CN104141451B - 一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统，推拉泵（1）分别与主溢流阀（6）及推拉主阀（7）连接，主溢流阀（6）分别与液压油箱（16）和工作电磁阀（10）连接，工作电磁阀（10）与推拉手柄（4）连接，推拉手柄（4）分别与后拉电磁阀（3）、后拉合流电磁阀（2）、前推合流电磁阀（5）、推拉主阀（7）连接，后拉电磁阀（3）与后拉合流电磁阀（2）连接，后拉合流阀（12）和前推合流阀（11）均与推拉主阀（7）连接，后拉合流电磁阀（2）分别与推拉主阀（7）及后拉合流阀（12）连接，前推合流电磁阀（5）与前推合流阀（11）连接。本发明能为推拉马达提供液压合油，使推拉动力头有更强劲的动力和更高的转速。

Description

一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统

技术领域

本发明涉及一种液压控制系统，具体是一种液压合流控制系统。

背景技术

水平定向钻机施工时，液压动力头在钻架上向前、向后运行通常是由单一的油路来提供动力的，这种供油方式使液压动力头的推进动力较小，从而使地下的钻杆钻头得到的驱动力也较小，当钻杆钻头遇到较硬的土质时，推进速度会变得非常缓慢，从而使工作效率变得非常低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统，能够增强动力头在钻架上的推动力，进而提高工作效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统，包括推拉泵、液压油箱、推拉合流泵，所述的推拉泵通过连接盘固定在发动机上，所述推拉合流泵通过管路串联在推拉泵的一侧，该推拉合流泵分别与前推合流阀的P口及后拉合流阀的P口管路连接，所述推拉泵的A口通过管路分别连接到主溢流阀的P口及推拉主阀的P口，其中主溢流阀的T口与液压油箱管路连接，该主溢流阀的P_P口与工作电磁阀的A口管路连接，所述工作电磁阀的B口与液压油箱管路连接，该工作电磁阀的P口与推拉手柄的P口管路连接，该推拉手柄的T口通过管路分别与后拉合流电磁阀、前推合流电磁阀及液压油箱连接，该推拉手柄的2口与后拉电磁阀的P1口管路连接，所述后拉电磁阀与后拉合流电磁阀管路连接，该后拉合流电磁阀的A1口与后拉合流阀管路连接，该后拉合流阀的B口与推拉主阀的B1口管路连接，所述后拉合流电磁阀的B1口分别与推拉主阀b1口及后拉合流阀的b口管路连接，所述推拉手柄的4口通过管路分别与前推合流电磁阀的P2口及推拉主阀的a1口连接，所述前推合流电磁阀的B2口与前推合流阀的a口管路连接，该前推合流阀的A口与推拉主阀的A1口管路连接，所述推拉主阀的B1口与后拉合流阀的B口之间的节点与推拉马达的B口管路连接，推拉主阀的A1口与前推合流阀的A口之间的节点与推拉马达A口管路连接。

进一步，电源VCC分别与第一保险丝及第二保险丝电路连接，所述第一保险丝通过座位开关与工作电磁阀的正极电路连接，该工作电磁阀的负极接地，所述第一保险丝分别与后限位开关上的端子1和端子3电路连接，所述后限位开关的端子2通过继电器K2的常闭触点与后拉电磁阀的正极电路连接，该后拉电磁阀负极接地，所述后限位开关的端子4与继电器K1线圈的正极电路连接，该继电器K1线圈的负极接地，所述第二保险丝与合流开关的端子3电路连接，该合流开关的端子1与继电器K2线圈的正极电路连接，该继电器K2线圈的负极接地，合流开关的端子1与继电器K2之间的节点通过继电器K1的常闭触点与后拉合流电磁阀的正极电路连接，该后拉合流电磁阀的负极接地，所述合流开关的端子7与前推合流电磁阀的正极电路连接，该前推合流电磁阀的负极接地。

进一步，所述推拉主阀通过平衡阀与推拉马达管路连接，所述推拉主阀的A1口与前推合流阀的A口之间的节点与平衡阀的V1口管路连接，该推拉主阀的B1口与后拉合流阀的B口之间的节点与平衡阀的V2口管路连接，所述平衡阀的C1口与推拉马达的A口管路连接，该平衡阀的C2口与推拉马达的B口管路连接。

进一步，所述主溢流阀的T口管路依次通过散热器和滤油器连接到液压油箱。

进一步，所述平衡阀的S口管路依次通过散热器和滤油器连接到液压油箱。

进一步，所述电源VCC为24V直流电源。

本发明通过推拉合流泵、前推合流阀和后推合流阀的设置，实现了液压油的合流，从而能够为水平定向钻机的动力头提供更大的液压动力，以使钻杆钻头能够通过推拉动力头获得更强的驱动力和更快的推拉速度，该液压系统中设置有主溢流阀，在推拉泵供应高压油，而其他各部分未能协同动作时，主溢流阀在其内部的液压油的压力超过20MP时将液压油导入液压油箱中，从而保护整个液压系统；通过工作电磁阀、后拉电磁阀、后限位开关、后拉合流电磁阀、前推合流电磁阀及合流开关的设置，可以使该液压系统得到安全、快捷的控制；通过平衡阀的设置可以达到一种缓冲减压的效果，从而减少了钻杆钻头在回拖管线时钻层给钻杆钻头产生的反作用力，从而有效的保护了水平定向钻的推拉马达；通过将主溢流阀依次通过散热器和滤油器与液压油箱相连，这样一方面可以当主溢流阀中的液压油压力超过一定压力值时，使主溢流阀中的液压油回流到液压油箱中，从而保护整个系统，另外，散热器和滤油器对重新的流回液压油箱的液压油可以实现降温和过滤的作用；通过将平衡阀依次通过散热器和滤油器与液压油箱相连，可以在推拉动力头输出动力遇阻时，有效的保护整个液压系统及该水平定向钻机。

附图说明

图1是本发明液压系统部分的结构示意图；

图2是本发明的电路系统部分的原理图。

图中：1、推拉泵，2、后拉合流电磁阀，3、后拉电磁阀，4、推拉手柄，5、前推合流电磁阀，6、主溢流阀，7、推拉主阀，8、平衡阀，9、推拉马达，10、工作电磁阀，11、前推合流阀，12、后拉合流阀，13、推拉合流泵，14、散热器，15、滤油器，16、液压油箱，17、座位开关，18、第一保险丝，19、后限位开关，20、第二保险丝，21、合流开关，22、继电器K2，23、继电器K1。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供的一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统，包括推拉泵1、液压油箱16、推拉合流泵13，所述的推拉泵1通过连接盘固定在发动机上，所述推拉合流泵13通过法兰串联在推拉泵1的一侧，该推拉合流泵13分别与前推合流阀11的P口及后拉合流阀12的P口管路连接，所述推拉泵1的A口通过管路分别连接到主溢流阀6的P口及推拉主阀7的P口，其中主溢流阀6的T口与液压油箱16管路连接，该主溢流阀6的P_P口与工作电磁阀10的A口管路连接，所述工作电磁阀10的B口与液压油箱16管路连接，该工作电磁阀10的P口与推拉手柄4的P口管路连接，该推拉手柄4的T口通过管路分别与后拉合流电磁阀2、前推合流电磁阀5及液压油箱16连接，该推拉手柄4的2口与后拉电磁阀3的P1口管路连接，所述后拉电磁阀3的P1口与后拉合流电磁阀2的进油口管路连接，该后拉合流电磁阀2的A1口与后拉合流阀12的b口管路连接，该后拉合流阀12的B口与推拉主阀7的B1口管路连接，所述后拉电磁阀3的B1口分别与推拉主阀7的b1口及后拉合流阀12的b口管路连接，所述推拉手柄4的4口通过管路分别与前推合流电磁阀5的P2口及推拉主阀7的a1口连接，所述前推合流电磁阀5的B2口与前推合流阀11的a口管路连接，该前推合流阀11的A口与推拉主阀7的A1口管路连接，所述推拉主阀7的B1口与后拉合流阀12的B口之间的节点与推拉马达9的B口管路连接_，推拉主阀7的A1口与前推合流阀11的A口之间的节点和推拉马达9的A口管路连接。

为了使该合流控制系统的控制过程更方便快捷、安全可靠，达到电液联合控制的效果，如图2所示，可以采用如下电路，电源VCC分别与第一保险丝18及第二保险丝20电路连接，所述第一保险丝18通过座位开关17与工作电磁阀10的正极电路连接，该工作电磁阀10的负极接地，所述第一保险丝18分别与后限位开关19上的端子1和端子3电路连接，所述后限位开关19的端子2通过继电器K222的常闭触点与后拉电磁阀3的正极电路连接，该后拉电磁阀3负极接地，所述后限位开关19的端子4与继电器K123线圈的正极电路连接，该继电器K123线圈的负极接地，所述第二保险丝20与合流开关21的端子3电路连接，该合流开关21的端子1与继电器K222线圈的正极电路连接，该继电器K222线圈的负极接地，合流开关21的端子1与继电器K222之间的节点通过继电器K123的常闭触点与后拉合流电磁阀2的正极电路连接，其中后拉合流电磁阀2的负极接地，所述合流开关21的端子7与前推合流电磁阀5的正极电路连接，该前推合流电磁阀5的负极接地。

为了实现一种缓冲减压的效果，从而减少在钻杆钻头向后拉时钻层给钻杆钻头产生的反作用力，能够有效保护水平定向钻的推拉马达，如图1所示，所述推拉主阀7通过平衡阀8与推拉马达9管路连接，所述推拉主阀7的A1口与前推合流阀11的A口之间的节点与平衡阀8的V1口管路连接，该推拉主阀7的B1口与后拉合流阀12的B口之间的节点与平衡阀8的V2口管路连接，所述平衡阀8的C1口与推拉马达9的A口管路连接，该平衡阀8的C2口与推拉马达9的B口管路连接。

所述主溢流阀6的T口管路依次通过散热器14和滤油器15连接到液压油箱16。通过将主溢流阀6依次通过散热器14和滤油器15与液压油箱16相连，这样一方面可以当主溢流阀6中的液压油压力超过一定压力值时，使主溢流阀6中的液压油回流到液压油箱16中，从而保护整个液压系统，另外，散热器14和滤油器15对重新的流回液压油箱16的液压油可以实现降温和过滤的作用。

所述平衡阀8的S口管路依次通过散热器14和滤油器15连接到液压油箱16。这样一方面可以当平衡阀8中的液压油压力超过一定压力值时，使平衡阀8中的液压油回流到液压油箱16中，从而保护整个系统，另外，散热器14和滤油器15对重新的流回液压油箱16的液压油可以实现降温和过滤的作用。

为了方便利用钻机上的电瓶直接作为输出源，可以使所述电源VCC为24V直流电源。

工作原理：当不需要液压油合流输出时，推拉泵1输出的高压油从A口通过液压管路送到主溢流阀6的P口及动力头推拉主阀7的P口，若主溢流阀的压力超过20MP，液压油会通过散热器14、滤油器15流回到液压油箱16中。主溢流阀6将液压控制油从P_P口供给工作电磁阀10的A口，当工作电磁阀10通电，工作电磁阀10通过P口将液压控制油供给推拉手柄4，当推拉手柄4的手柄向前推时，推拉主阀7的a1口从推拉手柄4的4口获得液压控制油，此时，推拉主阀7的P口与A1口导通，从推拉主阀7的P口供给的液压油通过推拉主阀7的A1口流到平衡阀8中，平衡阀8再通过C1口将液压油供给推拉马达9的一端，从而推拉马达9能够正转，推动动力头在钻架上向前运动，推动钻杆钻头向前推进；当推拉手柄4的手柄向后推时，后拉电磁阀3处于得电状态，推拉手柄4的2口中的液压控制油通过后拉电磁阀3的B1口流入推拉主阀7的b1口，此时，推拉主阀7的P口与B1口导通，从推拉主阀7的P口供给的液压油通过推拉主阀的B1口流到平衡阀8中，平衡阀8再通过C2口将液压油供给推拉马达9的另一端，从而推拉马达9能够反转，推动动力头在钻架上向后运动，推动钻杆钻头向后移动。

后限位开关19为联动自动复位开关，其原始状态为端子1与端子2导通，端子3与端子4断开，继电器K222与继电器K123均是常闭开关，合流开关21为三档自动复位开关，其原始状态为处在中间档位未闭合区域，当驾驶员坐在座位上时，座位开关17闭合，从而工作电磁阀10得电，当合流开关21导通端子3与端子7时，前推合流电磁阀5得电，当合流开关21导通端子3与端子1时，后拉合流电磁阀2得电，同时继电器K222线圈得电，继电器K222的常闭触点断开，当动力头在钻架上向后移动的过程中触碰到后限位开关19时，后限位开关19的端子1与端子2断开，后限位开关的端子3与端子4导通，此时，后拉电磁阀3断电，继电器K123的线圈得电，继电器K123的常闭触点断开，后拉合流电磁阀2断电。

当动力头向前或向后运动需要有更大的动力时，就需要实现合流的效果，推拉泵1与推拉合流泵13同时工作，先将推拉手柄4向前推，推拉主阀7的a1口得到控制油，推拉主阀7的P口与A1口导通，从推拉主阀7的P口供给的液压油通过推拉主阀7的A1口流到平衡阀8中，再使合流开关21的端子3与端子7导通，前推合流电磁阀5得电，前推合流电磁阀5的B2口流出的液压控制油供给前推合流阀11，此时前推合流阀11上的P口与A口导通，从推拉合流泵13供给的液压油通过前推合流阀11的A口在推拉主阀7的A1口与从推拉主阀的P口流入的液压油实现合流，平衡阀8再通过C1口将从推拉主阀7的A1口合流的液压油供给推拉马达9的一端，从而推拉马达9能够合流正转，推动动力头在钻架上向前高速运动，继而推动钻杆钻头向前高速运行。

当动力头向后运动需要有更大的动力或更高的速度时，推拉泵1与推拉合流泵13同时工作，先将推拉手柄4向后推，推拉主阀7的b1口得到控制油，推拉主阀7的P口与B1口导通，从推拉主阀7的P口供给的液压油通过推拉主阀的B1口流到平衡阀8中，再使合流开关21的端子3与端子1导通，后拉合流电磁阀2得电，后拉合流电磁阀2的A1口流出的液压控制油供给后拉合流阀12，此时后拉合流阀12上的P口与B口导通，从推拉合流泵13供给的液压油通过后拉合流阀12的B口在推拉主阀7的B1口与从推拉主阀的P口流入的液压油实现合流，平衡阀8再通过C2口将从推拉主阀7的B1口合流的液压油供给推拉马达9的另一端，从而推拉马达9能够合流反转，推动动力头在钻架上向后运动，继而推动钻杆钻头向后高速移动，当动力头在钻架上向后移动的过程中触碰到后限位开关19时，后限位开关19的端子1与端子2断开，后限位开关的端子3与端子4导通，此时，后拉电磁阀3断电，后拉电磁阀3的B1口停止向推拉主阀7提供液压控制油，推拉主阀7上的P口与B1口上的油路断开，从而推拉主阀7不能为推拉马达9的反转提供液压动力，而继电器K123的线圈得电，所以继电器K1的常闭触点断开，后拉合流电磁阀2断电，从而后拉合流电磁阀的A1口不能为后拉合流阀12提供液压控制油，后拉合流阀12上的P口与B口的油路断开，从而后拉合流阀12也就不能为推拉马达9提供合流液压油了。

工作过程：水平定向钻机工作时，操作人员必须坐在操作台后面的座椅上，此时座椅下面的开关17闭合，工作电磁阀10得电动作，当不需要动力头在合流的情况下向前运动时，先使推拉泵1工作，主溢流阀6的P口及动力头推拉主阀7的P口获得液压油，这个过程中若主溢流阀6的压力超过20MP，液压油会通过散热器14、滤油器15流回到液压油箱16中，防止系统因压力过高而损坏液压元件，从而保证液压系统的安全工作。主溢流阀6将液压控制油从P_P口供给工作电磁阀10中，工作电磁阀10通电后使推拉手柄4获得液压控制油，再将推拉手柄4向前推，推拉主阀7的a1口获得液压控制油，此时，从推拉主阀7的P口供给的液压油通过推拉主阀7的A1口流到平衡阀8中，平衡阀8再通过C1口将液压油供给推拉马达9的一端，从而推拉马达9能够正转，推动动力头在钻架上向前运动，推动钻杆钻头向前运行；不需要动力头在合流的情况下向后运行时，将推拉手柄4的向后推，推拉主阀7的b1口获得液压控制油，此时，从推拉主阀7的P口供给的液压油通过推拉主阀的B1口流到平衡阀8中，平衡阀8再通过C2口将液压油供给推拉马达9的另一端，从而推拉马达9能够反转，推动动力头在钻架上向后运动，推动钻杆钻头向后运行，当动力头在钻架上向后移动的过程中到达了操作人员视觉的盲区时，会触碰到后限位开关19，后限位开关19的端子1与端子2断开，后限位开关的端子3与端子4导通，此时，后拉电磁阀3断电，从而推拉主阀7不能为推拉马达9的反转提供液压动力，继电器K123得电，继电器K1的常闭触点同时断开，后拉合流电磁阀2断电，从而后拉合流阀12也就不能为推拉马达9提供合流液压油了，推拉马达9就停止反转了。

当动力头向前运动时需要有更大的动力或更高的转速时，在推拉泵1工作的基础上，使推拉合流泵13也同时工作，先将推拉手柄4向前推，从推拉主阀7的P口供给的液压油通过推拉主阀7的A1口流到平衡阀8中，平衡阀8的C1口将液压油供给推拉马达9的A口，使推拉马达9正转，再使合流开关21的端子3与端子7导通，前推合流电磁阀5得电使前推合流阀11获得液压控制油，此时，从推拉合流泵13供给的液压油通过前推合流阀11的A口在推拉主阀7的A1口与从推拉主阀的P口流入的液压油实现合流，平衡阀8再通过C1口将从推拉主阀7的A1口合流的液压油供给推拉马达9的一端，从而推拉马达9能够合流正转，推动动力头在钻架上向前运动，继而推动钻杆钻头向前移动。

当动力头向后运动时需要有更大的动力或更高的速度时，需要推拉泵1与推拉合流泵13同时工作，先将推拉手柄4向后推，从推拉主阀7的P口供给的液压油通过推拉主阀7的B1口流到平衡阀8中，平衡阀8的C2口将液压油供给推拉马达9的B口，使推拉马达9反转，再使合流开关21的端子3与端子1导通，后拉合流电磁阀2得电使后拉合流阀12获得液压控制油，此时，从推拉合流泵13供给的液压油通过后拉合流阀12的B口在推拉主阀7的B1口与从推拉主阀7的P口流入的液压油实现合流，平衡阀8再通过C2口将从推拉主阀7的B1口合流的液压油供给推拉马达9的另一端，从而推拉马达9能够合流反转，推动动力头在钻架上向后运动，继而推动钻杆钻头向后运动。

Claims (6)

1.一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统，包括推拉泵（1）、液压油箱（16），所述的推拉泵（1）通过连接盘固定在发动机上，其特征在于，还包括推拉合流泵（13），所述推拉合流泵（13）通过法兰串联在推拉泵（1）的一侧，该推拉合流泵（13）分别与前推合流阀（11）的P口及后拉合流阀（12）的P口管路连接，所述推拉泵（1）的A口通过管路分别连接到主溢流阀（6）的P口及推拉主阀（7）的P口，其中主溢流阀（6）的T口与液压油箱（16）管路连接，该主溢流阀（6）的P_P口与工作电磁阀（10）的A口管路连接，所述工作电磁阀（10）的B口与液压油箱（16）管路连接，该工作电磁阀（10）的P口与推拉手柄（4）的P口管路连接，该推拉手柄（4）的T口通过管路分别与后拉合流电磁阀（2）、前推合流电磁阀（5）及液压油箱（16）连接，该推拉手柄（4）的2口与后拉电磁阀（3）的P1口管路连接，所述后拉电磁阀（3）的P1口与后拉合流电磁阀（2）的进油口管路连接，该后拉合流电磁阀（2）的A1口与后拉合流阀（12）的b口管路连接，该后拉合流阀（12）的B口与推拉主阀（7）的B1口管路连接，所述后拉电磁阀（3）的B1口分别与推拉主阀（7）的b1口及后拉合流阀（12）的b口管路连接，所述推拉手柄（4）的4口通过管路分别与前推合流电磁阀（5）的P2口及推拉主阀（7）的a1口连接，所述前推合流电磁阀（5）的B2口与前推合流阀（11）的a口管路连接，该前推合流阀（11）的A口与推拉主阀（7）的A1口管路连接，所述推拉主阀（7）的B1口与后拉合流阀（12）的B口之间的节点与推拉马达（9）的B口管路连接，推拉主阀（7）的A1口与前推合流阀（11）的A口之间的节点和推拉马达（9）的A口管路连接。

2.根据权利要求1所述的一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统，其特征在于，电源VCC分别与第一保险丝（18）及第二保险丝（20）电路连接，所述第一保险丝（18）通过座位开关（17）与工作电磁阀（10）的正极电路连接，该工作电磁阀（10）的负极接地，所述第一保险丝（18）分别与后限位开关（19）上的端子1和端子3电路连接，所述后限位开关（19）的端子2通过继电器K2（22）的常闭触点与后拉电磁阀（3）的正极电路连接，该后拉电磁阀（3）的负极接地，所述后限位开关（19）的端子4与继电器K1（23）线圈的正极电路连接，该继电器K1（23）的线圈负极接地，所述第二保险丝（20）与合流开关（21）的端子3电路连接，该合流开关（21）的端子1与继电器K2（22）的线圈正极电路连接，该继电器K2（22）的线圈负极接地，合流开关（21）的端子1与继电器K2（22）之间的节点通过继电器K1（23）的常闭触点与后拉合流电磁阀（2）的正极电路连接，其中后拉合流电磁阀（2）的负极接地，所述合流开关（21）的端子7与前推合流电磁阀（5）的正极电路连接，该前推合流电磁阀（5）的负极接地。

3.根据权利要求1或2所述的一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统，其特征在于，所述推拉主阀（7）通过平衡阀（8）与推拉马达（9）管路连接，所述推拉主阀（7）的A1口与前推合流阀（11）的A口之间的节点与平衡阀（8）的V1口管路连接，该推拉主阀（7）的B1口与后拉合流阀（12）的B口之间的节点与平衡阀（8）的V2口管路连接，所述平衡阀（8）的C1口与推拉马达（9）的A口管路连接，该平衡阀（8）的C2口与推拉马达（9）的B口管路连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统，其特征在于，所述主溢流阀（6）的T口管路依次通过散热器（14）和滤油器（15）连接到液压油箱（16）。

5.根据权利要求3所述的一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统，其特征在于，所述平衡阀（8）的S口管路依次通过散热器（14）和滤油器（15）连接到液压油箱（16）。

6.根据权利要求2所述的一种水平定向钻机动力头推拉合流控制系统，其特征在于，所述电源VCC为24V直流电源。