KP3500型全液壓轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)是我國第一代全液壓特大口徑工程鉆機(jī)，鉆孔直徑可達(dá)3.5m，深度120m。該機(jī)在國內(nèi)首先采用四泵雙馬達(dá)組成恒功率回路驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，并采用液壓缸代替卷揚(yáng)機(jī)，起重量大(可達(dá)1.2 MN)，速度快，升降平穩(wěn)，還可以在必要時進(jìn)行加壓鉆進(jìn)。該鉆機(jī)1991年年底投入銅陵長江大橋使用，1992年通過建設(shè)部鑒定，此后又在廣東虎門大橋、福建廈門海滄大橋、南京長江二橋、湖北荊沙長江大橋、浙江錢塘江三橋等國家重大工程中使用，因其效率高、工作平穩(wěn)而受到施工單位一致好評，并榮獲建設(shè)部科技進(jìn)步二等獎和國家級新產(chǎn)品獎。因此，設(shè)計適用可靠的液壓系統(tǒng)，對保證鉆機(jī)的使用性能至關(guān)重要。
　　1、液壓系統(tǒng)設(shè)計的基本原則
　　利用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和成功經(jīng)驗，結(jié)合我國國情和鉆機(jī)的具體使用要求。力求簡單和適用，盡可能地利用最少的液壓元件來實現(xiàn)鉆機(jī)所具備的各種動作。這樣，能夠降低故障發(fā)生概率，提高能量利用率和鉆機(jī)的可靠性，降低工人勞動強(qiáng)度。
　　2、主油路系統(tǒng)
　　2.1　調(diào)速方式和液壓泵的選擇
　　液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式有無級調(diào)速和有級調(diào)速兩大類。無級調(diào)速具有調(diào)速范圍大，能適應(yīng)不同鉆進(jìn)工藝的要求，但是，變量控制回路和液壓泵驅(qū)動機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。KP3500型全液壓鉆機(jī)采用4臺A7V160LV1R恒功率變量泵和2臺2QJM62-6.3B低速大扭矩液壓馬達(dá)組成恒功率調(diào)速系統(tǒng)，把有級變速和無級變速結(jié)合起來，拓寬了調(diào)速范圍，而且在調(diào)速時不需要節(jié)流和溢流，能量利用比較合理，效率高而發(fā)熱少。
　　由于鉆機(jī)施工地層情況復(fù)雜，負(fù)載多變，要求鉆機(jī)能隨負(fù)載的變化自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，而恒功率變量系統(tǒng)能適應(yīng)負(fù)載工況的要求，即隨負(fù)載的增加，系統(tǒng)能夠自動降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩。并能最大限度地利用源動機(jī)的功率，達(dá)到最佳的鉆進(jìn)效果。A7V160LV1R恒功率變量泵的工作特點(diǎn)正在于它的排量能隨負(fù)載壓力的變化自動調(diào)節(jié)，以保證輸入功率接近恒定值。若不計效率，則馬達(dá)輸出的功率N基本上等于泵輸入的功率，亦為恒值，由馬達(dá)的功率公式N＝Mn／974可知，N恒定時，M與n呈雙曲線關(guān)系，即在恒功率變量泵的控制下，隨著負(fù)載的變化，馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n之間按雙曲線關(guān)系自動調(diào)節(jié)，可滿足工況要求，其調(diào)速特性曲線如圖1所示。

圖1：恒功率變量泵-定量馬達(dá)回路調(diào)速特性曲線

　　2.2　液壓閥的選擇
　　為了滿足高壓，大流量的需求，減少液壓系統(tǒng)的造價，提高性能價格比，我們選用了插裝閥。插裝閥具有通流能力大，動作速度快，組合機(jī)能強(qiáng)，密封性好，結(jié)構(gòu)緊湊，抗污染能力強(qiáng)，易于集成等優(yōu)點(diǎn)。并采用集成塊，顯著減小了尺寸和重量。
　　2.3　馬達(dá)的選擇
　　工程機(jī)械多數(shù)要求轉(zhuǎn)速低而轉(zhuǎn)矩大，所以低速大扭矩液壓馬達(dá)的應(yīng)用成為發(fā)展趨勢，它與高速小扭矩馬達(dá)加減速器的方式相比，優(yōu)點(diǎn)在于減少了機(jī)械傳動件，結(jié)構(gòu)簡單，布置維修方便，工作可靠，轉(zhuǎn)矩大，而且低速穩(wěn)定性好。
　　目前，低速大扭矩液壓馬達(dá)的主要形式有多作用徑向柱(球)塞式，雙斜盤軸向柱塞式和擺線轉(zhuǎn)子式等。凡是轉(zhuǎn)速范圍要求寬，徑向尺寸小，軸向不受限制的場合，用雙斜盤軸向柱塞式馬達(dá)；當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩大，低速穩(wěn)定性要求高，采用內(nèi)曲線多作用徑向柱(球)塞馬達(dá)。
　　2QJM62-6.3B低速大扭矩馬達(dá)采用鋼球代替了一般內(nèi)曲線液壓馬達(dá)所用的滾輪和橫梁，因而結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，體積和重量顯著減小，耐沖擊，調(diào)速范圍寬，改變進(jìn)入液壓馬達(dá)的流量即可改變轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)無級變速的目的；馬達(dá)同時又具有兩級變量，而有級變量是通過改變配流軸中變速閥閥芯位置來實現(xiàn)的，因而兼顧有級調(diào)速和無級調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，具有更大的適應(yīng)性(主油路系統(tǒng)液壓原理圖如圖2所示)。

圖2：主機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

　　2.4　電磁閥YV1、YV2工作原理
　　1) 由于鉆機(jī)工作時流量大，達(dá)960L/min，因此各種閥全部采用電磁閥作為先導(dǎo)閥，可以減小操作強(qiáng)度，使操作面板更為緊湊，控制室內(nèi)無油管，改善了操作環(huán)境；當(dāng)YV1a，YV1b斷電時，鉆盤(馬達(dá))處于浮動狀態(tài)，此時可以在不停主機(jī)泵組的情況下，用手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤來調(diào)整鉆桿的方向，以便順利地裝卸鉆桿。
　　2) YV1b通電時，Ib主閥不通，馬達(dá)處于工作狀態(tài)。
　　進(jìn)油路：
　　泵→馬達(dá)。
　　回油路：
　　馬達(dá)→Ia主閥→緩沖閥→背壓閥→冷卻器→油箱。
　　泵的另一出油口，由于電磁閥YV1b通電，其主閥不通，當(dāng)工作壓力超過系統(tǒng)設(shè)定壓力17 MPa時，開啟溢流。
　　3) YV1a通電時，其主閥不通，即馬達(dá)制動；另一路經(jīng)總溢流閥→背壓閥→冷卻器→油箱。
　　4) YV2通電時，用背壓閥的壓力來調(diào)整馬達(dá)彈簧壓緊的變速閥芯，達(dá)到液壓馬達(dá)換擋調(diào)速的目的，背壓閥設(shè)定壓力0.6～0.8 MPa。
　　3、起重進(jìn)給系統(tǒng)
　　3.1　起重進(jìn)給方式的選擇
　　由于KP3500型全液壓鉆機(jī)設(shè)計鉆孔直徑3.5m，孔深120m，整個鉆具重量達(dá)數(shù)十噸，如果利用鋼絲繩-滑輪倍增機(jī)構(gòu)，游動滑車組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單繩起重量大，還要增設(shè)卷場，剎車等附加裝置；而深孔轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)鉆進(jìn)時主要是在減壓工況下工作，其鉆壓和進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)要人工通過升降機(jī)制動器和鋼繩滑車系統(tǒng)來實現(xiàn)，人工調(diào)節(jié)精度低，同時容易引起精神上和體力上的疲勞，