CN102220864B - 水平定向钻机旋转系统液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明水平定向钻机旋转系统液压控制系统，涉及一种水平定向钻机的液压控制系统，其包括主泵、主控阀、双速阀装置、动力头总成，双速阀装置包括二通插装阀Ⅰ、二通插装阀Ⅱ、控制盖板Ⅰ、控制盖板Ⅱ、电磁换向阀及梭阀，通过梭阀，将油路Ⅰ和油路Ⅲ中压力较高的油路的压力信号引入电磁换向阀，通过电磁换向阀不同的工作位置，选择将压力信号引入二通插装阀Ⅰ或二通插装阀Ⅱ的控制腔，有压力信号的二通插装阀处于关闭状态，没有压力信号的二通插装阀处于开启状态，使油路Ⅱ选择与油路Ⅰ或油路Ⅲ相连，达到不同的油路连接方式，最终达到主泵的流量仅供液压马达Ⅰ或者同时供液压马达Ⅰ和液压马达Ⅱ的目的，实现钻机旋转系统高低速档的切换。

Description

水平定向钻机旋转系统液压控制系统

技术领域

本发明涉及一种水平定向钻机的液压控制系统，特别是一种水平定向钻机旋转系统的液压控制系统。

背景技术

采用定量泵液压系统的水平定向钻机，其动力头的回转一般由几个液压马达一起驱动减速机，并由减速机输出动力。通过不同的液压油路连通方式，可实现高速和低速两个档位，高速档实现高速低扭矩，低速档实现低速大扭矩。一般是通过手动滑阀的换向，实现不同的液压油路的集流与分流方式，达到几个液压马达串联或并联关系，实现高低速档的切换。如图1所示，一个动力头一共有两个液压马达参与工作，当主泵的流量只提供给一个液压马达，另外一个液压马达处于被动转动状态，那么这时候只有一个液压马达提供动力，动力头的回转为高速档；通过手动滑阀12，将油路的切换，主泵1的流量分别提供给属于并联关系的两个液压马达，那么这时候有两个液压马达提供动力，一个液压马达正转，另一个液压马达反转，动力头的回转为低速挡。

动力头的液压系统多采用大排量的主泵，如果采用通过手动滑阀的换向实现液压油路不同的集流与分流方式，会在手动滑阀的油口处产生过大的压力损失，导致动力不足或者液压马达吸空等现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单、操作方便、工作可靠、压力损失低、可实现水平定向钻机动力头高低速档切换的水平定向钻机旋转系统液压控制系统，以解决上述现有技术问题。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种水平定向钻机旋转系统液压控制系统，包括主泵、主控阀、双速阀装置、动力头总成，动力头总成主要包括液压马达Ⅰ、液压马达Ⅱ和减速机总成，液压马达Ⅰ的一个油口与主控阀间通过油路Ⅰ连接，液压马达Ⅰ的另一个油口连接油路Ⅱ，液压马达Ⅱ的一个油口与主控阀间通过油路Ⅲ连接，液压马达Ⅱ的另一个油口通过油路Ⅳ连接于油路Ⅰ，双速阀装置连接于油路Ⅰ、油路Ⅱ及油路Ⅲ间，双速阀装置包括二通插装阀Ⅰ、二通插装阀Ⅱ、控制盖板Ⅰ、控制盖板Ⅱ、电磁换向阀及梭阀，控制盖板Ⅰ、控制盖板Ⅱ分别设置在二通插装阀Ⅰ、二通插装阀Ⅱ上，梭阀分别连接于油路Ⅰ、油路Ⅲ与电磁换向阀间并可将油路Ⅰ、油路Ⅲ中压力大的油路的压力信号引入所述电磁换向阀的P油口，电磁换向阀的A、B油口分别与所述二通插装阀Ⅱ、二通插装阀Ⅰ的C油口相连，二通插装阀Ⅰ的A油口与油路Ⅰ相连，二通插装阀Ⅱ的A油口与油路Ⅲ相连，二通插装阀Ⅰ的B油口与二通插装阀Ⅱ的B油口相连，且二通插装阀Ⅰ的B油口与二通插装阀Ⅱ的B油口同时与油路Ⅱ相连。

本发明的进一步技术方案是：所述的电磁阀换向阀为两位四通电磁换向阀。

本发明的再进一步技术方案是：所述的梭阀安装在控制盖板Ⅰ内。

本发明的更进一步技术方案是：所述主控阀设有与液压控制系统的油箱相连的系统回油管路，在系统回油管路上连接有背压阀。

本发明之水平定向钻机旋转系统液压控制系统具有以下有益效果：

1.所用元件大部分均为标准元件，结构简单、成本低、通用性好

本发明水平定向钻机旋转系统液压控制系统的双速阀装置采用二通插装阀、电磁换向阀及梭阀，这些元件为标准元件，整体结构简单、成本低，二通插装阀具有公称流量大、油液流经时压力损失小、阀芯动作灵敏、抗堵塞能力强的特点，通用性好，可有效解决动力不足或者液压马达吸空的问题。

2. 采用电磁换向阀切换高低速档，操作方便

本发明水平定向钻机旋转系统液压控制系统采用电磁换向阀切换高低速档，在切换高低速档时直接按电磁换向阀的切换开关即可，无需通过用手扳动手动滑阀，操作起来非常方便。

下面结合附图和实施例对本发明水平定向钻机旋转系统液压控制系统作进一步的说明。

附图说明

图1是现有技术水平定向钻机旋转系统液压控制系统的液压原理图；

图2是本发明水平定向钻机旋转系统液压控制系统的液压原理图。

主要元件标号说明：

1—主泵，2—主控阀，3—双速阀装置，31—二通插装阀Ⅱ，32—控制盖板Ⅱ，33—电磁换向阀，34—控制盖板Ⅰ，35—梭阀，36—二通插装阀Ⅰ，4—油路Ⅲ，5—动力头总成，51—液压马达Ⅱ，52—减速机总成，521—输出齿轮，522—输入齿轮，53—液压马达Ⅰ，6—油路Ⅱ，7—油路Ⅰ，8—系统回油管路，9—油箱，10—双速阀回油管，11—背压阀，12—手动滑阀，13—油路Ⅳ。

具体实施方式

如图2所示，本发明水平定向钻机旋转系统液压控制系统，包括主泵1、主控阀2、双速阀装置、动力头总成5。（为区别各元件的油口或油路在本实施例中均在对应油口或油路的代号后面加数字用以区别。）

动力头总成5主要包括液压马达Ⅰ53、液压马达Ⅱ51和减速机总成，减速机总成主要包括输入齿轮522和输出齿轮521，液压马达Ⅰ53、液压马达Ⅱ51的输出轴通过输入齿轮522串起，液压马达Ⅰ53、液压马达Ⅱ51转动后，带动输入齿轮522进行转动，输入齿轮522再带动输出齿轮521完成最终的动力头转动。

液压马达Ⅰ53的一个油口A4与主控阀2间通过油路Ⅰ7连接，液压马达Ⅰ53的另一个油口B4连接油路Ⅱ6，液压马达Ⅱ51的一个油口A3与主控阀2间通过油路Ⅲ4连接，液压马达Ⅱ51的另一个油口B3通过油路Ⅳ13连接于油路Ⅰ7，双速阀装置连接于油路Ⅰ7、油路Ⅱ6及油路Ⅲ4间。

所述双速阀装置包括二通插装阀Ⅰ36、二通插装阀Ⅱ31、控制盖板Ⅰ34、控制盖板Ⅱ32、电磁换向阀33及梭阀35。控制盖板Ⅰ34、控制盖板Ⅱ32分别设置在二通插装阀Ⅰ36、二通插装阀Ⅱ31上。梭阀35安装在控制盖板Ⅰ34内，梭阀35分别连接于油路Ⅰ7、油路Ⅲ4与电磁换向阀33间并可将油路Ⅰ7、油路Ⅲ4中压力大的油路的压力信号引入所述电磁换向阀33的P油口，电磁阀换向阀33为两位四通电磁换向阀，电磁换向阀33的A5、B5油口分别与所述二通插装阀Ⅱ31、二通插装阀Ⅰ36的C1、C2油口相连（其中电磁换向阀与两二通插装阀间的油管分别穿过控制盖板后与二通插装阀的C油口相连），二通插装阀Ⅰ36的A2油口与油路Ⅰ7相连，二通插装阀Ⅱ31的A1油口与油路Ⅲ4相连，二通插装阀Ⅰ36的B2油口与二通插装阀Ⅱ31的B1油口相连，且二通插装阀Ⅰ36的B2油口与二通插装阀Ⅱ31的B1油口同时与油路Ⅱ6相连。

所述主控阀2设有与液压控制系统的油箱9相连的系统回油管路8，在系统回油管路8上连接有背压阀11。

主控阀2的作用是控制主泵1的流量选择进入油路Ⅰ7或者油路Ⅲ4，并进行流量控制。双速阀装置3的作用是使油路Ⅱ6选择与油路Ⅰ7或者油路Ⅲ4进行连通。电磁换向阀33用于切换高低速档。设液压马达A油口进油B油口出油为正转，B油口进油A油口出油为反转。

如图2所示，当主控阀2处于右位，电磁换向阀33处于右位工作时，油路Ⅰ7为进油路，油路Ⅲ4为回油路，这时油路Ⅰ7的压力大于油路Ⅲ4的压力,油路Ⅰ7的压力信号通过梭阀35进入电磁换向阀33的P5油口，再通过A5油口进入控制盖板Ⅱ32，最后通过二通插装阀Ⅱ31的C1油口进入二通插装阀Ⅱ31的控制腔，二通插装阀Ⅱ31的A1到B1油路闭锁，二通插装阀Ⅰ36的控制腔的液压油通过控制盖板Ⅰ34进入电磁换向阀的B5油口，再经过电磁换向阀33的回油口T5，最后通过双速阀回油管10进入油箱9，二通插装阀Ⅰ36的A2到B2油路打开，油路Ⅱ6与油路Ⅰ7连通，即液压马达Ⅰ53的A4、B4油口均与油路Ⅰ7相连，两油口之间没有压差，不对减速机提供动力。液压马达Ⅱ51的油口A3与油路Ⅲ4相连、为低压油口，油口B3通过油路Ⅳ13与油路Ⅰ7相连、为高压油口，主泵1的流量全部进入液压马达Ⅱ51，液压马达Ⅱ51带动输入齿轮522反转，输入齿轮522再带动液压马达Ⅰ53和输出齿轮521进行高速转动，此时液压马达Ⅰ53正转，A4油口吸油，B4油口排油，两个油口均为高压油口，不存在吸空的危险；当主控阀2处于右位，电磁换向阀33处于左位工作时，油路Ⅰ7为进油路，油路Ⅲ4为回油路，这时油路Ⅰ7的压力也大于油路Ⅲ4的压力,油路Ⅰ7的压力信号通过梭阀35进入电磁换向阀33的P5油口，再通过B5油口进入控制盖板Ⅰ34，最后通过二通插装阀Ⅰ36的C2油口进入二通插装阀Ⅰ36的控制腔，二通插装阀Ⅰ36的A2到B2油路闭锁，二通插装阀Ⅱ31控制腔的液压油通过C1油口穿过控制盖板Ⅱ32进入电磁换向阀的A5油口，再经过电磁换向阀的回油口T5，并通过双速阀回油管10进入油箱9，二通插装阀Ⅱ31的A1到B1油路打开，油路Ⅱ6与油路Ⅲ4连通，即液压马达Ⅰ53的A4油口与油路Ⅰ7相连、为高压油口，B4油口通过油路Ⅱ6与油路Ⅲ4相连、为低压油口，液压马达Ⅱ51的A3油口与油路Ⅲ4相连、为低压油口，B3油口与油路Ⅰ7相连、为高压油口，主泵1的流量同时进入液压马达Ⅱ51、液压马达Ⅰ53，液压马达Ⅱ51反转，液压马达Ⅰ53正转，液压马达Ⅱ51、液压马达Ⅰ53同时带动输入齿轮522，输入齿轮522再带动输出齿轮521进行低速旋转。

当主控阀2处于左位，电磁换向阀33处于右位工作时，油路Ⅲ4为进油路，油路Ⅰ7为回油路，这时油路Ⅲ4的压力大于油路Ⅰ7的压力,油路Ⅲ4的压力信号通过梭阀35进入电磁换向阀33的P5油口，再通过A5油口进入控制盖板Ⅱ32，最后通过二通插装阀Ⅱ31的C1油口进入二通插装阀Ⅱ31的控制腔，二通插装阀Ⅱ31的A1到B1油路闭锁，二通插装阀Ⅰ36的控制腔的液压油通过控制盖板Ⅰ34进入电磁换向阀的B5油口，再经过电磁换向阀的回油口T5，最后通过双速阀回油管10进入油箱9，二通插装阀Ⅰ36的A2到B2油路打开，油路Ⅱ6与油路Ⅰ7连通，即液压马达Ⅰ53的A4、B4油口均与油路Ⅰ7相连，两油口之间没有压差，不对减速机提供动力。液压马达Ⅱ51的油口A3与油路Ⅲ4相连、为高压油口，油口B3通过油路Ⅳ13与油路Ⅰ7相连、为低压油口，主泵1的流量全部进入液压马达Ⅱ51，液压马达Ⅱ51带动输入齿轮522正转，输入齿轮522带动液压马达Ⅰ53和输出齿轮521进行高速转动，此时液压马达Ⅰ53反转，A4油口排油，B4油口吸油，两个油口均为低压油口，由于B4油口吸油，当A2到B2油路的压降达到一定程度，二通插装阀Ⅰ36的阀芯存在闭锁的危险，二通插装阀Ⅰ36的阀芯闭锁，A2到B2油路将被切断，液压马达Ⅰ53就会吸空，产生严重问题，为避免该情况的发生，需要在系统回油管路8上设置适当的回油背压，即上述的背压阀11，以保证在这个工况下，二通插装阀Ⅰ36的A2到B2油路时刻打开；当主控阀2处于左位，电磁换向阀33处于左位工作时，油路Ⅲ4为进油路，油路Ⅰ7为回油路，这时油路Ⅲ4的压力也大于油路Ⅰ7的压力, 油路Ⅲ4的压力信号通过梭阀35进入电磁换向阀33的P5油口，再通过B5油口进入控制盖板Ⅰ34，最后通过二通插装阀Ⅰ36的C2油口进入二通插装阀Ⅰ36的控制腔，二通插装阀Ⅰ36的A2到B2油路闭锁，二通插装阀Ⅱ31控制腔的液压油通过C1油口穿过控制盖板Ⅱ32进入电磁换向阀的A5油口，再经过电磁换向阀的回油口T5，并通过双速阀回油管10进入油箱9，二通插装阀Ⅱ31的A1到B1油路打开，油路Ⅱ6与油路Ⅲ4连通，即液压马达Ⅰ53的A4油口与油路Ⅰ7相连、为低压油口，B4油口通过油路Ⅱ6与油路Ⅲ4相连、为高压油口，液压马达Ⅱ51的A3油口与油路Ⅲ4相连、为高压油口，B3油口与油路Ⅰ7相连、为低压油口，主泵1的流量同时进入液压马达Ⅱ51、液压马达Ⅰ53，液压马达Ⅱ51正转，液压马达Ⅰ53反转，液压马达Ⅱ51、液压马达Ⅰ53同时带动输入齿轮522，输入齿轮522带动输出齿轮521进行低速旋转。

Claims (4)

1.一种水平定向钻机旋转系统液压控制系统，包括主泵（1）、主控阀（2）、双速阀装置（3）、动力头总成（5），动力头总成（5）主要包括液压马达Ⅰ（53）、液压马达Ⅱ（51）和减速机总成（52），液压马达Ⅰ（53）的一个油口与主控阀（2）间通过油路Ⅰ（7）连接，液压马达Ⅰ（53）的另一个油口连接油路Ⅱ（6），液压马达Ⅱ（51）的一个油口与主控阀（2）间通过油路Ⅲ（4）连接，液压马达Ⅱ（51）的另一个油口通过油路Ⅳ（13）连接于油路Ⅰ（7），双速阀装置（3）连接于油路Ⅰ（7）、油路Ⅱ（6）及油路Ⅲ（4）间，其特征在于，双速阀装置（3）包括二通插装阀Ⅰ（36）、二通插装阀Ⅱ（31）、控制盖板Ⅰ（34）、控制盖板Ⅱ（32）、电磁换向阀（33）及梭阀（35），控制盖板Ⅰ（34）、控制盖板Ⅱ（32）分别设置在二通插装阀Ⅰ（36）、二通插装阀Ⅱ（31）上，梭阀（35）分别连接于油路Ⅰ（7）、油路Ⅲ（4）与电磁换向阀（33）间并可将油路Ⅰ（7）、油路Ⅲ（4）中压力大的油路的压力信号引入所述电磁换向阀（33）的P油口，电磁换向阀（33）的A、B油口分别与所述二通插装阀Ⅱ（31）、二通插装阀Ⅰ（36）的C油口相连，二通插装阀Ⅰ（36）的A油口与油路Ⅰ（7）相连，二通插装阀Ⅱ（31）的A油口与油路Ⅲ（4）相连，二通插装阀Ⅰ（36）的B油口与二通插装阀Ⅱ（31）的B油口相连，且二通插装阀Ⅰ（36）的B油口与二通插装阀Ⅱ（31）的B油口同时与油路Ⅱ（6）相连。

2.如权利要求1所述的水平定向钻机旋转系统液压控制系统，其特征在于，所述的梭阀（35）安装在控制盖板Ⅰ（34）内。

3.如权利要求1所述的水平定向钻机旋转系统液压控制系统，其特征在于，所述的电磁阀换向阀为两位四通电磁换向阀（33）。

4.如权利要求1所述的水平定向钻机旋转系统液压控制系统，其特征在于，所述主控阀（2）设有与液压控制系统的油箱（9）相连的系统回油管路（8），在系统回油管路（8）上连接有背压阀（11）。

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