CN103821777A - 凿岩机功率连续可调的液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种凿岩机功率连续可调的液压控制系统，包括LS控制的变量泵、控制阀块、节流孔和先导控制手柄，所述控制阀块包括逻辑阀、溢流阀、平衡阀、液动方向阀、梭阀和减压阀；本发明使凿岩机的冲击压力能够在设定的最低冲击压力与最高冲击压力之间，根据先导操作手柄移动的角度进行连续控制，由平衡阀将操作手柄的控制压力进行信号放大，改变了变量泵LS控制压力及逻辑阀的控制压力，使凿岩机的冲击压力在设定的最低冲击压力与最高冲击压力之间连续变化，从而达到凿岩机冲击功率连续可调的目的。本发明可以在特种岩石条件下，灵活地调节凿岩机的冲击功率，节省能源，取得最佳的凿岩效果，以提高凿岩机的生产效率。

Description

凿岩机功率连续可调的液压控制系统

凿岩机功率连续可调的液压控制系统。

技术领域

本发明涉及一种液压控制系统，特别涉及凿岩机的液压控制系统，可以实现对凿岩机轻、重冲击功率间连续可调。

背景技术

凿岩机在工程机械的岩石施工设备中，具有举足轻重的作用，是主要的岩石钻孔机械，凿岩机按动力源来分，有风动凿岩机、内燃凿岩机、电动凿岩机和液压凿岩机等，液压凿岩机由于其凿岩速度快、功率大、效率高、污染小，占据着凿岩机的主导地位。液压凿岩机广泛地应用在黑色与有色矿山的地下采矿与巷道掘进、铁路与公路隧道甚至城市地铁的掘进、煤矿以及军事工程施工等场合。

一般液压凿岩机都需要配有钎杆、钎头及联接套，利用钎头破碎岩石而钻孔，在工作时，凿岩机的钎头除了冲击岩石以外，还需要旋转和推进，以便实现高速钻孔和减少钎头的磨损。另外还需要用水冲洗被破碎的岩粉或者用压缩空气吹去钻孔内残余的积水等。除了小功率的手持式液压凿岩机外，液压凿岩机由于功率大、速度快，本身的重量也大，因此通常配置在可以移动的车辆（凿岩钻车）上，以实现上述的各种动作来实现对岩石的快速钻孔。凿岩机的功率，是以凿岩机的允许的最大额定冲击功率来衡量，但在实际凿岩工作时，需要根据工作条件进行必要的功率调节，以最低的生产成本达到最佳的使用效果。

国产化的凿岩钻车品种很少，国内常见的是国外品牌的凿岩钻车，凿岩钻车的凿岩机冲击功率的调节，一般分为两级固定的功率，根据岩石的性质与可凿的情况，其中一级较低的冲击功率用于钻孔刚开始钻头进入岩石时使用，以达到引导钻孔定位准确的目的，称为开口。开口时的凿岩机冲击压力称为轻冲击压力或者开口压力。当完成钻孔的开口后，为了提高凿岩速度，采用较高的冲击压力进行凿岩，称为重冲击压力或全功率凿岩压力。这两种凿岩机的冲击压力是根据极大多数的岩石情况由维修技术人员进行停机维修维护时调整的，一般接近于凿岩机的额定冲击压力或者略低。

国外品牌的凿岩钻车中，Atlas Copco公司的Boomer系列产品，就是使用恒压变量泵、手动方向阀和节流阀结合的方法，提供给凿岩机，完成凿岩机的轻、重冲击两种工况下的冲击压力调节。而Tamrock公司的产品，凿岩机的冲击压力采用了变量泵LS（Load Sinser control、负载传感控制）控制技术，也是通过轻、重冲击两种冲击压力的调节来控制凿岩机工作的。这一控制系统，较Atlas Copco公司的Boomer系列产品先进，且能耗比较低。国内外也有一些专利技术，使用溢流阀、或者通过先导溢流阀LS控制系统对凿岩机的轻、重冲击进行两级压力控制的方法。

在实际施工中，由于岩石的性质往往出现变化，单一的轻重两级功率控制并不一定适合技术方案中所设定的凿岩参数，遇到岩质结构致密的岩层需要大功率凿岩，岩质结构松软的岩层，较小的功率即可凿岩，但在现有技术的各种钻车上，无法满足复杂岩层中随时可能出现的调节凿岩机冲击压力的需求，目前的现状是设定一个较大的额定功率以后就不再调整，因为凿岩机临时调节凿岩机的冲击压力在施工过程中基本是不被允许的，凿岩机的功率调整必须由维修技术人员在停机时调整，这就使得凿岩车一直处在一个高能耗或者远超真实所需功率的情况下工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凿岩机功率连续可调的液压控制系统，可以实现对凿岩机轻、重冲击功率间连续可调，以满足复杂岩层中随时可能出现的调节凿岩机冲击压力的使用需求。

为了达到上述目的，本发明提供了一种凿岩机功率连续可调的液压控制系统，包括LS控制的变量泵、控制阀块、节流孔和先导控制手柄，所述控制阀块包括逻辑阀、溢流阀、平衡阀、液动方向阀、梭阀和减压阀；

变量泵的出油口与控制阀块中的第一逻辑阀的压力油口连接、第一逻辑阀的出油口和第二逻辑阀的压力油口连接，第二逻辑阀的出油口与凿岩机的冲击油源油口相连接；

变量泵的出油口还与控制阀块中的第一减压阀的压力油口连接，所述第一减压阀的出油口作为先导控制手柄的压力油源，同时所述第一减压阀的出油口通过第二节流孔、与第一平衡阀的控制油口以及第二平衡阀的压力油口连接，第一平衡阀和第二平衡阀的出油口均和回油管连接；

第一逻辑阀的控制油口与第一液动方向阀的一个油口、第二溢流阀的压力油口、第一梭阀的一个进油口相连通，第一逻辑阀的控制油口还与第一节流孔、凿岩机的冲击油源油口相连接；第二溢流阀的出油口和第一平衡阀的压力油口相连通；

第二逻辑阀的控制油口与第二液动方向阀的一个油口连接；常态时，所述油口和第二液动方向阀的任何油口均闭合，当所述第二液动方向阀换向时，第二液动方向阀的另一个油口和回油管连通；

第一梭阀的另一个进油口和凿岩机推进控制阀的LS信号管相连，所述第一梭阀的输出口分别和变量泵的LS控制油口以及第一溢流阀的压力油口连接，第一溢流阀的出油口则和回油管相通；

第二梭阀的两个进油口分别和凿岩机先导控制手柄的轻、重冲击控制油口相连接，所述第二梭阀的输出口分别和第一液动方向阀、第二液动方向阀的控制油口连接；另外，先导控制手柄的重冲击控制控制油口还和第二平衡阀的控制油口连接。

进一步的，变量泵的出油口和第二减压阀的进油口连接，所述第二减压阀的出油口和第三液动方向阀的一个油口连通；常态时，所述油口和第三液动方向阀的任何油口均闭合，当第三液动方向阀换向时，通过该阀的另一个油口和凿岩机的缓冲压力油源连通，第三液动方向阀的控制油口和先导控制手柄的重冲击控制控制油口连通。

进一步的，第一逻辑阀和第二逻辑阀的控制油口连通，可以互换位置。

进一步的，第一减压阀可以由液压系统中其他的先导油源替代，并将该先导油源连接到第二节流孔的对应位置。

进一步的，先导控制手柄，可用电液比例阀或其他的先导控制阀替代。

进一步的，所述液压控制系统中的控制阀块为螺纹插装阀。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种凿岩机轻、重冲击功率之间连续可调的液压控制系统，以满足复杂岩层中随时可能出现的调节凿岩机冲击压力的使用需求。使凿岩机的冲击压力能够在设定的最低冲击压力与最高冲击压力之间，根据先导操作手柄移动的角度进行连续控制，由平衡阀将操作手柄的控制压力进行信号放大，改变了变量泵LS控制压力及逻辑阀的控制压力，使凿岩机的冲击压力在设定的最低冲击压力与最高冲击压力之间连续变化，从而达到凿岩机冲击功率连续可调的目的。本发明可以在特种岩石条件下，灵活地调节凿岩机的冲击功率，节省能源，取得最佳的凿岩效果，以提高凿岩机的生产效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：1.1、第一逻辑阀，1.2、第二逻辑阀，2.1、第一溢流阀，2.2、第二溢流阀，3.1、第一平衡阀，3.2、第二平衡阀，4.1、第一液动方向阀，4.2、第二液动方向阀，4.3、第三液动方向阀，5.1、第一梭阀，5.2、第二梭阀，6.1、第一减压阀，6.2、第二减压阀，7.1、第一节流孔，7.2、第二节流孔，8、LS控制的变量泵，9、液压凿岩机，10、先导控制手柄，11、蓄能器；

P1、变量泵的出油口，P2、变量泵同时供凿岩机推进等其他液压控制回路的压力油源，t、控制油回油口，D1液压凿岩机冲击油源，D2液压凿岩机缓冲油源（可选项），LS、变量泵的控制油，LS1、凿岩机推进等其他液压回路提供的LS控制压力油口，Pc、先导控制手柄的压力油口，C1、先导控制手柄的重冲击控制压力油口，C2先导控制手柄的轻冲击控制压力油口。

具体实施方式

如图1所示，一种凿岩机功率连续可调的液压控制系统，包括LS控制的变量泵8、控制阀块、节流孔和先导控制手柄10，所述控制阀块包括逻辑阀、溢流阀、平衡阀、液动方向阀、梭阀和减压阀；变量泵8的出油口与控制阀块中的第一逻辑阀1.1的压力油口连接、第一逻辑阀1.1的出油口和第二逻辑阀1.2的压力油口连接，第二逻辑阀1.2的出油口与凿岩机的冲击油源D1油口相连接；变量泵8的出油口还与控制阀块中的第一减压阀6.1的压力油口连接，所述第一减压阀6.1的出油口作为先导控制手柄10的压力油源，同时所述第一减压阀6.1的出油口通过第二节流孔7.2、与第一平衡阀3.1的控制油口以及第二平衡阀3.2的压力油口连接，第一平衡阀3.1和第二平衡阀3.2的出油口均和回油管连接；第一逻辑阀1.1的控制油口与第一液动方向阀4.1的一个油口、第二溢流阀2.2的压力油口、第一梭阀5.1的一个进油口相连通，第一逻辑阀1.1的控制油口还与第一节流孔7.1、凿岩机的冲击油源D1油口相连接；第二溢流阀2.2的出油口和第一平衡阀3.1的压力油口相连通；第二逻辑阀1.2的控制油口与第二液动方向阀4.2的一个油口连接；常态时，该油口和第二液动方向阀4.2的任何油口均闭合，当所述第二液动方向阀4.2换向时，第二液动方向阀4.2的另一个油口和回油管连通；第一梭阀5.1的另一个进油口和凿岩机推进控制阀的LS信号管相连，第一梭阀5.1的输出口分别和变量泵的LS控制油口以及第一溢流阀2.1的压力油口连接，第一溢流阀2.1的出油口则和回油管相通；第二梭阀5.2的两个进油口分别和凿岩机先导控制手柄的轻、重冲击控制油口C1、C2相连接，第二梭阀5.2的输出口分别和第一液动方向阀4.1、第二液动方向阀4.2的控制油口连接；另外，先导控制手柄的重冲击控制控制油口C1还和第二平衡阀3.2的控制油口连接。

为了进一步提供能连续的功率变动，变量泵8的出油口和第二减压阀6.2的进油口连接，第二减压阀6.2的出油口和第三液动方向阀4.3的一个油口连通；常态时，该油口和第三液动方向阀4.3的任何油口均闭合，当第三液动方向阀4.3换向时，通过该阀的另一个油口和凿岩机的缓冲压力油源D2连通，第三液动方向阀4.3的控制油口和先导控制手柄10的重冲击控制控制油口C1连通。

为了进一步增加本系统的稳定性，第一逻辑阀1.1和第二逻辑阀1.2的控制油口连通，可以互换位置；第一减压阀6.1可以由液压系统中其他的先导油源替代，并将该先导油源连接到第二节流孔7.2的对应位置；先导控制手柄10，可用电液比例阀或其他的先导控制阀替代。

进一步的，所述液压控制系统中的控制阀块为螺纹插装阀，结构紧凑、便于维修、外部管线少，故障率低。

下面结合本系统实际操作中的具体实施方式进一步说明本发明是如何实现的：

本发明的液压控制系统，最基本的其他元件应该包括LS控制的变量泵8，这是本液压系统的动力源，液压凿岩机9是液压系统的执行元件，是本发明的控制对象。液压凿岩机9的冲击功率与液压油的冲击压力成固定的正向相关的关系变化，因此控制了凿岩机冲击油源的压力，也就控制了凿岩机的冲击功率。凿岩机冲击控制先导控制手柄10是本发明中的指令性控制元件，通过先导控制手柄的角度变化，输出不同压力的控制油，通过C1或C2油口，对控制阀块内的阀件进行操作与控制。C1重冲击控制压力油口，C2为轻冲击控制压力油口。蓄能器11用以稳定控制元件的压力，减少压力波动，以取得最佳的控制效果。

变量泵经变量泵的出油口P1接入控制阀块，连接的逻辑阀是变量泵向液压凿岩机供油通断和调节压力高低的主控制阀组。常开型的第一逻辑阀1.1的作用是：通过其控制压力的变化，达到控制凿岩机的供油压力；常闭型第二逻辑阀1.2，在常态下关闭，但在先导控制手柄10的控制下，通过第二梭阀5.2控制第二液压动换向阀4.2换向，将第二逻辑阀1.2的控制油口和控制油回油口t连通，第二逻辑阀1.2便开通，将变量泵8的高压油接通到液压凿岩机9的液压凿岩机冲击油源D1油口，凿岩机便进行冲击凿岩。

第一逻辑阀1.1的出口压力，决定了凿岩机的冲击压力，它是由控制油口的压力来决定的。第一逻辑阀1.1的控制压力，根据先导控制手柄10的控制方法不同或者控制压力变化，会产生不同的结果。

当先导控制手柄10置于轻冲击位置时，控制先导控制手柄的轻冲击控制压力油口C2的压力，通过第二梭阀5.2同时使第一液动方向阀4.1和第二液动方向阀4.2换向。4.2的换向，将变量泵8的油源接到液压凿岩机冲击油源D1油口上。第一液动方向阀4.1的换向，切断了第一逻辑阀1.1控制油口与控制油回油口t的连接。由第一节流孔7.1从液压凿岩机冲击油源D1油口取回的压力信号，通过第一梭阀5.1及控制阀块上的LS油口加载到变量泵8上，使变量泵升压，同时因第一逻辑阀1.1控制口的压力升高，使第一逻辑阀1.1的出口压力继续提高，实现了变量泵8的LS控制加载和液压凿岩机9的冲击启动。

LS控制压力的上升，最终会受到第一溢流阀2.1的限止，即第一溢流阀2.1设定的压力，决定了变量泵8的最高输出压力，也是本液压控制系统的最高工作压力。

由先导控制手柄的轻冲击控制压力油口C2输出压力不能加载到第二平衡阀3.2的控制油口，此时第二平衡阀3.2控制油口的控制压力为零，第二平衡阀3.2的压力油口和出油口之间处于关闭状态。变量泵8出油口经过第一减压阀6.1减压后先导控制手柄的压力油口Pc，通过第二节流孔7.2加载到了第一平衡阀3.1的控制口。此时第一平衡阀3.1设定在压力油口与出油口完全开启，与控制阀块的控制油回油口t连通并回油箱，无压力降。在此状态下，变量泵的控制油LS压力的升高，除了由第一溢流阀2.1确定的系统最高压力外，同时还受到了第二溢流阀2.2的控制。第二溢流阀2.2的设定压力为凿岩机的轻冲击压力，要小于由第一溢流阀2.1确定的最高系统压力。因此由变量泵的控制油LS压力控制的变量泵8的输出压力被控制在第二溢流阀2.2设定的凿岩机轻冲击压力值，实现了凿岩机的轻冲击功率控制。

当先导控制手柄置于先导控制手柄的重冲击控制压力油口C1位置时，控制油口压力通过第二梭阀5.2同时使第一液动方向阀4.1和第二液动方向阀4.2换向，后面的控制和轻冲击时一样，使液压凿岩机的液压凿岩机冲击油源D1得到冲击压力油。与轻冲击油口控制不一样的是，C1还直接加载到了第二平衡阀3.2的控制油口。

由于平衡阀控制的原理，当平衡阀控制油口没有加载控制压力时，其压力油口和出油口的最大压力差为该阀设定的压力（相当于溢流阀）。当控制油口加载一个控制压力时，此时平衡阀压力油口和出油口的最大压力差为该阀设定的压力减去控制压力与该阀控制比的乘积。当控制压力足够大时，压力油口与出油口完全连通，无压力降。

当先导控制手柄的重冲击控制压力油口C1的压力达到先导控制手柄最大输出压力时，第二平衡阀3.2的压力油口和出油口完全连通，这样和第二平衡阀3.2压力油口连接的第一平衡阀3.1的控制油口便没有了控制压力，此时平衡阀3.1压力油口与出油口之间的压力差，达到了平衡阀的设定压力。这一设定压力调整为本发明的凿岩机重冲击压力和轻冲击压力的差值，即第二溢流阀2.2的设定压力加上第一平衡阀3.1的设定压力为本系统凿岩机的重冲击压力。因此，当先导控制手柄10的C1油口输出压力达到最大值时，凿岩机02的冲击压力达到了重冲击压力。凿岩机重冲击压力值，一般要小于、最大为等于由溢流阀2.1设定的本液压系统的最高压力。

当先导控制手柄的重冲击控制压力油口C1输出压力在最大值与最小值之间变化时，由于第二平衡阀3.2的压力油口和出油口之间发生压力变化，这样第一平衡阀3.1的控制压力同样受到变化。第二平衡阀3.2的压力油口和出油口之间压力变化和先导控制手柄的重冲击控制压力油口C1输出压力成反相关线性变化的关系，而第一平衡阀3.1的这一压力变化则和先导控制手柄的重冲击控制压力油口C1输出压力成正相关线性变化的关系。因此，先导控制手柄的重冲击控制压力油口C1输出压力可以控制凿岩机的冲击功率从最小的轻冲击到最大的重冲击之间成连续性的变化，实现了本发明的控制目标。

目前，高压大功率的凿岩机一般都需要有一个缓冲油源。为此，本发明的控制阀块中，设有第二减压阀6.2，该阀的压力油口与变量泵的出油口P1相通，出油口则与第三液动方向阀4.3的一个油口连通。常态时，该油口与其他油口不通，变量泵的压力油不能输出到凿岩机缓冲油源D2。当先导控制手柄的重冲击控制压力油口C1输出控制压力时，第三液动方向阀4.3换向，第三液压动方向阀4.3的油口和控制阀块上的液压凿岩机缓冲油源D2油口连通，由变量泵提供的压力油加载到了液压凿岩机缓冲油源D2油口上，向凿岩机提供缓冲油源。这一缓冲油源的压力高低，由第二减压阀6.2来调节。

本发明图1只表示了与凿岩机冲击相关的部分。全液压凿岩钻车，除了凿岩机冲击控制部分之外，必须还要有凿岩机的推进等部分。为此，控制阀块上的变量泵同时供凿岩机推进等其他液压控制回路的压力油源P2油口为钻车的其他液压系统提供油源，由凿岩机推进等其他液压回路提供的LS控制压力油口LS1接受其他液压系统对变量泵的LS控制信号。

本发明提供了一种凿岩机轻、重冲击功率之间连续可调的液压控制系统，以满足复杂岩层中随时可能出现的调节凿岩机冲击压力的使用需求。使凿岩机的冲击压力能够在设定的最低冲击压力与最高冲击压力之间，根据先导操作手柄移动的角度进行连续控制，由平衡阀将操作手柄的控制压力进行信号放大，改变了变量泵LS控制压力及逻辑阀的控制压力，使凿岩机的冲击压力在设定的最低冲击压力与最高冲击压力之间连续变化，从而达到凿岩机冲击功率连续可调的目的。本发明可以在特种岩石条件下，灵活地调节凿岩机的冲击功率，节省能源，取得最佳的凿岩效果，以提高凿岩机的生产效率。

以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种凿岩机功率连续可调的液压控制系统，包括LS控制的变量泵、控制阀块、节流孔和先导控制手柄，其特征在于：所述控制阀块包括逻辑阀、溢流阀、平衡阀、液动方向阀、梭阀和减压阀；

变量泵的出油口与控制阀块中的第一逻辑阀的压力油口连接、第一逻辑阀的出油口和第二逻辑阀的压力油口连接，第二逻辑阀的出油口与凿岩机的冲击油源油口相连接；

变量泵的出油口还与控制阀块中的第一减压阀的压力油口连接，所述第一减压阀的出油口作为先导控制手柄的压力油源，同时所述第一减压阀的出油口通过第二节流孔、与第一平衡阀的控制油口以及第二平衡阀的压力油口连接，第一平衡阀和第二平衡阀的出油口均和回油管连接；

第一逻辑阀的控制油口与第一液动方向阀的一个油口、第二溢流阀的压力油口、第一梭阀的一个进油口相连通，第一逻辑阀的控制油口还与第一节流孔、凿岩机的冲击油源油口相连接；第二溢流阀的出油口和第一平衡阀的压力油口相连通；

第二逻辑阀的控制油口与第二液动方向阀的一个油口连接；常态时，所述油口和第二液动方向阀的任何油口均闭合，当所述第二液动方向阀换向时，第二液动方向阀的另一个油口和回油管连通；

第一梭阀的另一个进油口和凿岩机推进控制阀的LS信号管相连，所述第一梭阀的输出口分别和变量泵的LS控制油口以及第一溢流阀的压力油口连接，第一溢流阀的出油口则和回油管相通；

第二梭阀的两个进油口分别和凿岩机先导控制手柄的轻、重冲击控制油口相连接，所述第二梭阀的输出口分别和第一液动方向阀、第二液动方向阀的控制油口连接；另外，先导控制手柄的重冲击控制控制油口还和第二平衡阀的控制油口连接。

2.根据权利要求1所述一种凿岩机功率连续可调的液压控制系统，其特征在于：所述变量泵的出油口和第二减压阀的进油口连接，所述第二减压阀的出油口和第三液动方向阀的一个油口连通；常态时，所述油口和第三液动方向阀的任何油口均闭合，当第三液动方向阀换向时，通过该阀的另一个油口和凿岩机的缓冲压力油源连通，第三液动方向阀的控制油口和先导控制手柄的重冲击控制控制油口连通。

3.根据权利要求1所述一种凿岩机功率连续可调的液压控制系统，其特征在于：第一逻辑阀和第二逻辑阀的控制油口连通，可以互换位置。

4.根据权利要求1所述一种凿岩机功率连续可调的液压控制系统，其特征在于：第一减压阀可以由液压系统中其他的先导油源替代，并将该先导油源连接到第二节流孔的对应位置。

5.根据权利要求1所述一种凿岩机功率连续可调的液压控制系统，其特征在于：先导控制手柄，可用电液比例阀或其他的先导控制阀替代。

6.根据权利要求1所述一种凿岩机功率连续可调的液压控制系统，其特征在于：所述液压控制系统中的控制阀块为螺纹插装阀。

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