CN102747950B - 切削钻机关键凿岩动作单泵液压控制回路 - Google Patents

Abstract

一种切削钻机关键凿岩动作单泵液压控制回路，包括负载敏感变量泵、负载敏感多路阀、回转马达、推进油缸、凿岩逻辑控制块、回转先导手柄、推进先导手柄和液压油箱，所述负载敏感变量泵的进油口与所述液压油箱连接，所述负载敏感变量泵的出油口、负载敏感口分别与所述负载敏感多路阀进油口、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负载敏感外控口，所述压差补偿器外控口与凿岩逻辑控制块连接，所述回转先导手柄、推进先导手柄与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、高速旋转且推进优先于回转、快速提杆并保持一定的回转转速等功能。

Description

切削钻机关键凿岩动作单泵液压控制回路

所属技术领域

本发明涉及一种切削钻机关键凿岩动作单泵液压控制回路。

背景技术

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。

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，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。同时，基于挖掘机系统改进开发的切削钻机液压系统在成孔提杆控制性能存在不合理性，成孔提杆的速度较慢，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，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，因此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

本实用新型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自动适应性，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切削钻机关键凿岩动作单泵液压控制回路。

一种切削钻机关键凿岩动作单泵液压控制回路，包括负载敏感变量泵、负载敏感比例多路阀、回转马达、推进油缸、凿岩逻辑控制块、回转先导手柄、推进先导手柄和液压油箱，所述负载敏感变量泵的进油口与所述液压油箱连接，所述负载敏感变量泵的压力油与负载敏感比例多路阀进油口连接，所述负载敏感变量泵负载敏感口与所述负载敏感比例多路阀负载敏感口连接，所述负载敏感比例多路阀包括回转联合流工作的第一阀、第二阀、推进联、每片阀的压差补偿器和负载敏感外控口，所述凿岩逻辑控制块包括液控比例伺服阀、高压溢流阀、低压溢流阀和两位三通电磁换向阀，所述回转联第一阀中位机能为O型，所述回转马达的正转主控油口A1′与所述第一阀的进油口A1和第二阀的进油口A2连接，所述回转马达的反转主控油口B1′分别与所述第一阀的进油口B1和第二阀的进油口B2连接，所述第一阀的先导油控制口a1和第二阀的先导油控制口a2分别连接所述电磁换向阀的两个进油口，所述第二阀的先导油控制口a2与所述电磁换向阀的进油口连接后再与所述回转先导手柄的正转先导油口连接，所述第一阀的先导油控制口b1和第二阀的先导油控制口b2相互连接后再与所述回转先导手柄的反转先导油口连接，所述推进油缸的无杆腔端A3′和有杆腔端B3′分别与所述推进联多路阀的进油口A3和进油口B3连接，所述推进联多路阀的先导油控制口a3与所述推进先导手柄的下推先导油口连接，所述推进联多路阀的先导油控制口b3与所述推进先导手柄的上提先导油口连接后再与所述电磁换向阀的控制端连接，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的进油口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、低压溢流阀和电磁换向阀的出油口与回油口连接。

本发明中，所述电磁换向阀为两位三通电磁换向阀。

由于采用上述方案，本发明具有如下优点：

1.本发明通过软岩作业时，钻头较易吃进岩层，较小的推进力和较高的回转转速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，较大的推进力和较慢的回转转速可以提高钻进效率并防止钻头打滑的原理，改进液压系统，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。

2.本发明在成孔提杆工况下，实现动力头快速提杆并保持动力头一定的回转转速，缩短作业循环时间，充分利用主泵功率，并防止因较大碎石块滑入成孔而引起的突然卡钻。

3.本发明在凿岩作业工况下，实现动力头高速旋转并保证推进动作优先于回转，充分利用主泵功率，高速、高效。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是本发明的凿岩逻辑控制块原理图。

具体实施方式

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。

一种切削钻机关键凿岩动作单泵液压控制回路，由负载敏感变量泵1、负载敏感比例多路阀2、回转马达3、推进油缸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。

负载敏感比例多路阀2的功能和配置特征为：每片阀带有压差补偿器及其负载敏感外控口，推进联多路阀23压差补偿器特别具有A3、B3油口独立负载敏感外控口，两片阀作为动力头回转控制联，其中第一阀21中位机能为“O”；第二阀22作为动力头推进控制联，推进联多路阀23A3、B3口流量为非对称控制，上提主油口B3流量大于推进主油口A3；所有联阀芯位均为闭中心，回转联第一阀21、第二阀22和推进联多路阀23并联，回转联第一阀21、第二阀22正转方向切削旋转方向控制口A1口、A2口流量与推进联多路阀23推进方向切削钻进方向控制口A3口流量之和稍大于主泵工作转速下输出流量，A1、A2、A3口流量配置以A3口流量满足最大钻进推进速度和A1、A2口流量之和满足切削旋转速度为准则；推进联多路阀23上提方向成孔提杆方向控制口B3口流量与回转联第二阀22正转方向切削旋转方向控制口B2流量之和等于或小于负载敏感变量泵1工作转速下输出流量，B3、B2口流量配置以B3口流量满足成孔提杆速度为准则。

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、两位三通液控换向阀54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。负载敏感比例多路阀2回转联负载敏感外控口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口口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设定压力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控制回转先导手柄6正转位先导油与回转联多路阀正转方向切削旋转方向控制口A1、A2先导油口a1、a2的连接，处于常位时，回转先导手柄6正转位先导油与a1、a2同时连通；液控换向位时，回转先导手柄6正转位先导油与仅与a2连通。两位三通液控换向阀54工作位受推进先导手柄7上提位先导油控制。

因动力头推进联和回转联并联，动力头推进油缸4大、小腔面积设定应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。

本发明液压具体的流程如下：

1.凿岩作业控制

凿岩作业工况下，推进先导手柄7处于下推位，控制负载敏感比例多路阀2推进联推进方向切削钻进方向工作口A3输出压力油，实现推进油缸4下推动作控制，同时推进先导手柄7下推位先导油控制两位三通液控换向阀54处于常位，第一阀21和第二阀22正转控制先导油a1和a2连通；回转先导手柄6处于正转位，正转位先导油经凿岩逻辑控制块5与a1、a2连通，控制两片回转联多路阀工作，实现高速切削旋转控制；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，推进联多路阀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。

2.成孔提杆推进快速控制

成孔提杆工况下，推进先导手柄7处于上提位，控制推进联大流量油口B3输出压力油，实现动力头上提动作控制，同时推进先导手柄7上提位先导油控制两位三通液控换向阀54换向，控制回转联第一阀21先导油a1卸荷；回转先导手柄6处于正转位，回转先导手柄6正转位先导油经凿岩逻辑控制块5仅控制第2片回转联多路阀工作；实现以较快的上提速度和较慢的正转速度完成提杆。

Claims (2)

1.一种切削钻机关键凿岩动作单泵液压控制回路，包括负载敏感变量泵（1）、负载敏感比例多路阀（2）、回转马达（3）、推进油缸（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：所述负载敏感变量泵（1）的进油口与所述液压油箱（8）连接，所述负载敏感变量泵（1）的压力油（P）与负载敏感比例多路阀（2）进油口连接，所述负载敏感变量泵（1）负载敏感口（Ls）与所述负载敏感比例多路阀（2）负载敏感口（Ls）连接，所述负载敏感比例多路阀包括回转联合流工作的第一阀（21）、第二阀（22）、推进联多路阀（23）、每片阀的压差补偿器和负载敏感外控口，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）和两位三通电磁换向阀（54），所述回转联第一阀（21）中位机能为O型，所述回转马达（3）的正转主控油口（A1′）与所述第一阀（21）的进油口（A1）和第二阀（22）的进油口（A2）连接，所述回转马达（3）的反转主控油口（B1′）分别与所述第一阀（21）的进油口（B1）和第二阀（22）的进油口（B2）连接，所述第一阀（21）的先导油控制口（a1）和第二阀（22）的先导油控制口（a2）分别连接所述电磁换向阀（54）的两个进油口，所述第二阀（22）的先导油控制口（a2）与所述电磁换向阀（54）的进油口连接后再与所述回转先导手柄（6）的正转先导油口连接，所述第一阀（21）的先导油控制口（b1）和第二阀（22）的先导油控制口（b2）相互连接后再与所述回转先导手柄（6）的反转先导油口连接，所述推进油缸（4）的无杆腔端（A3′）和有杆腔端（B3′）分别与所述推进联多路阀（23）的进油口（A3）和进油口（B3）连接，所述推进联多路阀（23）的先导油控制口（a3）与所述推进先导手柄（7）的下推先导油口连接，所述推进联多路阀（23）的先导油控制口（b3）与所述推进先导手柄（7）的上提先导油口连接后再与所述电磁换向阀（54）的控制端连接，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（23）的负载敏感口（LsA）与所述液控比例伺服阀（51）的进油口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）和电磁换向阀（54）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单泵液压控制回路，其特征在于：所述电磁换向阀（54）为两位三通电磁换向阀。

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