千米定向钻机液压回转回路动态特性仿真.PDF

千米定向钻机液压回转回路动态特性仿真 刘庆修 张建明 刘桂芹 胡亚 （煤炭科学研究总院西安研究院，西安 710077） 摘 要：千米定向钻机是目前最先进的全液压动力头式坑道钻机，主要用于煤矿井下近水平钻孔 施工，从而抽采瓦斯实现安全开采。针对控制动力头回转的液压回转回路，分别施加额定转矩内负载 和超额定转矩负载，对该回路的动态特性进行了仿真。结果表明，该回路在额定转矩内负载较好地实 现了负载敏感功能。该研究对于提高钻机的可靠性具有重要意义。 关键词：千米定向钻机；动态特性；仿真；液压回转回路；负载敏感 Dynamic Performance Simulation of Rotational Hydraulic Circuit in One-kilometer Directional Drilling Rig Liu Qingxiu Zhang Jianming Liu Guiqin Hu Ya (Xi’an Branch of China Coal Research Institute, Xi’an China, 710077) Abstract: As the most advanced head-type hydraulic tunnel rig , the one-kilometer directional drilling rig is mainly used to drill horizontal holes in coalseam to drain gas for safe underground mining. The dynamic performance of rotational hydraulic circuit is simulated under two load conditions, one is less than rated torque, the other is greater than rated torque. The simulation results show that the hydraulic circuit has good load sensing performance when the load is less than rated torque. This study is very meaningful to improve the reliability of the drilling rigs. Key words: One-kilometer directional drilling rig, Dynamic performance, Simulation, Rotaitonal hydraulic circuit, Load sensing 1 引言 千米定向钻机是我国首套具有自主知识产权的井下履带式瓦斯抽采定向钻进装备，适用于 f ≥1.5 的煤或非水敏性地层，应用范围包括井下工作面和掘进面沿煤层走向瓦斯长钻孔以及探放水、地面勘 探等各类定向钻孔施工。千米钻机具有系统集成化程度高、钻进能力大、工艺适应性强的特点，是目 前最为先进的煤矿坑道钻机[1] 。 千米定向钻机能够实现孔口回转钻进和孔底马达定向钻进两种不同的钻进工艺。在孔口回转钻进 时，钻杆同时旋转和给进；而孔底马达定向钻进时，仅有钻杆给进。钻机负载是指在其工作过程中液 压执行元件运动所需克服的各种阻力。在孔口回转钻进中，钻机的负载包括给进负载和回转负载。其 中，回转负载则由孔底的切削负载和回转钻杆的负载组成。回转负载的大小除受到所钻地层岩性、钻 孔直径大小、钻孔深度、回转速度等因素影响外，还与孔底钻头压力的大小有关。孔底压力越大，钻 头切入深度越深，破碎岩石所需转矩越大；孔底压力太大，转矩达到系统安全阀设定的最大值时，会 出现“罢车”现象，不能正常钻进。实际工作中通过控制孔底压力的大小使实际转矩稳定工作在最大 转矩之下。 由于千米定向钻机采用液压控制，因而液压系统的动态特性对于钻机性能具有重要影响。为此， 本文针对控制动力头回转的液压回转回路，分别施加额定转矩内负载和超额定转矩负载，对该回路的 动态特性进行了仿真。 2 液压回转回路模型 如图