CN102747948B - 切削钻机关键凿岩动作双泵液压控制回路 - Google Patents

切削钻机关键凿岩动作双泵液压控制回路 Download PDF

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一种切削钻机关键凿岩动作双泵液压控制回路,包括双联负载敏感变量泵组、双进油联负载敏感多路阀、回转马达、推进马达、凿岩逻辑控制块、回转先导手柄、推进先导手柄和液压油箱。所述双联负载敏感变量泵组的进油口与所述液压油箱连接,所述双联负载敏感变量泵组的出油口、负载敏感口分别与所述双进油联负载敏感多路阀的进油口、负载敏感口连接,所述负载敏感多路阀每片阀压差补偿器具有外控口,所述压差补偿器外控口与所述凿岩逻辑控制块连接,所述回转先导手柄、推进先导手柄与所述凿岩逻辑控制块或负载敏感多路阀先导控制口连接。本发明实现动力头回转比例控制推进、回转和推进相对独立负载敏感控制、提高推进速度等功能。

Description

切削钻机关键凿岩动作双泵液压控制回路
所属技术领域
[0001] 本发明涉及一种切削钻机关键凿岩动作双泵液压控制回路。
背景技术
[0002] 切削钻机为一种新型凿岩钻机,其作业机理为高速旋转破碎钻进,针对页岩、砂岩等岩层的钻孔作业具有高速高效、简易便捷的突出优点,综合分析目前各品牌切削钻机液压系统,均为基于小型或中型挖掘机液压系统的简单改进开发。切削钻机相比挖掘机减去动臂偏摆、破碎锤和铲斗等三个动作,增加动力头推进、动力头回转、空压机等三个动作,利用挖掘机主控阀偏摆联、破碎锤联和铲斗联实现对切削钻机动力头推进、动力头回转和空压机等三个动作的控制。凿岩推进控制普遍采用可调减压式恒压推进,推进主油路多路阀与推进执行机构之间串联减压阀,并在多路阀后、减压阀前通过单向阀合流至回转主油路,既通过减压式恒压推进保证钻头充分接触岩层,又防止推进力过大引起回转阻力过大而引起卡钻,又依据钻进速度对流量的控制需求将多余的推进联所控制的流量合流至动力头回转主油路。
[0003] 但基于挖掘机液压系统改进开发的切削钻机液压系统,具有简单、易行的优点,缩短了切削钻机液压系统开发的周期,但此系统具有先天局限性,缺乏对旋转切削破碎钻进凿岩机理的深入试验及理论分析。特别在钻进过程中岩层地质和硬度发生变化时,钻进适应性较差。减压式恒压推进控制,当减压阀压力调定后,钻孔过程中推进力为定值,软岩地质时,相同的动力头回转转速下,虽岩层硬度偏软但因钻头单圈的进给量较大,回转阻力建立较高;硬岩地质时,相同的动力头回转转速下,虽岩层硬度偏硬但因钻头单圈的进给量较小,回转阻力建立较低;钻进过程中岩层地质由软岩变为硬岩时,钻头单圈的进给量变小,推进所需流量减小,多余的推进联所控流量合流至回转联,则回转转速变快但钻进速度反而降低;钻进过程中岩层地质由硬岩变为软岩时,钻头单圈进给量变大,推进所需流量增大,则回转转速变慢,回转阻力建立变高,则钻进速度变快但回转阻力上升至一定值就会引起卡钻。主控阀对动力头回转和推进的流量分配及负载匹配上存在局限性,因推进主油路经单向阀合流至回转主油路,推进执行机构的选择必须保证推进优先回转,推进执行机构的设计必须满足在硬岩作业建立的回转负载压力(相比软岩低)下产生的推进力满足硬岩作业推进力需求。成孔提杆、接杆空提和卸杆空推等工况下推进动作速度较慢,或者停止动力头回转将主控阀回转联流量合流至推进主油路以提高提杆速度,但停止回转,若较大碎石块滑入成孔会引起突然卡钻。软岩作业时,钻头较易吃进岩层,较小的推进力可以提高钻进效率并防止卡钻;硬岩作业时,钻头较难吃进岩层,较大的推进力可以提高钻进效率并防止钻头打滑。接杆空提、卸杆空推和成孔提杆时,较快的推进上提速度缩短作业循环时间,动力头回转动作可以变慢但不能停止,防止因较大碎石块滑入成孔而引起突然卡钻。切削钻机关键凿岩动作需要更加适合其作业工况的专用液压控制回路。
发明内容[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种提高切削钻机对岩层变化的适应性,保证上提流量控制足够,提高成孔提杆速度,减少作业循环时间的一种切削钻机关键凿岩动作双泵液压控制回路。
[0005] 一种切削钻机关键凿岩动作双泵液压控制回路,包括双联负载敏感变量泵组、双进油联负载敏感比例多路阀、回转马达、推进马达、凿岩逻辑控制块、回转先导手柄、推进先导手柄和液压油箱,所述双联负载敏感变量泵组的进油口与所述液压油箱连接,所述双联负载敏感变量泵组的压力油Pl端与双进油联负载敏感比例多路阀左侧进油联进油口 Pr连接,所述双联负载敏感变量泵组的压力油P2端与双进油联负载敏感比例多路阀右侧进油联进油口 P2^连接,所述双联负载敏感变量泵组负载敏感口 Lsl与所述双进油联负载敏感比例多路阀负载敏感口 Lsl'连接,所述双联负载敏感变量泵组负载敏感口 Ls2与所述双进油联负载敏感比例多路阀负载敏感口 Ls2'连接,所述双进油联负载敏感比例多路阀包括左侧进油联、回转联多路阀、右侧进油联、推进联第一阀、第二阀、每片阀的压差补偿器及其负载敏感外控口,所述凿岩逻辑控制块包括液控比例伺服阀、高压溢流阀、低压溢流阀、第一电磁换向阀和第二电磁换向阀,所述回转马达的正转主控油口 A和反转主控油口 B分别与所述回转联多路阀的进油口 Al和进油口 BI连接,所述回转联多路阀的先导油控制口 al和先导油控制口 bl分别与回转先导手柄的正转先导油口和反转先导油口连接,所述推进联多路阀包括合流工作的第二阀和第一阀,所述第二阀中位机能为O型,所述推进马达的下推方向主控油口 A与所述第一阀的进油口 A2和所述第二阀的进油口 A3连接,所述推进马达的上提方向主控油口 B与所述第一阀的进油口 B2和所述第二阀的进油口 B3连接,所述第一阀的先导油控制口 a2和第二阀的先导油控制口 a3分别与所述第一电磁换向阀的两个进油口连接,所述第一阀的先导油控制口 a2与所述第一电磁换向阀的进油口连接后再与推进先导手柄的下推先导油口连接,所述第一阀的先导油控制口 b2和第二阀的先导油控制口 b3分别与所述第二电磁换向阀的两个进油口连接,所述第一阀的先导油控制口 b2与所述第二电磁换向阀的进油口连接后再与推进先导手柄的上提先导油口连接,所述回转联多路阀的负载敏感口 Ls与所述液控比例伺服阀的控制端连接,所述推进联多路阀的负载敏感口 LsA与所述液控比例伺服阀连接后再与所述高压溢流阀连接,所述液控比例伺服阀的出油口与所述低压溢流阀连接,所述液控比例伺服阀、高压溢流阀、低压溢流阀、第一电磁换向阀和第二电磁换向阀的出油口与回油口连接。
[0006] 本发明中,所述第一电磁换向阀和第二电磁换向阀为两位三通电磁换向阀。
[0007] 由于采用上述方案,本发明具有如下优点:
[0008] 1、本发明通过软岩作业时,钻头较易吃进岩层,较小的推进力可以提高钻进效率并防止卡钻;硬岩作业时,钻头较难吃进岩层,较大的推进力可以提高钻进效率并防止钻头打滑的原理,实现了动力头回转压力比例控制推进压力,提高切削钻机对岩层变化的自动适应性,提高作业效率,并防止因回转阻力上升而引起的卡钻。
[0009] 2、本发明实 现动力头回转和推进相对独立负载敏感比例控制,推进压力的建立不受回转负载压力的影响,克服硬岩作业时因回转阻力建立较低引起推进压力建立较低而出现钻头打滑。
[0010] 3、本发明在接杆空提、卸杆空推和成孔提杆工况下,推进联两片多路阀合流工作,提高动力头推进动作速度,缩短作业循环时间。附图说明
[0011] 图1是本发明的原理图。
[0012] 图2是本发明的凿岩逻辑控制块原理图。
具体实施方式
[0013] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0014] 一种切削钻机关键凿岩动作双泵液压控制回路,由双联负载敏感变量泵组1、双进油联负载敏感比例多路阀2、动力头回转马达3、动力头推进马达4、液压油箱8等组成切削钻机关键凿岩动作液压控制主油路,由双联负载敏感变量泵组I中的一个泵和双进油联比例多路阀中回转联多路阀21组成对动力头回转马达的负载敏感比例控制,由双联负载敏感变量泵组I中的另一个泵和第一阀23和第二阀22组成对动力头推进马达的负载敏感比例控制。由凿岩逻辑控制块5、回转先导手柄6、推进先导手柄7等组成切削钻机关键凿岩动作逻辑控制和先导控制油路。
[0015] 双进油联负载敏感比例多路阀2的功能和配置特征为:双侧进油,闭中心,两侧油路及控制关系相互独立;每片阀带有压差补偿器及其负载敏感外控口,推进联第一阀23和第二阀22特别具有A、B油口独立负载敏感外控口 ;两片阀作为动力头推进控制联,其中第二阀22片中位机能为“0”,Α、Β油口具有防冲击与防气蚀阀。回转联多路阀21正转方向切削旋转方向主控制油口 Al流量配置以满足切削旋转速度为准则,推进联第一阀23推进方向切削钻进方向主控制油口 A2流量以满足最大钻进推进速度为准则,推进联推第二阀22进方向切削钻进方向主控制油口 A3流量以A2、A3 口流量之和满足接杆控提、卸杆空推和成孔提杆工况下推进动作速推为准则。
[0016] 凿岩逻辑控制块5由液控比例伺服阀51、高压溢流阀52、低压溢流阀53、两位三通电磁换向阀54和两位三通电磁换向阀55组成。液控比例伺服阀51也可以是特殊平衡阀,关键在于实现压力动态平衡控制,即依据回转联第二阀22或第一阀21负载压力Ls控制推进联23压差补偿器负载敏感外控口 LsA压力动态平衡于高压溢流阀52和低压溢流阀53设定值之间。双进油联负载敏感比例多路阀2回转联负载敏感口 Ls与液控比例伺服阀51液控口相连,回转负载压力控制液控比例伺服阀51阀芯开度;推进联推进方向切削钻进方向负载敏感外控口 LsA同时与高压溢流阀52和液控比例伺服阀51进油口相连,液控比例伺服阀51出油口与低压溢流阀53相连;液控比例伺服阀51依据回转负载压力控制推进联推进方向切削钻进方向负载敏感外控口 LsA压力在高压溢流阀52和低压溢流阀53设定压力范围内平滑变化,高压溢流阀52压力设定以硬岩所需最大推进压力为准则,低压溢流阀53压力设定以软岩所需最低推进压力为准则,液控比例伺服阀51压力设定范围为介于硬岩回转负载压力和软岩回转卡钻临界压力之间。两位三通液控换向阀54控制推进先导手柄7下推位先导油与推进联多路阀下推方向切削钻进方向主控油口 A2、A3先导油口 a2、a3的连接,处于常位时,与a2连通,同时a3卸荷,得电时,与a2、a3同时连通;两位三通液控换向阀55控制推进先导手柄7上提位先导油与推进联多路阀上提方向主控油口 B2、B3先导油口 b2、b3的连接,处于常位时,与b2连通,同时b3卸荷,得电时,与b2、b3同时连通。
[0017] 本装置液压具体的流程如下:[0018] 1.凿岩作业控制
[0019] 凿岩作业工况下,回转先导手柄6处于正转位,控制双进油联负载敏感比例多路阀2 —侧回转联21正转方向切削旋转方向工作口 Al输出压力油,实现动力头回转动作的负载敏感比例控制;推进手柄7处于下推位,两位三通电磁换向阀54失电处于常位,控制双进油联负载敏感比例多路阀2另一侧推进下推方向切削钻进方向工作口 A2输出压力油,实现动力头推进动作的负载敏感比例控制;液控比例伺服阀51依据回转负载压力控制负载敏感多路阀2推进联推进方向切削钻进方向负载敏感外控口 LsA压力在高压溢流阀52和低压溢流阀53设定压力范围内平滑变化,推进联第一阀23压差补偿器随外控口 LsA变化控制推进联推进油口 A3输出压力在高压溢流阀52和低压溢流阀53设定压力范围内平滑变化,实现动力头回转负载压力比例控制推进压力,提高切削钻机钻进过程中对岩层变化的自动适应性。
[0020] 2.接杆空提、成孔提杆和卸杆空推推进快速控制
[0021] 接杆空提或成孔提杆工况下,两位三通电磁换向阀55得电,推进先导手柄7处于上提位,先导油经凿岩逻辑控制块5同时连通两片推进上提联先导油口 b2、b3,两片片推进联第一阀23、第二阀22合流工作,实现动力头上提动作的快速控制;卸杆空推工况下,两位三通电磁换向阀54得电,推进先导手柄7处于下推位,先导油经凿岩逻辑控制块5同时连通两片推进上提联先导油口 a2、a3,两片推进联第一阀23、第二阀22合流工作,实现动力头上提动作的快速控制;同时推进联多路阀主油口 A3、B3具有防冲击和防气蚀控制,避免因快速推进突然起停而引起的冲击和气蚀。

Claims (2)

1.一种切削钻机关键凿岩动作双泵液压控制回路,包括双联负载敏感变量泵组(1)、双进油联负载敏感比例多路阀(2)、回转马达(3)、推进马达(4)、凿岩逻辑控制块(5)、回转先导手柄(6)、推进先导手柄(7)和液压油箱(8),其特征在于:所述双联负载敏感变量泵组(1)的进油口与所述液压油箱(8)连接,所述双联负载敏感变量泵组(1)的压力油(Pl)端与双进油联负载敏感比例多路阀(2)左侧进油联进油口(Ρ1' )连接,所述双联负载敏感变量泵组(1)的压力油(P2)端与双进油联负载敏感比例多路阀(2)右侧进油联进油口(P2,)连接,所述双联负载敏感变量泵组(I)负载敏感口(Lsl)与所述双进油联负载敏感比例多路阀(2)负载敏感口(Lsli )连接,所述双联负载敏感变量泵组(1)负载敏感口(Ls2)与所述双进油联负载敏感比例多路阀(2)负载敏感口(Ls2')连接,所述双进油联负载敏感比例多路阀包括左侧进油联、回转联多路阀(21)、右侧进油联、推进联第一阀(23)、第二阀(22)、每片阀的压差补偿器及其负载敏感外控口,所述凿岩逻辑控制块(5)包括液控比例伺服阀(51)、高压溢流阀(52)、低压溢流阀(53)、第一电磁换向阀(54)和第二电磁换向阀(55),所述回转马达的正转主控油口(A)和反转主控油口(B)分别与所述回转联多路阀(21)的进油口(Al)和进油口(BI)连接,所述回转联多路阀(21)的先导油控制口(al)和先导油控制口(bl)分别与回转先导手柄(6)的正转先导油口和反转先导油口连接,所述推进联多路阀包括合流工作的第二阀(22)和第一阀(23),所述第二阀(22)中位机能为O型,所述推进马达的下推方向主控油口(A)与所述第一阀(23)的进油口(A2)和所述第二阀(22)的进油口(A3)连接,所述推进马达的上提方向主控油口(B)与所述第一阀(23)的进油口(B2)和所述第二阀(22)的进油口(B3)连接,所述第一阀(23)的先导油控制口(a2)和第二阀(22)的先导油控制口(a3)分别与所述第一电磁换向阀(54)的两个进油口连接,所述第一阀(23)的先导油控制口(a2)与所述第一电磁换向阀(54)的进油口连接后再与推进先导手柄(7)的下推先导油口连接,所述第一阀(23)的先导油控制口(b2)和第二阀(22)的先导油控制口(b3)分别与所述第二电磁换向阀(55)的两个进油口连接,所述第一阀(23)的先导油控制口(b2)与所述第二电磁换向阀(55)的进油口连接后再与推进先导手柄(7)的上提先导油口连接,所述回转联多路阀的负载敏感口(Ls)与所述液控比例伺服阀(51)的控制端连接,所述推进联多路阀的负载敏感口(LsA)与所述液控比例伺服阀(51)连接后再与所述高压溢流阀(52)连接,所述液控比例伺服阀(51)的出油口与所述低压溢流阀(53)连接,所述液控比例伺服阀(51)、高压溢流阀(52)、低压溢流阀(53)、第一电磁换向阀(54)和第二电磁换向阀(55)的出油口与回油口连接。
2.根据权利要求1所述的切削钻机关键凿岩动作双泵液压控制回路,其特征在于:所述第一电磁换向阀(54)和第二电磁换向阀(55)为两位三通电磁换向阀。
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