CN101387186A - 矿用液压钻机联动液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用液压钻机联动液压系统，包括动力头马达、给进油缸、卡盘和夹持器，还包括给进油缸选择阀、卡盘联动选择阀和夹持器联动选择阀，其输出端分别与给进油缸、卡盘和夹持器相联，可实现卡盘、夹持器和给进油缸的联动功能；还包括有马达控制阀、卡盘控制阀、夹持器控制阀和给进油缸控制阀，所述马达控制阀、卡盘控制阀、夹持器控制阀和给进油缸控制阀的输出端分别与动力头马达、卡盘、夹持器和给进油缸相联，该系统与现有煤矿全液压钻机液压系统相比，利用钻机旋转或推进产生的2－3MPa的系统背压通过与相应的卡盘、夹持器配合，能够实现液压联动功能，同时将需要多个操作手柄进行操作才能完成的工作大大简化。

Description

矿用液压钻机联动液压系统

技术领域

本发明涉及钻机设备技术领域，特别涉及一种矿用液压钻机联动液压系统。

背景技术

现有的全液压钻机液压系统多为单动功能的系统，即一个操作手柄对应一个执行元件，也有钻机液压系统具有简单联动功能的液压系统，一般多为旋转-卡盘联动。操作工人操作钻机进行一次钻进或退钻操作时需要按照一定的操作流程依次操作多个操作手柄，动作繁琐且容易误操作，而且对操作工人的技术要求较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种新型的液压卡盘，该系统与现有煤矿全液压钻机液压系统相比，通过对结构的改进，利用钻机旋转或推进产生的2-3MPa的系统背压通过与相应的卡盘、夹持器配合，能够实现液压联动功能，同时将需要多个操作手柄进行操作才能完成的工作简化成只需两个操作手柄便能完成。

本发明的一种矿用液压钻机联动液压系统，包括给进油缸、卡盘、夹持器和动力头马达，所述卡盘包括端盖I、端盖II、压盘、外壳、进出油道和对称设置在卡盘内部的卡瓦组，本发明还包括有给进油缸联动选择阀、卡盘联动选择阀和夹持器联动选择阀，所述给进油缸联动选择阀、卡盘联动选择阀和夹持器联动选择阀的输出端分别与给进油缸、卡盘、夹持器相联；所述给进油缸联动选择阀、卡盘联动选择阀和夹持器联动选择阀均为两位四通换向阀；

本发明还包括有马达控制阀、给进油缸控制阀、卡盘控制阀和夹持器控制阀，所述马达控制阀、给进油缸控制阀、卡盘控制阀和夹持器控制阀的输出端分别与动力头马达、给进油缸卡盘和夹持器相联，所述马达控制阀、给进油缸控制阀、卡盘控制阀和夹持器控制阀均为三位四通操作阀；

进一步，所述卡盘为常开式液压卡盘，所述卡盘还包括胶套，所述胶套设置在外壳与卡瓦组之间且与外壳的内壁形成油压腔，所述进出油道经端盖I、外壳与油压腔相连通，卡瓦组还设置有复位弹簧；

所述胶套紧贴于卡瓦组的外表面设置；

进一步，所述夹持器采用蝶簧常闭结构；

进一步，所述夹持器包括夹持器本体，所述夹持器本体包括左夹持装置与右夹持装置，所述左夹持装置包括左松开油缸体、左松开活塞、左卡瓦和左卡瓦座，所述左松开活塞设置在左松开油缸体内部，所述左卡瓦设置在左卡瓦座上且左卡瓦座与左松开活塞的顶部相连；所述右夹持装置包括右松开油缸体、右松开活塞、右卡瓦和右卡瓦座，所述右松开活塞设置在右松开油缸体的内部，所述右卡瓦设置在右卡瓦座上且右卡瓦座与右松开活塞的顶部相连，其特征在于：所述夹持器本体还包括夹紧蝶簧，所述夹紧蝶簧安装在左松开油缸体内部，且两端分别作用于左松开油缸体的底部和左松开活塞的底部；

所述夹持器本体还包括左拉杆和右拉杆，所述左拉杆的一端与左松开油缸体固定连接，所述左拉杆的另一端穿过右卡瓦座；所述右拉杆的一端与右松开油缸体固定连接，所述右拉杆的另一端穿过左卡瓦座；

还包括底座，所述底座上设置有导轨，所述导轨上设置有滑动块，所述夹持器本体设置在滑动块上，所述滑动块可在导轨上沿轨道滑动；

进一步，所述夹持器本体还包括有增力油缸，所述增力油缸设置在右松开油缸体内部，所述增力油缸内设置有增力活塞，所述增力活塞的顶部与右松开活塞底部相连接；

进一步，所述夹持器本体还包括进油口I、进油口II和进油口III，所述进油口I设置在左松开油缸体上并与左松开油缸体与左松开活塞之间的左松开油缸相通；所述进油口II设置在右松开油缸体上并与右松开油缸体与右松开活塞之间的右松开油缸相通；所述进油口III设置在右松开油缸体上并与增力油缸相通。

本发明的有益效果是：该新型联动系统同时具备联动操作及单动操作的功能，当钻机处于联动状态时，通过操作旋转及推进两个操作手柄可以实现钻机钻进及退钻操作的所有功能；当钻机处于单动状态时，用相应的操作手柄可独立操作每个执行元件，在发生钻孔故障时可进行事故处理，该系统与现有煤矿全液压钻机液压系统相比，通过对结构的改进，利用钻机旋转或推进产生的2～3MPa的系统背压通过与独特设计结构的卡盘和夹持器配合，能够实现液压联动功能，将目前需要多个操作手柄进行操作才能完成的工作简化成只需两个操作手柄便能完成；其操作更为简便，上下钻杆更加快捷，大大降低了钻孔操作的辅助时间及对钻机操作工人的技术要求，同时提高了操作的安全系数。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的电路连接示意图；

图2为本发明的连接示意图；

图3为卡盘的结构示意图；

图4为夹持器的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1、图2所示，本发明包括给动力头马达1、给进油缸2、卡盘3和夹持器4，还包括有给进油缸选择阀E1、卡盘联动选择阀E2和夹持器联动选择阀E3，所述给进油缸联动选择阀E1、卡盘联动选择阀E2和夹持器联动选择阀E3的输出端分别与给进油缸2、卡盘3、夹持器4相联；所述给进油缸联动选择阀E1、卡盘联动选择阀E2和夹持器联动选择阀E3均为两位四通换向阀；其中：

给进油缸选择阀E1：进杆或退杆选择，当置于进杆位时，钻机处于向前送进钻杆工作状态；置于退杆位时，钻机处于将钻杆拉回工作状态。

卡盘联动选择阀E2：卡盘单动或联动选择，当E2置于上位时，卡盘与系统联动，当E2置于下位时，可用多路阀相应操作手把对卡盘进行单独操作。

夹持器联动选择阀E3：夹持器单动或联动选择，当E3置于上位时，夹持器与系统联动，当E3置于下位时，可用多路阀相应操作手把对夹持器进行单独操作。

还包括有马达控制阀F1、卡盘控制阀F2、夹持器控制阀F3和夹持器控制阀F4，所述马达控制阀F1、卡盘控制阀F2、夹持器控制阀F3和夹持器控制阀F4的输出端分别与动力头马达1、卡盘3、夹持器4和给进油缸2相联，所述马达控制阀F1、给进油缸控制阀F2、卡盘控制阀F3和夹持器控制阀F4均为三位四通操作阀。其中：

马达控制阀F1：F1置于上位时，马达正转；F1置于下位时，马达反转；F1置于中位时，马达浮动。

给进油缸控制阀F2：F2置于上位时，推进油缸前进；F2置于下位时，推进油缸后退；F2置于中位时，推进油缸浮动。

卡盘控制阀F3：F3置于上位时，卡盘夹紧；F3置于下位时，卡盘松开。

夹持器控制阀F4：F4置于上位时，夹持器夹紧；F3置于下位时，夹持器松开。

如图1所示，马达控制阀F1、给进油缸控制阀F2、卡盘控制阀F3、夹持器控制阀F4均与图中的泵(101)和泵(102)电连接。

为达到更好的联动效果，本实施例中的卡盘2具有为能在0.5MPa的系统背压内保持常开状态的常开卡盘，如图3所示，卡盘3包括端盖I5、端盖II12、压盘6、外壳7、进出油道14和对称设置在卡盘内部的卡瓦组9，还包括胶套8，胶套8设置在外壳7与卡瓦组9之间且与外壳7的内壁形成油压腔15，进出油道14经端盖I5、外壳7与油压腔15相连通；卡瓦组9还设置有复位弹簧13，胶套8紧贴于卡瓦组9的外表面设置。

还包括传扭盘11，1传扭盘11设置在端盖I5与卡瓦组9之间以及端盖II12与卡瓦组9之间。

在外壳7上设置有连接销轴110。

该卡盘的工作过程如下：胶套式液压卡盘通过四根销轴110与动力头空心主轴相连，在主轴上还有两个小孔与外壳7相通，高压油从小孔输入油压腔15，使胶套8受到径向的压缩力，迫使卡瓦组14径向移动而夹紧钻杆；回油时，卡瓦组在弹簧组13的作用下自动复位而松开。

本实用新型的胶套和卡盘外壳一同回转，通过高速回转的空心主轴将高压油直接作用来推动卡瓦夹紧钻杆，而不需要增力机构及推力轴承等。

夹持器3采用蝶簧常闭结构，蝶簧夹紧力能保持孔内钻杆不下滑，本实施例中，夹持器3能在系统压力3.5MPa时完全打开。

为达到更好的联动效果，本发明中的夹持器3的结构如图4所示，夹持器4包括夹持器本体，夹持器本体包括左夹持装置与右夹持装置，左夹持装置包括左松开油缸体19、左松开活塞18、左卡瓦61和左卡瓦座20，左松开活塞18设置在左松开油缸体19内部，左卡瓦61设置在左卡瓦座20上且左卡瓦座20与左松开活塞18的顶部相连；右夹持装置包括右松开油缸体24、右松开活塞23、右卡瓦62和右卡瓦座22，右松开活塞设置在右松开油缸体24的内部，右卡瓦62设置在右卡瓦座22上且右卡瓦座22与右松开活塞23的顶部相连，夹持器本体还包括夹紧蝶簧17，夹紧蝶簧17安装在左松开油缸体19内部，且两端分别作用于左松开油缸体19的底部和左松开活塞18的底部；

夹持器本体还包括左拉杆28和右拉杆27，左拉杆28的一端与左松开油缸体19固定连接，左拉杆28的另一端穿过右卡瓦座22；右拉杆27的一端与右松开油缸体24固定连接，右拉杆27的另一端穿过左卡瓦座20；

夹持器本体还包括有增力油缸33，增力油缸33设置在右松开油缸体24内部，增力油缸33内设置有增力活塞25，增力活塞25的顶部与右松开活塞23底部相连接。

夹持器本体还包括进油口I 30、进油口II 31和进油口III 32，进油口I 30设置在左松开油缸体19上并与左松开油缸体19与左松开活塞18之间的左松开油缸相通；进油口II 31设置在右松开油缸体19上并与右松开油缸体23与右松开活塞23之间的右松开油缸相通；所述进油口III 32设置在右松开油缸体24上并与增力油缸33相通。

夹持器3还包括底座29，底座29上设置有导轨24，导轨24上设置有滑动块35，夹持器本体设置在滑动块35上，滑动块35可在导轨24上沿轨道滑动。

该液压夹持器的工作过程如下：

(1)夹紧钻杆操作

在夹紧蝶簧常闭夹紧时，夹紧蝶簧左端通过压紧左端盖17并带动左松开油缸体19、右卡瓦座22、右松开活塞23向左运动；夹紧蝶簧17右端通过压紧左松开活塞18、左卡瓦座20、右松开油缸体24、右端盖26向右移动从而夹紧钻杆。

增力夹紧时，进油口III 17进油，油液作用在增力活塞10右端面，增力活塞左移，带动右松开活塞23、右卡瓦座7、左松开油缸体4、左端盖1向左运动；同时油液作用在右端盖26的左端面上并带动右端盖26、右松开油缸体24、左卡瓦座20、左松开活塞18向右运动，从而增力夹紧钻杆。

(2)松开钻杆操作

当进油口I 30和进油口II 31和通入压力油时，液压油进入由左松开活塞18，左松开油缸体19形成的左松开油缸及右松开活塞23，右松开油缸体24形成的右松开油缸内。

当左松开油缸内进入压力油时，压力油作用于左松开活塞18右端，带动左松开活塞18、左卡瓦座20、右松开油缸体24、右端盖26向左移动；同时压力油作用于左松开油缸体19的右端，带动左端盖11、左松开油缸体19、右卡瓦座22、右松开活塞23向右运动，左松开油缸压缩蝶形弹簧同时松开钻杆。

同理可知，当右松开油缸进油时，压缩蝶形弹簧并松开钻杆；

实际应用时，左右松开油缸同时进油，同时压缩蝶形弹簧，这样只需较小的系统压力就可以松开夹持器。有利于钻机联动时旋转及推进时所产生的系统压力松开夹持器。

普通的液压夹持器在钻机工作时，所钻的孔可能弯曲从而使钻杆弯曲偏离钻机卡盘中心，而本发明的夹持器具有浮动自动定心结构，当夹持器夹紧钻杆时，当卡瓦接触到钻杆时产生的作用力会带动夹持器本体在底座的导轨上滑动，使夹持器的中心始终对准钻杆中心，从而到达跟随钻杆自动定心夹紧的效果，确保了操作精度。

以下将结合相关操作实例对本发明的工作过程作进一步的说明。

操作例一 钻进操作(后置水辫)

给进油缸选择阀E1置于进杆位，卡盘联动选择阀E2、夹持器联动选择阀E3均置于联动位；

操作马达控制阀F1处于上位，马达正向旋转，同时操作给进油缸控制阀F2处于上位，动力头向前正常推进，钻机处于正常钻进工况。此时，马达正转油路及推进油路均向卡盘及夹持器供油，控制卡盘2自动夹紧，夹持器自动松开；

动力头走完一个行程后(即钻进一根钻杆)，操作马达控制阀F1处于中位，马达停止转动，此时卡盘自动松开，夹持器自动夹紧；

操作给进油缸控制阀F2处于下位，动力头后退，钻进入孔内的钻杆保持不动，动力头后退到位时操作马达控制阀F1处于上位，动力头再次夹紧钻杆钻进。

如此反复，可连续向前钻进。

操作例二 更换钻头或拆卸钻杆操作(适用于动力头中空主轴)

1.退杆操作(拆卸钻杆)

F1置于中位时，卡盘自动松开，夹持器自动夹紧；E1处于退杆位，E2、E3均置于联动位；

操作给进油缸控制阀F2处于上位，卡盘回油保持打开、夹持器回油保持夹紧同时推进油缸前进，处于孔内的钻杆被夹持器夹紧保持位置不变；

操作给进油缸控制阀F2处于下位，在系统背压下卡盘夹紧、夹持器松开同时推进油缸后退，动力头夹住孔内钻杆并后拖；

后拖到位时，操作给进油缸控制阀F2处于中位，卡盘松开并夹持器夹紧；

操作马达控制阀F1处于下位，马达反转同时，马达反转油路的油液控制卡盘与夹持器夹紧，动力头夹持器配合拧松钻杆螺纹；

如此反复可快速拆卸孔内钻杆。

2.进杆操作

F1置于中位时，卡盘自动松开，夹持器自动夹紧；

E1处于进杆位，E2、E3均置于联动位；

钻杆从动力头尾部装入，一次可连接多根钻杆；

操作给进油缸控制阀F2处于下位，在系统背压下卡盘打开、夹持器夹紧同时推进油缸带着动力头后退；

操作给进油缸控制阀F2处于上位，卡盘夹紧、夹持器松开同时推进油缸前进，卡盘夹住钻杆并向孔内送进；

钻杆到位时，操作给进油缸控制阀F2处于中位，卡盘松开并夹持器夹紧；

如此反复可快速向孔内送入钻杆，此功能主要用于更换钻头时加接钻杆；

操作例三 事故处理及其他操作

E2、E3置于单动位置，F3、F4可单独分别操作卡盘及夹持器进行事故处理或其他操作。

本发明的卡盘能在0.5MPa的系统背压内保持常开状态，能在旋转油路的压力下产生足够的夹紧力保证卡瓦不打滑，或在推进油路的压力作用下产生足够及夹紧力保证钻机推进时不打滑；所述夹持器采用蝶簧常闭结构，蝶簧夹紧力能保持孔内钻杆不下滑，且夹持器能在系统压力2-3MPa时松开钻杆，避免钻杆与夹持器卡瓦发生摩擦。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.矿用液压钻机联动液压系统，包括给动力头马达(1)、给进油缸(2)、卡盘(3)和夹持器(4)，所述卡盘(3)包括端盖I(5)、端盖II(12)、压盘(6)、外壳(7)、进出油道(14)和对称设置在卡盘内部的卡瓦组(9)，其特征在于：还包括有给进油缸选择阀(E1)、卡盘联动选择阀(E2)和夹持器联动选择阀(E3)，所述给进油缸选择阀(E1)、卡盘联动选择阀(E2)和夹持器联动选择阀(E3)的输出端分别与给进油缸(2)、卡盘(3)、夹持器(4)相联；所述给进油缸联动选择阀(E1)、卡盘联动选择阀(E2)和夹持器联动选择阀(E3)均为两位四通换向阀；

矿用液压钻机联动液压系统还包括有马达控制阀(F1)、给进油缸控制阀(F2)、卡盘控制阀(F3)和夹持器控制阀(F4)，所述马达控制阀(F1)、给进油缸控制阀(F2)、卡盘控制阀(F3)和夹持器控制阀(F4)的输出端分别与动力头马达(1)、给进油缸(2)卡盘(3)和夹持器(4)相联，所述马达控制阀(F1)、给进油缸控制阀(F2)、卡盘控制阀(F3)和夹持器控制阀(F4)均为三位四通操作阀。

2.如权利要求1所述的矿用液压钻机联动液压系统，其特征在于：所述卡盘(3)为常开式液压卡盘，所述卡盘(3)还包括胶套(8)，所述胶套(8)设置在外壳(7)与卡瓦组(9)之间且与外壳(7)的内壁形成油压腔(15)，所述进出油道(14)经端盖I(5)、外壳(7)与油压腔(15)相连通；所述卡瓦组(9)还设置有复位弹簧(13)，所述胶套(8)紧贴于卡瓦组(9)的外表面设置。

3.如权利要求1或2所述的矿用液压钻机联动液压系统，其特征在于：所述夹持器(4)采用蝶簧常闭结构。

4.如权利要求3所述的矿用液压钻机联动液压系统，其特征在于：所述夹持器(4)包括夹持器本体，所述夹持器本体包括左夹持装置与右夹持装置，所述左夹持装置包括左松开油缸体(19)、左松开活塞(18)、左卡瓦(61)和左卡瓦座(20)，所述左松开活塞(18)设置在左松开油缸体(19)内部，所述左卡瓦(61)设置在左卡瓦座(20)上且左卡瓦座(20)与左松开活塞(18)的顶部相连；所述右夹持装置包括右松开油缸体(24)、右松开活塞(23)、右卡瓦(62)和右卡瓦座(22)，所述右松开活塞设置在右松开油缸体(24)的内部，所述右卡瓦(62)设置在右卡瓦座(22)上且右卡瓦座(22)与右松开活塞(23)的顶部相连，其特征在于：所述夹持器本体还包括夹紧蝶簧(17)，所述夹紧蝶簧(17)安装在左松开油缸体(19)内部，且两端分别作用于左松开油缸体(19)的底部和左松开活塞(18)的底部；

所述夹持器本体还包括左拉杆(28)和右拉杆(27)，所述左拉杆(28)的一端与左松开油缸体(19)固定连接，所述左拉杆(28)的另一端穿过右卡瓦座(22)；所述右拉杆(27)的一端与右松开油缸体(24)固定连接，所述右拉杆(27)的另一端穿过左卡瓦座(20)；

所述夹持器(4)还包括底座(29)，所述底座(29)上设置有导轨(24)，所述导轨(24)上设置有滑动块(35)，所述夹持器本体设置在滑动块(35)上，所述滑动块(35)可在导轨(24)上沿轨道滑动。

5.根据权利要求4所述的矿用液压钻机联动液压系统，其特征在于：所述夹持器本体还包括有增力油缸(33)，所述增力油缸(33)设置在右松开油缸体(24)内部，所述增力油缸(33)内设置有增力活塞(25)，所述增力活塞(25)的顶部与右松开活塞(23)底部相连接。

6.根据权利要求5所述的矿用液压钻机联动液压系统，其特征在于：所述夹持器本体还包括进油口I(30)、进油口II(31)和进油口III(32)，所述进油口I(30)设置在左松开油缸体(19)上并与左松开油缸体(19)与左松开活塞(18)之间的左松开油缸相通；所述进油口II(31)设置在右松开油缸体(19)上并与右松开油缸体(23)与右松开活塞(23)之间的右松开油缸相通；所述进油口III(32)设置在右松开油缸体(24)上并与增力油缸(33)相通。

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