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TR系列旋挖钻机液压系统回路分析
2024年5月18日发(作者：孝雁菱)
TR系列旋挖钻机液压系统回路分析
摘要：本文分析了TR系列旋挖钻机液压系统回路组成，并进一步分析计算
了TR280D旋挖钻机动力头液压回路和主卷扬液压回路，计算了该型旋挖钻机的
动力头的输出扭矩、输出转速和主卷扬的最大提升力、提升速度，经计算满足
TR280D旋挖钻机的设计要求。
关键词：旋挖钻机；液压系统；多路阀；动力头；主卷扬。
1 引言
旋挖钻机是机电液高度集成、主要用于大直径深孔灌注桩成孔施工的高端设
备，具有效率高、污染少、功能多的特点，目前在国内外的现浇混凝土灌注桩施
工中已占据主力机型的位置
[1,2]
。旋挖钻机具有以下诸多优点：机、电、液一体化
高度集中，操作便利；输出扭矩大且轴向加压力大，地层适应范围广；机动灵活、
施工效率高；成孔质量好；环境保护性能好，是理想的成孔作业施工设备，代表
着桩工机械的发展方向。
2 TR系列旋挖钻机液压系统原理及组成
TR系列旋挖钻机液压系统采用卡特彼勒的液压系统主控回路、先导控制回路，
使用先进的负载反馈技术。采用全液压控制驱动，由柴油发动机向液压泵提供
动力，使液压泵输出液压油通向液压控制阀，由液压控制阀向马达或油缸输入具
有方向、压力和流量的液压油，马达或油缸驱动执行机构完成各项动作。辅泵输
出的液压油由辅助控制多路阀控制，按旋挖钻机的动作要求分配给小功率的执行
元件；先导泵输出的压力油由先导阀控制，为先导执行元件提供动力；冷却泵输
出的压力油为旋挖钻机冷却系统执行元件提供动力。TR系列旋挖钻机液压系统回
路主要包括：泵控回路、主副卷扬回路、调幅回路、行走回路、平台回转回路、
动力头旋转回路、加压回路。南车时代TR系列液压驱动示意图见图1。
[1][3]
[3]
[2]
图1 TR系列旋挖钻机液压驱动示意图
3 TR系列旋挖钻机主要液压系统回路分析
3.1 TR280D旋挖钻机动力头液压回路分析计算
动力头是旋挖钻机最重要的工作机构，其主要功能是带动钻杆回转，是钻机
完成钻孔工作的重要组成部分。动力头回路依据额定扭矩的大小确定液压马达的
数量，一般情况下选用两台马达，对于大扭矩旋挖钻机，可选择三台马达驱动动
力头。旋挖钻机在进行钻孔作业时，既要大扭矩钻进，又要快速抛土，需要频繁
的改变动力头的旋转速度，因此，动力头回路一般选用的是变量泵加变量马达。
动力头根据实际情况可实现单泵供油和双泵合流供油。
图2 动力头液压原理图
动力头由两个液压马达驱动，动力头大小齿轮减速比
i
d
=4.8，减速机减速比
i
n
=32.6。动力头马达采用力士乐变量柱塞马达A6VM200HA2，马达排量可以在最
大排量和设定最小排量之间转换，马达排量
V
g
=200/78mL/r。动力头回路控制是
变量泵—变量马达形式，当马达在最大排量时转速最小，在最小排量时转速最大。
动力头扭矩公式：
3.1）
（
式中：
T
—动力头输出扭矩，KN·m；
V
g
—动力头液压马达排量，mL/r；
Δ
p
—马达计算压差，取31MPa；
η
mh
—液压马达机械液压效率，取0.92。
动力头最大扭矩：
动力头钻进时转速：
（
3.2）
式中：
n
—动力头转速，r/min；
Q
—动力头回路流量，L/min；
V
g
—动力头液压马达排量，mL/r；
η
v
—马达容积效率，取0.95。
动力头钻进输出最低转速：
n
min
=560/2*0.95/200/4.8/32.6*1000=8.5r/min
动力头钻进输出最高转速：
n
max
=560/2*0.95/78/4.8/32.6*1000=21.8 r/min
3.2 TR280D旋挖钻机主卷扬液压回路分析计算
旋挖钻机主卷扬系统是其主要工作装置，主要完成钻杆上提、下放以及钻进
过程中的浮动，在作业过程中下放非常频繁主卷扬上提和下放的作用时间占用了
整个钻进周期的55%，其中提钻34%，下钻21%。因此，主卷扬提升、下放速度是
影响旋挖钻机施工效率主要因素之一。主卷扬回路的功能是提升和下放钻杆钻具，
是旋挖钻机完成钻孔作业的重要部件。在旋挖钻机进行下放或提升作业时，须打
开主卷扬制动器；特定情况下，系统使主卷扬马达进回油接通，卷扬处于浮动状
态，操作加压油缸对钻杆进行加压，以便使钻杆顺利进行钻进。
[4]
图3 主卷扬液压原理图
1—主卷扬马达；2—过载溢流阀两位三通阀；3—单向阀；4—平衡阀；5—
补油单向阀；6—梭阀；
7—开关阀；8—减压阀；9—浮动阀；10—制动液压缸；11—梭阀；12—电
磁阀；
主卷扬马达跟动力头马达一样，也是变量泵—变量马达形式，主卷扬马达采
用力士乐变量柱塞马达A6VE160HD1D，马达排量
V
g
=160/100mL/r，当马达在最大
排量时转速最小，在最小排量时转速最大。
最大提升力：
3.3）
（
式中：
V
g
—主卷扬马达排量，160mL/r；
i
—主卷扬减速机减速比，取
i
=115.4；
Δ
p
—马达计算压差，取32MPa；
η
mh
—液压马达机械液压效率，取0.95；
η
v
—马达容积效率，取0.95；
D
w
—卷扬卷筒直径，取700mm。
主卷扬最大提升力：
F
max
=2*1.59*160*32*0.95*0.95*115.4/700/10=242.2KN
主卷扬提升速度：
3.4）
（
式中：
V
g
—主卷扬马达排量，160mL/r；
i
—主卷扬减速机减速比，
i
=115.4
η
v
—马达容积效率，取0.95；
D
w
—卷筒直径，取700mm；
Q
—主卷扬回路流量，560L/min。
主卷扬钢丝绳提升速度：
v
=560*0.95*700*3.14/160/115.4=63.3m/min。
4 结论
1.
本文介绍了TR系列旋挖钻机液压系统的原理及构成。
2.
完成TR280D型旋挖钻机动力头回路和主卷扬回路的分析计算，包括动力头
的输出扭矩、输出转速和主卷扬的最大提升力、提升速度，经计算满足TR280D
旋挖钻机的设计要求。
参考文献
[1] 何清华. 旋挖钻机研究与设计[M].中南大学出版社,2012. 03.
[2] 黎中银, 焦生杰. 旋挖钻机与施工技术[M].人民交通出版社,2010. 02.
[3] 黎起富, 李均良.TR250D型旋挖钻机总体设计[J].工程机械.
2008,(09):41-5+7.
[4] 任艳维.TR200DH旋挖钻机主卷扬液压回路分析[J].流体传动与控制.
2013,(06):31-3.
3
2024年5月18日发(作者：孝雁菱)
TR系列旋挖钻机液压系统回路分析
摘要：本文分析了TR系列旋挖钻机液压系统回路组成，并进一步分析计算
了TR280D旋挖钻机动力头液压回路和主卷扬液压回路，计算了该型旋挖钻机的
动力头的输出扭矩、输出转速和主卷扬的最大提升力、提升速度，经计算满足
TR280D旋挖钻机的设计要求。
关键词：旋挖钻机；液压系统；多路阀；动力头；主卷扬。
1 引言
旋挖钻机是机电液高度集成、主要用于大直径深孔灌注桩成孔施工的高端设
备，具有效率高、污染少、功能多的特点，目前在国内外的现浇混凝土灌注桩施
工中已占据主力机型的位置
[1,2]
。旋挖钻机具有以下诸多优点：机、电、液一体化
高度集中，操作便利；输出扭矩大且轴向加压力大，地层适应范围广；机动灵活、
施工效率高；成孔质量好；环境保护性能好，是理想的成孔作业施工设备，代表
着桩工机械的发展方向。
2 TR系列旋挖钻机液压系统原理及组成
TR系列旋挖钻机液压系统采用卡特彼勒的液压系统主控回路、先导控制回路，
使用先进的负载反馈技术。采用全液压控制驱动，由柴油发动机向液压泵提供
动力，使液压泵输出液压油通向液压控制阀，由液压控制阀向马达或油缸输入具
有方向、压力和流量的液压油，马达或油缸驱动执行机构完成各项动作。辅泵输
出的液压油由辅助控制多路阀控制，按旋挖钻机的动作要求分配给小功率的执行
元件；先导泵输出的压力油由先导阀控制，为先导执行元件提供动力；冷却泵输
出的压力油为旋挖钻机冷却系统执行元件提供动力。TR系列旋挖钻机液压系统回
路主要包括：泵控回路、主副卷扬回路、调幅回路、行走回路、平台回转回路、
动力头旋转回路、加压回路。南车时代TR系列液压驱动示意图见图1。
[1][3]
[3]
[2]
图1 TR系列旋挖钻机液压驱动示意图
3 TR系列旋挖钻机主要液压系统回路分析
3.1 TR280D旋挖钻机动力头液压回路分析计算
动力头是旋挖钻机最重要的工作机构，其主要功能是带动钻杆回转，是钻机
完成钻孔工作的重要组成部分。动力头回路依据额定扭矩的大小确定液压马达的
数量，一般情况下选用两台马达，对于大扭矩旋挖钻机，可选择三台马达驱动动
力头。旋挖钻机在进行钻孔作业时，既要大扭矩钻进，又要快速抛土，需要频繁
的改变动力头的旋转速度，因此，动力头回路一般选用的是变量泵加变量马达。
动力头根据实际情况可实现单泵供油和双泵合流供油。
图2 动力头液压原理图
动力头由两个液压马达驱动，动力头大小齿轮减速比
i
d
=4.8，减速机减速比
i
n
=32.6。动力头马达采用力士乐变量柱塞马达A6VM200HA2，马达排量可以在最
大排量和设定最小排量之间转换，马达排量
V
g
=200/78mL/r。动力头回路控制是
变量泵—变量马达形式，当马达在最大排量时转速最小，在最小排量时转速最大。
动力头扭矩公式：
3.1）
（
式中：
T
—动力头输出扭矩，KN·m；
V
g
—动力头液压马达排量，mL/r；
Δ
p
—马达计算压差，取31MPa；
η
mh
—液压马达机械液压效率，取0.92。
动力头最大扭矩：
动力头钻进时转速：
（
3.2）
式中：
n
—动力头转速，r/min；
Q
—动力头回路流量，L/min；
V
g
—动力头液压马达排量，mL/r；
η
v
—马达容积效率，取0.95。
动力头钻进输出最低转速：
n
min
=560/2*0.95/200/4.8/32.6*1000=8.5r/min
动力头钻进输出最高转速：
n
max
=560/2*0.95/78/4.8/32.6*1000=21.8 r/min
3.2 TR280D旋挖钻机主卷扬液压回路分析计算
旋挖钻机主卷扬系统是其主要工作装置，主要完成钻杆上提、下放以及钻进
过程中的浮动，在作业过程中下放非常频繁主卷扬上提和下放的作用时间占用了
整个钻进周期的55%，其中提钻34%，下钻21%。因此，主卷扬提升、下放速度是
影响旋挖钻机施工效率主要因素之一。主卷扬回路的功能是提升和下放钻杆钻具，
是旋挖钻机完成钻孔作业的重要部件。在旋挖钻机进行下放或提升作业时，须打
开主卷扬制动器；特定情况下，系统使主卷扬马达进回油接通，卷扬处于浮动状
态，操作加压油缸对钻杆进行加压，以便使钻杆顺利进行钻进。
[4]
图3 主卷扬液压原理图
1—主卷扬马达；2—过载溢流阀两位三通阀；3—单向阀；4—平衡阀；5—
补油单向阀；6—梭阀；
7—开关阀；8—减压阀；9—浮动阀；10—制动液压缸；11—梭阀；12—电
磁阀；
主卷扬马达跟动力头马达一样，也是变量泵—变量马达形式，主卷扬马达采
用力士乐变量柱塞马达A6VE160HD1D，马达排量
V
g
=160/100mL/r，当马达在最大
排量时转速最小，在最小排量时转速最大。
最大提升力：
3.3）
（
式中：
V
g
—主卷扬马达排量，160mL/r；
i
—主卷扬减速机减速比，取
i
=115.4；
Δ
p
—马达计算压差，取32MPa；
η
mh
—液压马达机械液压效率，取0.95；
η
v
—马达容积效率，取0.95；
D
w
—卷扬卷筒直径，取700mm。
主卷扬最大提升力：
F
max
=2*1.59*160*32*0.95*0.95*115.4/700/10=242.2KN
主卷扬提升速度：
3.4）
（
式中：
V
g
—主卷扬马达排量，160mL/r；
i
—主卷扬减速机减速比，
i
=115.4
η
v
—马达容积效率，取0.95；
D
w
—卷筒直径，取700mm；
Q
—主卷扬回路流量，560L/min。
主卷扬钢丝绳提升速度：
v
=560*0.95*700*3.14/160/115.4=63.3m/min。
4 结论
1.
本文介绍了TR系列旋挖钻机液压系统的原理及构成。
2.
完成TR280D型旋挖钻机动力头回路和主卷扬回路的分析计算，包括动力头
的输出扭矩、输出转速和主卷扬的最大提升力、提升速度，经计算满足TR280D
旋挖钻机的设计要求。
参考文献
[1] 何清华. 旋挖钻机研究与设计[M].中南大学出版社,2012. 03.
[2] 黎中银, 焦生杰. 旋挖钻机与施工技术[M].人民交通出版社,2010. 02.
[3] 黎起富, 李均良.TR250D型旋挖钻机总体设计[J].工程机械.
2008,(09):41-5+7.
[4] 任艳维.TR200DH旋挖钻机主卷扬液压回路分析[J].流体传动与控制.
2013,(06):31-3.
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