用液壓傳動技術實現鉆孔機立柱垂直度調整的方法研究

陳忠潤，李明相

（云南能源職業技術學院，云南曲靖，655000）

1 比例脈沖控制器

多功能鉆孔機在工作運行過程中必須時刻調整立柱垂直度，確保立柱垂直度調整機構建設到位，它關乎鉆孔機的成孔質量，主要體現在成孔錐尺度以及承裝承載能力等多項指標上，滿足鉆孔機立柱垂直度調整要求。換言之，要利用液壓傳動技術來模擬比例脈沖控制技術，如此可實現對鉆孔機立柱的垂直度有效調整，分別利用手動與自動兩種調節方式最大程度保證成孔垂直度。

液壓傳動技術系統中的比例脈沖控制器控制技術概述

1.1 比例脈沖控制器的基本構成

比例脈沖控制器的基本構成部分包括了誤差放大器、鋸齒波發生器、電壓比較器以及驅動電路，它們共同組合負責對鉆孔機立柱成孔垂直度進行調整，明確調整工作原理，如圖1。

圖1 鉆孔機立柱成孔垂直度調整控制器工作原理

1.2 比例脈沖控制器的比例脈沖控制原理

在比例脈沖控制器中存在誤差放大器，其價值作用是對傳感器所送來的電壓與設定角度電壓差值進行分析，同時判斷電磁閥工作極性。具體分析，誤差放大器中包括了IC1以及IC2兩部分，另外附帶有周邊元件。結合圖1內容可以進一步了解到傳感器是配合電壓U2加入到IC1以及IC2±端的，如果架設交角度電壓始終保持不變，所以需要始終保持U1=U2，U1＞U2或者U1＜U2 3種狀況，分析電路輸出情況。如果U1=U2，所以IC1以及IC2中的±輸入端電壓是完全相等的，所以U1=U2、U3=U4。

如果U1＞U2，則IC1＋端電壓＜IC2＋端，電壓整體＞-端，這其中電壓高低的計算公式應該參考如下：U1-U2=△U，且U1與U2成正比關系。

如果U1＜U2，則IC1＋端＞-端，IC2＋端＜-端，所以有U1=0、U2＞0，則電壓高低中U2-U1=△U成正比關系。

結合上述分析可以了解到，在分析U2電壓變化過程中，需要了解到IC1以及IC2中總有一個在輸出、另一個則是未輸出狀態，如此就能起到極性判別作用。但如果U2變小，則IC2會輸出電壓；如果U2變大，則IC1會輸出電壓。這里還需要進一步分析電壓比較器組成，電壓比較器在分析誤差放大器過程中必須計算分析誤差情況，以及脈沖過程中有效驅動電路控制情況，做到對電磁閥的合理開閉。結合這一點分析當誤差電壓不斷升高時，電壓比較器的輸出脈沖數量也會越來越多、脈沖寬度越來越寬，對電磁閥表現進行分析，傳感器的傾斜度也會越來越大，此時要分析電磁閥開通次數，當電磁閥開通次數逐漸增多時，電磁閥開通時間就會越來越長。在電壓比較器工作過程而言，需要對其傳感器比例調節過程建立分析機制，如此可進一步分析IC1、IC2中±端誤差放大器兩大輸出端，分析多種假定狀況下的電壓比較器輸出狀況，所以如果U1=U2=0，它的＋端電壓應該為0，兩電壓比較器輸出也應該為0。如果IC1、IC2中＋端電壓高于-端電壓，需要對運算放大器的工作開環狀態與增益逐漸增大情況進行分析，了解IC1、IC2的飽和狀態，思考其輸出電壓是否接近電源電壓情況。就這一點必須分析鋸齒波電壓，在電壓不斷升高過程中，需要分析±兩端所存在的電壓差值減小情況，最后分析輸出電壓可能會跳回零電位。

2 液壓傳動技術系統中的鉆孔機立柱偏斜受力情況分析

2.1 液壓傳動技術系統中的鉆孔機立柱偏斜受力過程

在液壓傳動技術系統中，需要對鉆孔機立柱成孔過程中的偏斜受力情況進行分析，實際上它為液壓缸受力，所以需要通過萬向球鉸與鉆孔機的連接情況建立液壓缸支承機構。具體來講，由于液壓機屬于二力桿件，所以需要分析液壓缸系統中的立柱受力狀況，保證立柱偏斜分解到位。實際上所謂鉆孔機立柱偏斜即平面內的傾斜。

假設在液壓傳動技術系統中設置有兩個液壓缸，其對立柱作用力所產生的指向點為至少兩點，其中受力可設置為F1和F2，需要分析其軸力矩平衡方程進行分析：建立力矩平衡方程機制，具體如下：

在上述力矩平衡方程機制中，其中l1、l、α標識不同力矩距離，如果立柱偏斜過程中需要分析受力情況，對實際鉆孔機建立公式如下：

在實際鉆孔機上，立柱偏斜一般偏小，所以α值也相對偏小，此時k≈0，則立柱在平面內不傾斜處于垂直狀態時，應該符合α=β、θ=γ，即兩個液壓缸對立柱作用力產生影響，且作用力相等。如果立柱在平面內傾斜，則兩個液壓缸對立柱作用力大小相等，此時需要分析作用力大小發生變化，但立柱偏斜明顯較小，但其變化比較顯著。如果α、β變化則相對不明顯，此時需要分析立柱的實際偏斜狀況，其立柱支撐缸的立柱作用力逐漸減小，所以有F1作用力減小，F2作用力增大。

2.2 液壓傳動技術系統中的鉆孔機立柱偏斜受力結論

結合上述液壓傳動技術系統，需要分析鉆孔機立柱偏斜受力情況，得出結論。首先，立柱偏斜可理解為發生了平面內傾斜情況；其次，在立柱前后傾斜過程中，存在兩個支撐缸內壓力相同情況；第三，在立柱左右傾斜過程中，需要分析立柱傾斜方向，對支撐缸桿腔內壓力增加問題進行分析總結。

3 液壓傳動技術系統中的鉆孔機雙液控方向閥結構與工作原理分析

3.1 雙液控方向閥結構的分析

在分析雙液控方向閥結構過程中，需要對其結構與液動式方向閥問題進行分析，了解閥芯兩側不使用彈簧的限位技術機制，采用彈簧限位技術，對閥門處于中位控制過程對一側彈簧力增大、另一側彈簧力減小情況進行比較，即液壓力比較，如此的閥芯相對于閥體是處于滑動狀態的，調節流量控制液壓缸運行速度，保證輸出回油速度，保證這一速度與節流口速度相同即可。在方向閥結構分析過程中配合兩個液壓缸，建立并聯結構，結合方向閥閥芯位置變化來分析液壓缸的單獨供油狀況。最后分析閥芯中位過程中，必須對液壓缸的有桿腔與無桿腔部分進行聯動分析，確保液壓缸有效供油。

3.2 液壓傳動技術系統的工作原理分析

在液壓傳動技術系統中，需要采用液壓系統手動工作方式與液壓系統自動控制方式兩種方式。就以液壓系統自動控制方式為例，它專門以兩位兩通方向閥進行系統操作，保證系統正常進入到自動調節狀態中，并設置方向閥的手動與自動兩大選擇按鈕，要合理利用液壓系統自動控制方法，確保三位四通方向閥手動控制到位，正確選擇工作位，同時對彈簧力左右兩側液壓力比較結果進行分析與選擇。如果立柱在平面內出現前后方向傾斜，就必須對兩液壓缸有感腔內油壓減小問題進行分析，確保彈簧力立柱垂直壓力計算到位。如果液壓缸桿腔內小于彈簧力立柱垂直壓力，則需要利用三位四通方向閥工作位進行分析，保證雙液控方向閥中位設置到位，它主要考察液壓泵的等量液壓缸桿腔供油情況，推動壓力會所狀況，確保立柱垂直度有效調整，建立二位二通方向閥有效換位，將液壓缸工作狀態完全鎖定。

如果采用液壓系統手動工作方式，則需要建立三位四通方向閥，配合手動手柄，隨時調整工作狀態，配合回油箱與液壓缸建立閉鎖運行狀態。在液壓泵排除油液流入雙液控方向閥時，就必須對左右兩個油缸進行外伸處理。在此時，雙液控方向閥工作在左位，其左側液壓缸中應該采用無桿腔供油，如此才會向外伸出。結合上述液壓系統手動工作調節方式，可確保鉆孔機立柱不發生偏斜，全過程在受力狀況下始終保持垂直狀態，如果出現偏斜則會及時做好調整。