， k W； ， 7 为液压泵总效 率 ， 取 8 0 ％。 计算得 N p 2 8 ． 2 2 k W， 选取 Y B K 2 2 0 0 L 一 4型 电动机， 其额定功率为3 0 k W， 转速为 1 4 7 0 r ／ m in 。 2 现场对 比试验 2 ． 1 试验地点概况及试验方案 Z Y一 7 5 0 C型钻机液压系统改造前后对 比试验 选择在重庆松藻矿区打通一矿 ， 矿井 M， 煤层瓦斯含 量 1 9 ． 1 2 i n ／ t ， 瓦斯压力 1 ． 7 4 MP a ； M 煤层 瓦斯含 量 2 2 ． 2 0 I n ／ t ， 瓦斯压力 2 ． 4 5 MP a 。 原钻机钻进试验地点选择在 W8 瓦斯巷 ， 改造 后钻机选择在 W1 0 瓦斯巷钻进 W2 7 0 6运输巷 的条 带预抽钻孑 L ， 2个相邻钻场 间距 5 I n ， 每个钻场钻进 9个钻孔 ， 钻孔依次穿 M 、 M 煤层 ， 终孔于 M 煤层顶 板 0 ． 5 n l 位置 ， 钻孔 间距 5 I n ， 控制帮外 1 8 I n 。钻孔 穿多岩性地层， 岩性复杂， 硬岩段有茅口灰岩、 砂岩 等 ， 软岩段有煤层 、 铝土岩及泥岩等 ， 对钻机能力要 求较高。改造后钻机钻进试验方案如图2所示。 M 壤层 M 煤层 图2 改造后钻机钻进试验方案图 2 ． 2 试验结果 钻机改造前后对 比试 验 主要选 取钻机钻 进速 度、 月台机效率两项进行对 比考察。 1 钻进速度 2 0 1 1年 l 0月 1日夜班至 l 0月 4日中班 ， 试验 人员在 W8 瓦斯巷补 3 钻场考察 了原钻机钻进抽采 6 0 ． 孔的钻进速度； 同时在 l 0月 1 0日早班至 1 O月 1 2日 中班 ， 在 W1 0 瓦斯巷 1 7 7 钻场考察了液压系统改造 后钻机钻进抽采孔 的钻进速度。试验结 果表明 由 于 Z Y 一 7 5 0 C型钻机动力性能改进 ， 每米抽采钻孔的 钻进时间减少 ， 钻进速度大幅提高， 改造前平均每米抽 采钻孔的钻进时间为 6 ． 1 3 m i n ， 改造后为 4 ． 0 7 m i n ， 减 小了 3 3 ． 6 ％。 2 台机效率 2 0 1 1 年 1 0月 ， 试验人员考察 了改造后钻机钻进 WI O 瓦斯巷和原钻机钻进 W8 瓦斯巷 的台机效率。 一 个月之 内， 在 WI O 瓦斯巷钻进 1 7 0 ～1 8 0 共1 1 个 钻场， 累计 9 9个钻孔 ， 改造后钻机钻进台机效率为 6 3 4 1 ． 2 m ／ 月 ； 在 W8 瓦斯巷钻进补 2 钻场共5个钻 孔 ， 补 3 至补 1 1 共 9个钻场 、 8 1 个钻孔 ， 补 l 2 钻场 共 5个钻孔 ， 累计 9 1个钻孔 ， 原钻机钻进 台机效率 为 4 9 3 0 ． 6 m ／ 月。试验结果表 明 Z Y一 7 5 0 C型钻机 的主 要 动 力 系 统 改 造 后， 钻 机 钻 进 台机 效 率 由 4 9 3 0 ． 6 m ／ 月提高到 6 3 4 1 ． 2 m ／ 月， 提高了2 8 ． 6 ％。 3 结语 1 通过理论分析与计算 ， 对 Z Y一 7 5 0 C型钻机液 压系统的电动机 、 液压泵 、 液压马达 3个部分进行改 造 ， 确定该钻机电动机 由 Y B K 2 1 8 0 M一 4型改造为 Y B K 2 - 2 0 0 L - 4型， 液压马达 由 B M- D1 6 0型改造为 G 6 K 一 3 1 0型 ， 齿轮泵 由 C B Y 3 0 5 0 2 0 0 6 1 3 1 L型改 造为 C B Y 3 0 6 3 ／ 2 0 1 6 6 3 0型。 2 现场试 验 结果表 明 经过 改造 液压 系统 的 Z Y一 7 5 0 C型钻 机 ， 动力性能得 到提升 ， 钻进速 度增 大 ， 每米抽采钻孔的钻进时间大幅度减少 ， 改造后钻 机每米抽 采钻 孔 的钻进 时 间 由 6 ． 1 3 m i n减少 到 4 ． 0 7 m i n ， 减少了 3 3 ． 6 ％ ； 改造后钻机钻进 台机效率 明显提高 ， 由 4 9 3 0 ． 6 m ／ 月提高到 6 3 4 1 ． 2 m ／ 月， 提 高 了2 8 ． 6 ％。 参考文献 [ 1 ]任德伟．1 5 0型钻机与2 5 0型钻机的配合应用[ J ] ． 中国 西部科技 ， 2 0 0 8 ， 7 2 0 3 - 4 ． [ 2 ]刘振波， 冯新顶， 赵传语．全液压钻机在软硬岩长距离 探放水钻孔中的应用[ J ] ．水力采煤与管道运输， 2 0 0 8 ， 1 2 4 4 - 5 ． [ 3 ]姚克， 殷新胜 ， 姚 宁平 ， 等．Z D Y 4 0 0 0 S型全 液压钻 机 的 设计与应用[ J ] ．煤炭工程， 2 0 0 6 2 7 7 - 7 9 ． [ 4 ]陈斌， 段勋兴， 辛德忠．Z Y W一 3 0 0 0型煤矿用全液压钻 机的应用[ J ] ．煤矿机械， 2 0 1 1 ， 3 2 8 1 7 2 - 1 7 4 ． [ 5 ]林小亮．Z D Y 3 2 0 0 S全液压钻机液压系统设计[ J ] ．企 业技术开发， 2 0 1 1 ， 3 0 2 2 1 7 8 1 8 0 ． [ 6 ]韩莉， 王广．E B J 一 1 2 0 T P型掘进机技术改进[ J ] ．煤矿 机械 ， 2 0 0 8 ， 2 9 1 0 1 4 1 - 1 4 2 ． 责任编辑 李琴