CN102167266A - 一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，包括主卷扬马达、制动器、主阀和先导手柄，所述先导手柄与主阀通过油路连通，所述主卷扬马达与主阀之间通过管路连接有回油再生专用平衡阀块，所述回油再生专用平衡阀块由控制装置控制调节，本发明提高了效率：加快主卷扬下放速度，减少成孔辅助作业时间，提高了成孔效率；主卷扬在下放过程中利用自身重力做功，发动机无需全功率运行，只需怠速即可，可节约燃油消耗，减少主机CO2排放，制动和调速控制信号来自先导手柄，相比原先马达+BVD平衡阀控制信号来自BVD平衡阀内部的形式，系统可控性更好，从根本上解决了卷扬机下溜失速的问题，有效防止因坠杆造成的钻杆钻具损坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋挖钻机主卷扬的回路系统，具体的说涉及一种可广泛应用于使用液压卷扬机的旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统。
背景技术
现有的旋挖钻机主卷扬回路系统，如图1所示，由制动器1、主卷扬马达2、缓冲溢流阀3、浮动溢流阀10、BVD平衡阀块9、主阀11、先导手柄12组成，其中BVD平衡阀块9由单向阀4、单向阀6、BVD主阀芯5、梭阀7、减压阀8组成。
其工作原理为：BVD主阀芯5的控制腔分别连接主卷扬马达2的马达进油口A和马达回油口B，当马达进油口A和马达回油口B压差小于主阀设定压差时BVD平衡阀处于关闭状态；
主卷扬提升：先导手柄12向上拉，先导控制压力进入主阀11的左控制腔，主阀11阀芯在先导压力作用下向右移动，主阀换向至左位，高压口与阀块第一进油口V1接通，阀块第二进油口V2与油箱沟通，高压油进入阀块第一进油口V1后经过单向阀4进入马达回油口B，BVD主阀芯5两端形成压差，BVD主阀芯5向低压侧移动，直至BVD主阀芯5的油口a和油口c沟通；同时高压油经过梭阀7并经过减压阀8减压后自制动口Br进入主卷扬制动油缸，并打开制动器。此时马达进油口A与马达回油口B之间形成压差，待压差足够克服所提重物重力，马达开始转动，完成主卷扬的提升动作。
主卷扬下降：下降动作与主卷扬上升过程相反。
从节能角度考虑，主卷扬的提升过程是液压力做功，使得发动机旋转能转化为钻杆钻具的重力势能，而下主卷扬下放过程中，原有系统仍然采用节流技术，必须依靠主泵做功才能使主卷扬下放。
原有系统的BVD平衡阀块9的开启控制信号来自主卷扬马达2主油路，在主卷扬马达2快速关闭过程中，由于压力波动因为主卷扬马达2油口压力变化较为复杂，有时可造成BVD平衡阀块9不能有效关闭，造成钻杆失速掉落，也就是“溜杆”事故。
BVD阀主阀芯5的结构决定了此阀必须配合Y型机能主阀芯使用，而且BVD平衡阀块9的制动口Br取压口来自阀块第一进油口V1或者阀块第二进油口V2，则此时如果主阀油路在主阀油口处有背压，则此背压就可通过主阀芯的主阀第一油口Y1传到阀块第一进油口V1，通过主阀第二油口Y2传到阀块第二进油口V2，当此背压足够大，则主卷扬制动被打开，主卷扬就会出现下溜故障现象。此现象在负控制系统中尤为明显。
发明内容
本发明要解决的问题是为了克服传统旋挖钻机主卷扬回路系统的上述缺陷，提供一种能够有效提高主卷扬下放速度，并且更加节能和稳定的旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，包括主卷扬马达、制动器、主阀和先导手柄，所述先导手柄与主阀通过油路连通，所述主卷扬马达与主阀之间通过管路连接有回油再生专用平衡阀块，所述回油再生专用平衡阀块由控制装置控制调节。
以下是本发明对上述方案的进一步优化：
所述回油再生专用平衡阀块内设有进油管路和回油管路，所述平衡阀块上设有先导压力出口、控制口、泄油口和制动口以及阀块第一进油口和阀块第二进油口。
进一步优化方案：
主卷扬马达上设有马达进油口和马达回油口，进油管路的其中一端与阀块第二进油口连通，另一端与马达进油口连通；
回油管路的其中一端与阀块第一进油口连通，另一端与马达回油口连通；
所述先导手柄与控制口通过管路连通；
所述制动器通过油路分别与主阀和先导手柄连通。
更进一步优化：
所述回油管路上分别设有液控比例方向阀和压力补偿器，液控比例方向阀和压力补偿器共同控制组成马达回油管路的节流调速；
更进一步优化：
所述进油管路与回油管路之间连接有两个缓冲溢流阀。
更进一步优化：
所述进油管路与回油管路之间设有液控方向阀，其控制腔与液控比例方向阀的控制腔连通，与之同时开启或者闭合。当主卷扬下放时，液控方向阀被同时打开，此时液压油由马达排出后经过液控方向阀直接被压入马达进油口进油口处，完成回油再生功能，同时实现卷扬浮动跟随功能。
更进一步优化：
所述回油管路上位于马达回油口与液控比例方向阀之间的位置管路连接一个液控方向阀。
液控方向阀连接有一个节流阀，液控方向阀的控制腔与先导比例方向阀相同，当液控方向阀被打开后可通过节流阀排出一定流量的热油，同时系统通过补油油路补充同量冷油到马达中，以防止因节流发热造成的马达处温度上升过快。
更进一步优化：
在马达回油口和阀块阀块进油口之间设有一个与液控比例方向阀和压力补偿器并联的液控单向阀。
其开启由电磁阀控制，控制压力大小则由先导手柄比例调节；当液控单向阀开启后，液压油通过此单向阀后直接沟通马达回油口和阀块第一进油口，也就绕过液控比例方向阀和压力补偿器，可完成主卷扬马达的快速下降动作。
更进一步优化：
所述控制装置包括：
两个梭阀，其中一个梭阀与主阀、梭阀、液控方向阀和液控方向阀分别通过管路连通；另一个梭阀与液控比例方向阀连通，所述梭阀与液控比例方向阀之间的连通管路上安装有单向节流阀；
两个电磁阀，其中一个电磁阀与梭阀和先导压力出口分别连通，另一个电磁阀与梭阀、液控单向阀、控制口和泄油口分别连通。
更进一步优化：
所述制动器与主阀和先导手柄之间的连通管路上安装有隔离阀，所述隔离阀上设有第一油口、第二油口、第三油口，第一油口通过制动口与梭阀管路连通；所述第二油口与制动器通过管路连通，第三油口与主阀和先导手柄分别通过管路连通。
具体使用时：
A、主卷扬下放：先导手柄向前，先导压力自控制口进入梭阀，并使液控方向阀、液控比例方向阀和液控方向阀打开，此时压力油从马达回油口流入平衡阀块，经过液控比例方向阀和压力补偿器组成的调速模块后又经过液控方向阀流回至马达进油口，从而完成主卷扬的下放合流动作。
同时由于多路阀中位机能选用Y型机能，在主油路回油油路内背压的作用下，油路向马达提供补油，可保证马达不会吸空。
其中液控比例方向阀的开启速度受到单向节流阀开口大小的调控，可保证卷扬下降动作关闭时更加平稳。
B、浮动：当钻具接触到孔底后，可通过手柄上的浮动按钮控制电磁阀换向，35bar先导压力经过先导压力出口进入梭阀，使液控比例方向阀和液控方向阀打开，马达进油口和马达回出油口被沟通，以实现主卷扬的浮动功能。
C、强制下放：利用按钮控制电磁阀换向，此时先导手柄动作后控制主阀的阀芯换向，同时液控单向阀被打开，此时主卷扬的下放动作可由主泵提供压力油供油。
本发明采用上述方案，具有以下优点：
1、提高了效率：加快主卷扬下放速度，减少成孔辅助作业时间，提高了成孔效率；
2、节能环保：主卷扬在下放过程中利用自身重力做功，发动机无需全功率运行，只需怠速即可，可节约燃油消耗，减少主机CO2排放。
3、增加系统稳定性：制动和调速控制信号来自先导手柄，相比原先马达+BVD平衡阀控制信号来自BVD平衡阀内部的形式，系统可控性更好，从根本上解决了卷扬机下溜失速的问题，有效防止因坠杆造成的钻杆钻具损坏。
4、降低成本：加装此系统后，主卷扬下放最高转速不是由主泵的最大排量决定，而是由节流调速阀的流量决定，因此主可相应选择较小排量的主油泵，降低了配件采购成本。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
附图说明
附图1为本发明背景技术中传统的旋挖钻机主卷扬回路系统的结构原理图；
附图2为本发明实施例中旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统的结构原理图。
图中：1-制动油缸；2-主卷扬马达；3-缓冲溢流阀；4、6、25-单向阀；5-BVD平衡阀阀芯；7、19、20-梭阀；8-减压阀；9-BVD平衡阀块；10-浮动电磁阀；11-多路阀阀芯；12-先导手柄；13-隔离阀；131-第一油口；132-第二油口；133-第三油口；14、21-液控方向阀、15-液控单向阀；16-液控比例方向阀；17-压力补偿器；18-单向节流阀；22-节流阀；23、24-电磁阀；26-回油再生专用平衡阀块；A-马达进油口、B-马达回油口；a、b、c-油口；P-先导压力进口；P1-先导压力出口；V1-阀块第一进油口；V2-阀块第二进油口；T-泄油口；X-控制口；Br-制动口；Y1-主阀第一油口；Y2-主阀第二油口。
具体实施方式
实施例，如图2所示，一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，包括主卷扬马达2、制动器1、主阀11和先导手柄12，所述先导手柄12与主阀11通过油路连通，所述主卷扬马达2与主阀11之间通过管路连接有回油再生专用平衡阀块26，所述回油再生专用平衡阀块26由控制装置控制调节。
所述回油再生专用平衡阀块26内设有进油管路和回油管路，所述回油再生专用平衡阀块26上设有先导压力出口P1、控制口X、泄油口T和制动口Br以及阀块第一进油口V1和阀块第二进油口V2。
主卷扬马达2上设有马达进油口A和马达回油口B，进油管路的其中一端与阀块第二进油口V2连通，另一端与马达进油口A连通。
回油管路的其中一端与阀块第一进油口V1连通，另一端与马达回油口B连通。
所述先导手柄12与控制口X通过管路连通。
所述制动器1通过油路分别与主阀11和先导手柄12连通。
主阀11上设有先导压力口P，主阀11通过油路连接有单向阀25。
所述进油管路与回油管路之间连接有两个缓冲溢流阀3。
所述回油管路上分别设有液控比例方向阀16和压力补偿器17，液控比例方向阀16和压力补偿器17共同控制组成马达回油管路的节流调速；
所述进油管路与回油管路之间设有液控方向阀21，其控制腔与液控比例方向阀16的控制腔连通，与之同时开启或者闭合。当主卷扬下放时，液控方向阀21被同时打开，此时液压油由马达排出后经过液控方向阀21直接被压入马达进油口A处，完成回油再生功能，同时实现卷扬浮动跟随功能；
所述回油管路上位于马达回油口B与液控比例方向阀16之间的位置管路连接一个液控方向阀14，液控方向阀14连接有一个节流阀22，液控方向阀14的控制腔与先导比例方向阀16相同，当液控方向阀14被打开后可通过节流阀22排出一定流量的热油，同时系统通过补油油路补充同量冷油到马达中，以防止因节流发热造成的马达处温度上升过快。
在马达回油口B和阀块第一进油口V1之间，与液控比例方向阀16和压力补偿器17并联一个液控单向阀15，其开启由电磁阀24控制，控制压力大小则由先导手柄比例调节；当液控单向阀15开启后，液压油通过此单向阀后直接沟通马达回油口B和阀块第一进油口V1，也就绕过液控比例方向阀和压力补偿器，可完成主卷扬马达的快速下降动作。
所述控制装置包括：
两个梭阀，其中一个梭阀19与主阀11、梭阀20、液控方向阀14和液控方向阀21分别通过管路连通；另一个梭阀20与液控比例方向阀16连通，所述梭阀20与液控比例方向阀16之间的连通管路上安装有单向节流阀18。
两个电磁阀，其中一个电磁阀23与梭阀20和先导压力出口P1分别连通，另一个电磁阀24与梭阀19、液控单向阀15、控制口X和泄油口T分别连通。
所述制动器1与主阀11和先导手柄12之间的连通管路山按照有隔离阀13，所述隔离阀13上设有第一油口131、第二油口132、第三油口133，第一油口131通过制动口Br与梭阀19管路连通。
所述第二油口132与制动器1通过管路连通，第三油口133与主阀11和先导手柄12分别通过管路连通。
具体使用时：
A、主卷扬下放：先导手柄12向前，先导压力自控制口X进入梭阀20，并使液控方向阀14、液控比例方向阀16和液控方向阀21打开，此时压力油从马达回油口B流入回油再生专用平衡阀块26，经过液控比例方向阀16和压力补偿器17组成的调速模块后又经过液控方向阀21流回至马达进油口A，从而完成主卷扬的下放合流动作。
同时由于多路阀中位机能选用Y型机能，在主油路回油油路内背压的作用下，油路向马达提供补油，可保证马达不会吸空。
其中液控比例方向阀16的开启速度受到单向节流阀18开口大小的控制，可使卷扬下降动作关闭时更加平稳。
B、浮动：当钻具接触到孔底后，可通过手柄上的浮动按钮控制电磁阀23换向，35bar先导压力经过先导压力出口P1进入梭阀20，使液控比例方向阀16和液控方向阀21打开，马达进油口A和马达回油口B被沟通，以实现主卷扬的浮动功能。
C、强制下放：利用按钮控制电磁阀24换向，此时先导手柄12动作后控制主阀11的阀芯换向，同时液控单向阀15被打开，此时主卷扬的下放动作可由主泵提供压力油供油。
本发明通过在马达出口做出口节流调速方式代替原有马达+BVD平衡阀组合，使主卷扬在下放过程中通过自身重力快速下降，液压油从马达出口出直接压回至马达进口处，其下放速度由液控比例方向阀+压力补偿器组成的先导比例调速阀调定，并可以通过先导手柄远程实时控制，加快主卷扬下放速度，减少成孔辅助作业时间，提高了成孔效率。
效益：
以22吨米旋挖钻机为例，若不使用主卷扬下放合流调速系统，若同样选用190ml/r的主泵排量，其主卷扬下放速度39.9m/min，而如果配置此系统，可达到65m/min。下放速度提高1.63倍。同样距离的孔深，下放时间可缩短为原先的61％左右。按照统计数据，无此下放合流系统主卷扬下放占整个成孔时间的26％，在配置此下放合流系统后，系统单孔作业时间将会缩短为原先的89.9％，成孔速度提高了10.1％。
同时在此下放合流系统工作过程中，发动机处于怠速状态，而无此配置的钻机，主卷扬下放作业时，发动机也必须全功率运行。按照怠速时油耗是全功率的60％计算，则现有油耗是原先油耗的83.5％，也就是说，在配置此下放合流系统后可节约燃油消耗16.5％。
Claims (10)
1.一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，包括主卷扬马达(2)、制动器(1)、主阀(11)和先导手柄(12)，所述先导手柄(12)与主阀(11)通过油路连通，其特征在于：所述主卷扬马达(2)与主阀(11)之间通过管路连接有回油再生专用平衡阀块(26)，所述回油再生专用平衡阀块(26)由控制装置控制调节。
2.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，其特征在于：所述回油再生专用平衡阀块(26)内设有出油管路和回油管路，所述回油再生专用平衡阀块(26)上设有先导压力出口(P1)、控制口(X)、泄油口(T)和制动口(Br)以及阀块第一进油口(V1)和阀块第二进油口(V2)。
3.根据权利要求2所述的一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，其特征在于：主卷扬马达(2)上设有马达出油口(A)和马达回油口(B)，出油管路的其中一端与阀块第二进油口(V2)连通，另一端与马达出油口(A)连通；
回油管路的其中一端与阀块第一进油口(V1)连通，另一端与马达回油口(B)连通；
所述先导手柄(12)与控制口(X)通过管路连通；
所述制动器(1)通过油路分别与主阀(11)和先导手柄(12)连通。
4.根据权利要求2或3所述的一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，其特征在于：所述回油管路上分别设有液控比例方向阀(16)和压力补偿器(17)。
5.根据权利要求4所述的一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，其特征在于：所述出油管路与回油管路之间连接有两个缓冲溢流阀(3)。
6.根据权利要求5所述的一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，其特征在于：所述出油管路与回油管路之间设有液控方向阀(21)。
7.根据权利要求6所述的一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，其特征在于：所述回油管路上位于马达回油口(B)与液控比例方向阀(16)之间的位置管路连接一个液控方向阀(14)。
8.根据权利要求7所述的一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，其特征在于：在马达回油口(B)和阀块阀块进油口(V1)之间设有一个与液控比例方向阀(16)和压力补偿器(17)并联的液控单向阀(15)。
9.根据权利要求8所述的一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，其特征在于：
所述控制装置包括：
两个梭阀，其中一个梭阀(19)与主阀(11)、梭阀(20)、液控方向阀(14)和液控方向阀(21)分别通过管路连通；另一个梭阀(20)与液控比例方向阀(16)连通，所述梭阀(20)与液控比例方向阀(16)之间的连通管路上安装有单向节流阀(18)；
两个电磁阀，其中一个电磁阀(23)与梭阀(20)和先导压力出口(P1)分别连通，另一个电磁阀(24)与梭阀(19)、液控单向阀(15)、控制口(X)和泄油口(T)分别连通。
10.根据权利要求9所述的一种旋挖钻机主卷扬快速下放合流回油再生系统，其特征在于：
所述制动器(1)与主阀(11)和先导手柄(12)之间的连通管路上安装有隔离阀(13)，所述隔离阀(13)上设有第一油口(131)、第二油口(132)、第三油口(133)，第一油口(131)通过制动口(Br)与梭阀(19)管路连通；所述第二油口(132)与制动器(1)通过管路连通，第三油口(133)与主阀(11)和先导手柄(12)分别通过管路连通。
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