KP3500型全液壓轉(zhuǎn)盤式鉆機是我國第一代全液壓特大口徑工程鉆機，鉆孔直徑可達3.5m，深度120m。該機在國內(nèi)首先采用四泵雙馬達組成恒功率回路驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，并采用液壓缸代替卷揚機，起重量大(可達1.2 MN)，速度快，升降平穩(wěn)，還可以在必要時進行加壓鉆進。該鉆機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)外先進技術(shù)和成功經(jīng)驗，結(jié)合我國國情和鉆機的具體使用要求。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的可靠性，降低工人勞動強度。
　　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)不同鉆進工藝的要求，但是，變量控制回路和液壓泵驅(qū)動機構(gòu)較復(fù)雜。KP3500型全液壓鉆機采用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。
　　由于鉆機施工地層情況復(fù)雜，負載多變，要求鉆機能隨負載的變化自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，而恒功率變量系統(tǒng)能適應(yīng)負載工況的要求，即隨負載的增加，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的功率，達到最佳的鉆進效果。A7V160LV1R恒功率變量泵的工作特點正在于它的排量能隨負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，則馬達輸出的功率N基本上等于泵輸入的功率，亦為恒值，由馬達的功率公式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，隨著負載的變化，馬達輸出的轉(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，組合機能強，密封性好，結(jié)構(gòu)緊湊，抗污染能力強，易于集成等優(yōu)點。并采用集成塊，顯著減小了尺寸和重量。
　　2.3　馬達的選擇
　　工程機械多數(shù)要求轉(zhuǎn)速低而轉(zhuǎn)矩大，所以低速大扭矩液壓馬達的應(yīng)用成為發(fā)展趨勢，它與高速小扭矩馬達加減速器的方式相比，優(yōu)點在于減少了機械傳動件，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；當傳遞轉(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。
　　2QJM62-6.3B低速大扭矩馬達采用鋼球代替了一般內(nèi)曲線液壓馬達所用的滾輪和橫梁，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，改變進入液壓馬達的流量即可改變轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)無級變速的目的；馬達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，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：主機液壓系統(tǒng)原理圖

　　2.4　電磁閥YV1、YV2工作原理
　　1) 由于鉆機工作時流量大，達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YV1a，YV1b斷電時，鉆盤(馬達)處于浮動狀態(tài)，此時可以在不停主機泵組的情況下，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，馬達處于工作狀態(tài)。
　　進油路：
　　泵→馬達。
　　回油路：
　　馬達→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)整馬達彈簧壓緊的變速閥芯，達到液壓馬達換擋調(diào)速的目的，背壓閥設(shè)定壓力0.6～0.8 MPa。
　　3、起重進給系統(tǒng)
　　3.1　起重進給方式的選擇
　　由于KP3500型全液壓鉆機設(shè)計鉆孔直徑3.5m，孔深120m，整個鉆具重量達數(shù)十噸，如果利用鋼絲繩-滑輪倍增機構(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)盤鉆機鉆進時主要是在減壓工況下工作，其鉆壓和進給速度的調(diào)節(jié)要人工通過升降機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，