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Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 5 ． 2 01 2 HD D P 4 0型液压冲击钻机 李联 玉 ， 周又清 ， 王 晶 1 ． 北京科技大学 ， 北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 山东鸿达建工集团有限公司 ， 山东 莱阳2 6 5 2 0 0 摘要 液压冲击钻机是一种相比气动凿岩机有较多优势 的新型钻凿设备 ， 目前 ， 国内外还没有专 门应用于冲击钻机的液压系统 ， 市场 上 的冲击钻机大都是基 于成熟挖掘机系统 ， 在斗杆前安装钻孔推进系统 ， 采用液压缸一 钢丝绳推进 提升机构 ， 并 配备 空气压缩机用 于排 渣， 进一步提高钻孔效率。 介绍了“ 铁力士” 牌H D D P 4 0型冲击钻机的结构及工作原理， 详细阐述了其液压系统设计方法， 经薅务工况下 反复测试 、 分析 ， 钻机性能与基本参数均达到了设计要求 。 关键词 冲击钻机 ； 挖掘机 ； 液压系统设计 中图分类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 5 0 0 3 3 0 4 The HDDP 4 0 Ty p e Hy d r a u l i c I mp a c t Dril l s M a c h i ne L I L i a n y u ， Z HOU Y o u q i ， WANG J i n g 1 ． U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ． S h a n d o n g H o n g d a C o n s t r u c t i o n Ma c h i n e r y G r o u p C o ． ，L t d ． ，L a i y a n g 2 6 5 2 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Hy d r a u l i c p e r c u s s i o n d ri l l i s a n e w k i n d d ri l l i n g e q u i p me n t wi t h mo r e a d v a n t a g e s t h a n P n e u ma t i c p e r c u s s i o n d ri l 1 ． At p r e s e n t ， t h e r e i s n o s p e c i fi c h y d r a u l i c s y s t e m u s e d i n t h e p e rcu s s i o n d r i l l b o t h d o me s t i c a n d i n t e r n a t i o n a 1 ．No w t h e p e r c u s s i o n d ri l l s o n t h e ma r k e t a r e mo s t l y b a s e d o n ma t u r e e x c a v a t o r s y s t e m， i n s t a l l e d p r o p u l s i o n s y s t e m b e for e d ri l l i n g s t i c k ， u s e d h y d r a u l i c c y l i n d e r wi r e rop e l i f t i n g me c h a n i s m， a n d e q u i p p e d wi t h a i r c o mp r e s s o r s f o r t h e s l a g t o i mp r o v e d ri l l i n g e ff i c i e n c y ． T h i s p a p e r I n t r o d u c e s t h e s t r u c t u r e a n d t h e wo r k i n g p ri n c i p l e o f HDDP 4 0 t y p e p e r c u s s i o n d ri l l -” I r o n He r c u l e s ” a n d e l a b o r a t e s t h e d e s i g n me t h o d o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m． Aft e r r e p e a t e d t e s t i n g a n d a n a l y s i s o f e a c h c o n d i t i o n ，t h e d ri l l p e r f o r ma n c e a n d b a s i c p a mme t e r s a r e r e a c h e d t o the d e s i g n r e q u i r e me n t s ． Ke y wo r d s p e r c u s s i o n d ril l ； e x c a v a t o r ； h y d r a u l i c s y s t e m d e s i g n 0 引言 液压 冲击钻机是一种机 电液一体化 的大型凿岩钻 孔设备 ， 主要应用于铁路 、 公路 、 水 电、 矿 山等领域 ， 进 行基础施工 、 隧道开挖 、 勘探 、 采石 、 采矿等作业 。钻孔 工作是矿山生产和石方工程最基本的作业。不论矿山 采掘工地还是石方工程现场。 都需要进行钻孔。我国是 一 个快速发展的多山国家 ，基础建设领域 中各种凿岩 开采的工程十分浩大。液压冲击钻机作为其中一种十 分重要的施工设备 ， 具有广阔的市场前景。 H D D P 4 0 见 图 1 是一款配置优 良、 性能稳定 、 用户 反映 良好的新型液压冲击钻机 。钻机工作装置可与由 铲斗 、 铲斗液压缸 、 摇臂 、 连杆等组成 的挖掘机工作装 置互换 ， 实现钻孔功能与挖掘功能变换 ， 一机两用【” 。 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 0 3 0 作者简 介 李联玉 1 9 8 7 一 ， 男 ， 山东荷泽人 ， 硕 士研 究生 ， 研究 方向为工 程车辆的液压系统设计 、 故 障诊断与维修。 图 1 HDDP4 0新 型 液 压 冲 击钻 机 1 冲击钻机主要技术参数 整机质量 6 0 0 0 k g ； 尺寸 长宽高 6 0 6 5 x l 8 8 0 x 2 5 6 0 m mx mmx m m ； 装 机动率 3 5 ． 5 k W／ 2 2 0 0 r p m； 液压 泵排量 2 5 2 5 1 6 ． 2 4 ． 5 mL ； 工作压力 2 1 ． 6 MP a 行走速 度 2 ． 8 ／ 4 ． 1 k m ／ h ； 爬坡能力 3 0 。 ； 钻头型式 一字型或 X 型或球齿形 钻孔直径 3 2 ～ 4 0 mm 钻杆直径 H 2 5或 H 2 2 ； 推进行 程 2 8 0 0 mm； 钻 孔深度 6 O 0 0 mm 回转扭 矩 7 0 N M； 工作风压 0 ． 6 MP a ； 工作风量 0 ． 8 mS ／ m i n ； 冲 击能 5 5 6 5 J ； 冲击频率 6 0 H z ； 凿岩机油压 1 7 ～ 1 9 MP a 。 3 3 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 2年 第 5期 2 冲击钻机的结构 H D D P 4 0型冲击钻机基于挖掘机系统． 在斗杆前安 装钻孑 L 推进装置 。 通过举升油缸 、 斗杆油缸和动臂油缸 的复合动作来调节整个工作装置的工作孔位。钻孔工 作装置主要有油缸一 滑轮一 钢丝绳推进提升机构和液压 马达一 钻具 回转机构组成 ， 并且依靠液压马达驱动的空 气压缩机排渣。整机造型美观 ，机身平 台可作 3 6 0 。 回 转 ， 一次定位可钻凿多孔 ， 工作效率高嘲 。 H D D P 4 0型液压冲击钻机可分为 4个主要部分 动 力系统 、 机械系统 、 液压系统和控制系统。 1 动力系统 液压冲击钻机工作 的主要特点是环 境温度变化 大 ， 灰尘污物较多 ， 负荷变化大， 经常倾斜工作 ， 维护条 件差 。因此液压冲击钻机原动力一般 由柴油机提供 ， 柴 油机具有工作可靠 、功率特性 曲线硬 、燃油经济等特 点 ， 符合冲击钻机工作条件恶劣 ， 负载多变的要求 。 H DD P 4 O型冲击钻机 的发动机采用 4 T N V 9 4 L S四 缸水冷柴油机， 额定功率 3 5 ． 5 k W／ 2 2 0 0 r ／ mi n 。冷却系统 采用了带有除气功能的大容量水箱 ，不但有效的保护 了发动机 ，而且也确保了发动机在环境温度很高的情 况下正常工作 ， 不至过热。 2 机 械 系统 液压冲击钻机的机械系统是完成液压 冲击钻机凿 岩钻孔基本动作的直接执行者 ， 主要包括 1 行走装置 是整个机器的支撑部分 ， 承受机器 的全部重量和工作装置的反力 ，同时能使液压冲击钻 机作短途行驶 ； 2 回转装置 使液压冲击钻机上部平台围绕中央回 转轴作 3 6 0 o 回转， 主要包括驱动装置、 转台和回转支承； 3 工作装置 是液压 冲击钻机完成实际作业的主 要组成部分 。 主要 由动臂 、 斗杆 、 钻桅 山东鸿达建工集 团公司对该钻机前端工作装置的命名 几部分组成。钻 桅是钻机的主要部件 ， 是液压凿岩机滑行 、 钻具推进和 提升的导轨 ， 钻桅上装有导向装置 ， 可保证钻钎与工作 面垂直 ． 不易卡钎 ； 钻桅底端安装有钻桅定位 支撑 ， 通 过动臂油缸 。 钻桅举升油缸 的复合动作 ， 调整钻桅 ， 使 之与地面保持 良好接触 ， 增进钻孔稳定性 。采用油缸一 钢丝绳式推进器 。两根钢丝绳的端头分别 固定在导轨 的两侧 ， 绕过滑轮牵引滑板 ， 从而带动凿岩机运动 ； 滑 轮组倍率为 2 。 推进行程为推进油缸行程的 2倍 ， 推进 提升平稳 ． 有效增加了钻孔深度。 3 液压系统 液压 冲击钻机的主要运动有整机行走 、 平台回转 、 动臂升降 、 斗杆收放 、 钻桅动作等 ， 这些运动都靠液压 传动。该系统的功能是把发动机的机械性能以油液为 介质 ， 利用油泵转变为液压能 ， 再利用液压缸 、 液压马 达等转变为机械能 ， 传递给各执行机构 。 以实现各种运 动和工作过程 。 4 控制系统 液压冲击钻机控制系统是对发动机 、 液压泵 、 多路 换 向阀和执行元件 液压缸 、 液压 马达 等进 行控制 的 系统。 5 供气系统 供气系统用于钻孑 L 时排渣 ， H D D P 4 0钻机配有风冷 活塞式空气压缩机 。压缩空气通凿岩机空心主轴 、 钻 杆 、钻头传至孔底 ，将冲击钻机冲击后的矿渣吹 出孔 口。该系统性能稳定 ， 吹风量大 ， 由电磁换向阀控制 ， 操 作方便灵活。 3 冲击钻机工作原理 液压冲击钻机的回转 、行走和工作装置 的动作都 由液压传动系统实现 。 柴油发动机驱动液压泵 ， 把压力 油送到多路换 向阀， 通过司机的操作 ， 将压力油单独或 同时送往液压执行元件液压马达和液压油缸驱动执行 机构工作。 冲击钻机钻孔工作原理如图 2所示 ，作业 时推进 油缸 6带动推进提升机构 。 实现钻杆 l O推进与提升动 作 ， 凿岩机 8通过钻杆驱 动冲击钻头 1 1冲击 、 回转钻 孑 L ， 同时空压机马达 2驱动空压机 3工作 ， 压缩空气将 矿渣从钻头中央向外吹出。 吹气 1 一 电磁 阀组2 一 空压机马达 3 一 空气压缩机4 一 压力表接线柱5 一 钢丝绳 6 一 推进 油缸7 一 滑轮组8 一 凿岩机 9 一 导 向器1 O 一 钻杆l 1 一 钻头 图 2 冲击钻 机钻 孔工作原理示意图 4 冲击钻机液压系统设计 公 司充分利用 自主创新能力及成熟小型挖掘机 、 凿岩设备生产体系 ， 采用世界知名品牌 的柴油机 、 液压 件 、 钻具等 ， 研制 出该型钻机 。冲击钻机没有动臂 回转 油缸 、 铲斗等 ， 相反增置了推进油缸 、 空压机马达 ， 液压 原理如图 3 所示。 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 5 ． 2 0 1 2 1 一发 动 机2 一液 压 泉3 一多 路 恻4 一 先 导 油源 5 一中 央 回转 接 头 6 一 推土油缸7 一 接回转 马达 未画 出 8 - 凿岩机9 一 举升油缸 1 0 一 斗杆油缸 l l 一 右行走 马达 l 2 一 左行走马达 l 3 一 动臂油缸 1 4 一 推进油缸 l 5 一 空压机 马达 1 6 一 电磁 阀组 1 7 一 液压油箱 图 3冲击钻机液压原理 略去先导控制部分 多路阀每一联换 向阀的特性不同。须慎重考虑多 路阀与各执行元件的连接方式[ 3 1 。HD D P 4 0钻机设计过 程尽量保持原挖掘机液压系统 。 冲击钻机由 4 T N V 9 4 L S 四缸水冷式 柴油机驱动全功率控制变量泵提供动力 ， 综合考虑钻机各使用工况 、 主泵及各执行元件参数 、 多 路 阀特性后确定由 P 1 泵 向 l 4推进油缸供油 ， P 2泵 向 8凿岩机供油 ， P 3泵向 l 5空压机马达供油。因此， 推进 油缸限定在多路 阀 7 - 9联换 向阀之间 ．凿岩机 3 - 6联 换 向阀之间， 空压机马达在 1 2联换向阀之间。 经过科研人员对推土油缸和 回转马达装置工作时 所需液压压力 、 流量计算可知 ， P 3泵对其供油完全可 以 满足要求 。故保留原来 6 t 挖掘机多路阀中第 1 、 2联换 向阀的连接现状 ， 即第 1 联接推土油缸 ， 第 2联接 回转 马达。考虑到此 N a b c o 多路阀只有 9联 ， 而此冲击钻机 共有 1 0个液压 回路 推土油缸 回路 、 回转马达回路 、 凿 岩机回路、 左 、 右行走马达 回路 、 推进油缸 回路 、 动臂油 缸 回路 、 斗杆油缸回路 、 举 升油缸 回路 、 空压机马达 回 路 需要连接 ， 公 司科研人员在 P 3泵外加一个电磁阀 组 ， 引出两条液压回路 见图 3 的办法。 为此 ， 冲击钻机 采取使空压机马达 回油直接流 回油箱的方法 ，减少 回 油阻力。 空压机马达工况为单向旋转起／ 停运动 ， 与其连 接换向阀的动作 由装在驾驶室内的电磁开关来控制 。 使用中便于操作。通过电磁阀组外接电磁开关控制空 压机马达回路与推土油缸 、 回转马达回路通断。 两条 回 路之间进行切换 ，使冲击钻机在钻孔作业时只空压机 马达工作 ． 保证钻孔作业正常进行 ； 在钻机行走时 ， 按 下推土和回转控制开关 ，钻机可以 自由回转和推土铲 自由起 落 。 换 向阀中第 7联接左行走马达 ，第 8联接动臂油 缸 ． 这与多路阀在挖掘机中的应用相同。由第 9 联多路 换 向阀特性可 知将 其与推进油缸连接 可满足使用要 求。 A 9口接推进油缸无杆腔 ， B 9 E I 接有杆腔， 先导油源 压力正常时， P a 9加压， 由于油缸一 钢丝绳式推进器 中推 进油缸反装 ， 凿岩机上提 ， 换 向阀高压油通道 P _ A 9及 低压 回油通道 B 9 一T； P b 9加压 ， 由于油缸一 钢丝绳式推 进器 中推进 ，油缸反装凿岩机 向下推进 ，高压油通道 P - B 9及 回油通 道 A 9 T 。 3 - 6联多路换向阀中第 4联接举升油缸 ， 第 5联接 斗杆油缸 ， 第 6联接右行走马达 ， 这与多路阀在挖掘机 中的应用相同。该多路阀在原来挖掘机应用时， A 3 ， B 3 口是堵死的 ， 现在改接凿岩机液压回路 。由于凿岩机工 作时液压回路是单 回路 。经过凿岩机的液压油直接 回 液压油箱 ，无需经过多路阀汇合后经 回油集流块 回油 箱 ， 需堵死 A 3 ， B 3口二者其一。 选定第 3 联多路换向阀 B 3口接凿岩机进油腔 。先导油源压力正常时 ， P b 8加 压 ， 换向阀高压油通道 P _ B 3通流面积达到最大 ， 此时 A 3 一T通流面积相对较小 ， 会产生较大背压 ． 不仅会增 加无功消耗 ， 而且还会减小主泵排量 ， 降低钻孔工作效 率。 为此， 冲击钻机采取堵住 A 3油 口， 使凿岩机 回油直 接流回油箱的方法 ， 减少回油阻力。 确定 了多路 阀与各执行元件的连接方式后 ．公司 科技人员全面分析钻机各使用工况 ， 反复试验 、 测试 。 从安全性 、钻孔效率等角度出发对液压系统进一步优 化设计。 冲击钻机钻孑 L 工作时 ，由于是推进油缸有杆腔进 油 ， 经过仔细计算发现钻杆无法顶起钻桅 ， 凿岩机 向下 推进时所需压力 5 - 6 MP a即可 ， 故在与推进油缸有杆腔 相连油路上设置一个减压阀 而凿岩机提升时． 由于是 推进油缸有杆腔进油 ，速度过快严重时会使凿岩机猛 烈撞击上端 限位装置 ， 对凿岩机 、 限位装置 、 钻桅 等造 成一定损害。为此 ， 科研人员在与推进油缸无杆腔相连 油路上设置一个减压阀， 以此限定凿岩机提升速度。 全功率控制变量主泵 P 1泵、 P 2泵排量相同．钻孔 工作时 ， P 1 泵流量远高于推进油缸工作需求 ，而 P 2泵 流量刚好满足凿岩机对流量的需求。为此 ． 科研人员在 减压阀前设置一个合流单 向阀 如图 3所示 ， 将推进油 缸有杆腔进油油路上多余压力油引至凿岩机 。 这样不仅 可以加快凿岩机转速，而且可以减少液压油溢流生热． 避免既造成流量浪费 ， 又会使油温升高； 同时可以使凿 3 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 2年 第 5期 基于 L A B V I E W 的陶瓷砖压机 多通道同步数据采集系统的设计 陈开容， 肖体兵， 陈剑茅 广东工业大学 机电工程学院 ， 广东 广州 5 1 0 0 0 6 摘要 为了能够更精准、 方便的对 陶瓷压砖机进行数据采集 ， 以 N I D A Q采集卡为硬件平台 ， 用 L A B V I E W 软件为陶瓷压砖机设计了 多通道 同步数据采集 系统 。 阐述了系统 的总体设计流程、 采集卡的选用和软件设计思路 。 简单介绍 了几种主要功能 的编程实现。 该系统 实 现了对 8路模拟量通道 的高速同步采样 ．结合 数字 量采集卡用软件方式完成 了最多 8路模拟量通道与 3 2路数字量通道 的同步采 样 ， 具备采集 、 滤波、 波形微分积分 、 频谱分析 、 存储和读取 等功能 。 现场试验表明该系统能够实现对压机全面监测 ， 效果 良好 ， 可用于现 场长期使用。 关键词 L A B V I E W； 数据采集 ； 多通道 ； 同步 ； 陶瓷砖压机 中图分 类号 T H1 3 7 T P 2 7 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 5 0 0 3 6 0 4 Th e De s i g n o f M u l t i c ha n ne l S y nc h r o n o u s Da t a Ac q u i s i t i o n S y s t e m o f Ce r a mi c Br i c k Pr e s s Ba s e d o n L ABVI EW C HE N Ka i r o n g， XI A 0 T i b i n g， C HE N J i a n - ma o D e p t ．o f Me c h a n i c a l E l e c t r o n i c E n g ． ，G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t B y u s i n g t h e N I - D A Q a c q u i s i t i o n c a r d a s t h e h a r d w a r e p l a t f o r m a n d s o f t w a r e a s L A B V I E W，T h e m u l t i c h a n n e l s y n c h r o n o u s d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m f o r a c e r a mi c b ric k p r e s s wa s d e s i g n e d ， wh i c h ma k e s t h e s a mp l i n g mo r e p r e c i s e a n d c o n v e n i e n t ． T h i s p a p e r d e s c ri b e s t h e p r o c e s s o f t h e o v e r a l l d e s i g n ， t h e s e l e c t i o n o f a c q u i s i t i o n c a r d a n d t h e i d e a s o f s o f t w a r e d e s i g n ， b rie fl y i n t r o d u c e s s e v e r a l p r o g r a mmi n g s ． T h i s s y s t e m h a s 8 a n a l o g c h a n n e l s for h i g h- s p e e d a n d s y n c h r o n o u s s a mp l i n g ， o r 8 a n alo g c h a n n e l s a n d 3 2 d i g i t al c h a n n e l s for s y n c h r o n o u s s a mp l i n g c o mb i n e d w i t h t h e d i g i t a l a c q u i s i t i o n c a r d b y u s i n g t h e s o f t w a r e ， h a s t h e f u n c t i o n s o f t h e a c q u i s i t i o n ， fi l t e rin g ， i n t e g r al o r d i ff e r e n t i a l o f w a v e ， s p e c t r u m a n a l y s i s ， s t o ri n g a n d r e a d i n g d a t a ， e t c ． t h e t e s t s s h o w t h a t t h e s y s t e m c a n a c h i e v e t h e c o mp r e h e n s i v e mo n i t o rin g o f p r e s s ， a n d h a s g o o d r e s u l t s ． Ke y wo r d s L AB VI EW ； d a t a a c q u i s i t i o n ； mu l t i - c h a n n e l ； s y n c h ron i z a t i o n； c e r a mi c b ri c k p r e s s 0 引言 陶瓷压砖 机是介于粉料输 送和窑炉烧 制工段之 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 2 0 7 作者简介 陈开容 1 9 8 7 一 ， 男 ， 江西萍乡人 ， 在读硕 士研究生 ， 现从 事机 电液智能控制与仿真研究 。 间， 对粉料施压成形 ， 最后烧制为瓷砖 ， 是集机 电液一 体化的现代高技术设备 ，在建筑陶瓷行业 占有重要地 位。陶瓷压砖机的一般压制过程为推砖一 布料一动梁下 降_压制- 动梁上升 ， 通过电气系统控制液压回路 ， 从 而达到控制压砖机循环动作的 目的。为了获取压砖机 是否工作正常、 性能是否稳定 的信息 ， 仅仅通过 电气控 岩机与钻杆推进达到最佳匹配 ， 提高钻孔效率。 5 结论 该钻机性能与基本参数均达到了设计要求 。与国 内同类产 品相 比， HD D P 4 0型冲击钻机凭借造型美观 ， 操作方便 ， 工作效率 高 ， 能耗低及安全可靠等优势 ， 深 受客户喜爱 ， 产 品销量大。由此验证冲击钻机液压系统 设计方法 比较合理 ，可为同类工程机械产品液压系统 的设计提供一定借鉴。 36 参 考 文 献 【 1 】 杜成甫． 一种潜孔挖掘机【 J 】 ． 工程机械， 2 0 1 1 ， 2 ． 【 2 】 孔德文， 赵克利， 徐宁生． 液压挖掘 机【 M】 ． 北京 化学工 业出版 社 ． 2 0 0 7 ． 【 3 】 明仁雄 ， 王会雄． 液压与气压传动[ M】 ． 北京 国防工业 出版社 ， 2 00 3． 【 4 】 雷天觉． 液压工程手册【 M】 ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 8 ． 【 5 】 贾正 伟 ， 等． H D D R S 0型一体化 液压切 削钻 机【 J ] ． 工程 机械 ， 2 0 1 1 ， 1 0 ．
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