CN104314461A - 一种动力头岩心钻机的液压控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力头岩心钻机的液压控制系统，包括动力头马达、卷扬机马达、动力头升降油缸、夹持器油缸、液压泵组、三联多路阀组、单联多路换向阀、工作油箱，所述单联多路换向阀处于中立位置状态时，泵用端口和第二液压缸用端口连通；所述的单联多路换向阀处于第三位置状态时，第一液压缸用端口、第三液压缸用端口和回油端口连通，泵用端口和第二液压缸用端口连通。本发明的动力头岩心钻机的液压控制系统，结构简单、性能优良，设备效率高，并且成本低。

Description

一种动力头岩心钻机的液压控制系统
技术领域
本发明属于钻探设备技术领域，具体涉及一种动力头岩心钻机的液压控制系统。
背景技术
动力头岩心钻机主要是靠动力头带动钻杆钻进，并通过卷扬机带动钢绳提取打捞器，打捞岩心；在更换钻杆的过程中，还需要夹持器夹持钻杆，动力头升降油缸提升动力头；在钻进的过程中，需要搅拌器搅拌泥浆，泥浆泵向钻头部分输送泥浆。在岩心钻机工作的整个过程中，已经实现全液压提供动力，包括动力头旋转、卷扬机旋转、动力头升降油缸提升、夹持器夹持、搅拌器搅拌和泥浆泵输送泥浆等都通过液压系统提供工作动力。
然而，现有的液压控制系统，采用多个液压泵、液压马达以及多路换向阀来一一对应各个执行元件所需的功率输出，动力头旋转、卷扬机旋转等都需要较大功率输出，而夹持器夹持钻杆，以及动力头升降油缸的提升则不需要如此大的功率输出，因为在钻头钻进的过程中，行进速度较慢，动力头升降油缸则不需要大排量输出，甚至大功率输出。为了适应不同执行元件的不同功率输出，现有的液压系统均采用可变泄压阀和变量泵来实现不同功率输出，导致设备成本较高。因此，现有的液压系统很难适应不同功率输出并同时达到设备成本低的要求。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述岩心钻机的液压控制系统中存在的问题，提供一种动力头岩心钻机的液压控制系统，结构简单、性能优良，设备成本低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种动力头岩心钻机的液压控制系统，包括动力头马达、卷扬机马达、动力头升降油缸和夹持器油缸，还包括：
液压泵组，其包括第一液压泵、第二液压泵、第三液压泵和第四液压泵；
三联多路阀组，其包括依次串联的第一换向阀、第二换向阀和第三换向阀，第一换向阀的输入端分别与第一液压泵、第二液压泵、第三液压泵相连，且第一换向阀的输出端与动力头马达相连；第二换向阀的输出端与卷扬机马达相连；第三换向阀的输出端与动力头升降油缸相连；
单联多路换向阀，其输入端与第四液压泵相连，输出端分别与动力头升降油缸、夹持器油路相连；
工作油箱，其用于储存工作油；
所述的单联多路换向阀具有与第四液压泵相连接的泵用端口、与工作油箱相连接的回油端口、与动力头升降油缸相连接的第一液压缸用端口和第三液压缸用端口、与夹持器油缸相连接的第二液压缸用端口，所述单联多路换向阀处于中立位置状态时，泵用端口和第二液压缸用端口连通；所述单联多路换向阀处于第一位置状态时，泵用端口和第一液压缸用端口连通，第三液压缸用端口和回油端口连通；所述的单联多路换向阀处于第二位置状态时，泵用端口和第三液压缸用端口连通，第一液压缸用端口和回油端口连通；所述的单联多路换向阀处于第三位置状态时，第一液压缸用端口、第三液压缸用端口和回油端口连通，泵用端口和第二液压缸用端口连通。
优选地，所述的夹持器油路包括三位四通换向阀、液控单向阀、左夹持器油缸和右夹持器油缸，左夹持器油缸和右夹持器油缸的有杆腔相互连接，无杆腔相互连接，并分别通过三位四通换向阀与单联多路换向阀的第二液压缸用端口，以及回油油路连接；左夹持器油缸和右夹持器油缸的无杆腔与三位四通换向阀之间的管路上设置有液控单向阀，液控单向阀的控制油路连接到有杆腔与三位四通换向阀之间的管路上。
优选地，还包括泥浆泵和至少一个搅拌器，第一液压泵的输出端连接有分流阀，经分流阀分流后，其中一支油路连接到泥浆泵；第二液压泵的输出端也连接有分流阀，经分流阀分流后，其中一支油路也连接到泥浆泵；第三液压泵的输出端也连接有分流阀，经分流阀分流后，其中一支油路连接到搅拌器。
优选地，所述的第一换向阀、第二换向阀和第三换向阀均为三位五通换向阀。
优选地，所述的第一液压泵、第二液压泵和第三液压泵均为定量泵，排量为17-19ml/r、压力为21-25mpa；所述的第四液压泵也是定量泵，排量为2.0-2.5ml/r、压力为21-25mpa。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的一种动力头岩心钻机的液压控制系统，采用大排量的液压泵，并通过依次串联的换向阀依次控制动力头及卷扬机，采用小排量的液压泵控制夹持器和动力头升降油缸，在需要动力头升降油缸加速时，再加入大排量的液压泵，使得各执行元件能够在不同工作状态下稳定工作；并且根据不同执行元件选用不同定量泵，设备的效率高、能耗低。
单联多路换向阀中设置浮动档，在钻头较深位置钻进的时候可以依靠钻杆自身重量自行钻进，防止钻头的损坏，同时，在添加或者拆卸钻杆时，一根钻杆固定，另外一根钻杆只旋转，这样靠螺纹的拉力自然就把两根钻杆连接上了，连接更加方便，拆卸钻杆时同理。
附图说明
图1是本发明的液压控制系统图。
图2是本发明的岩心钻机结构示意图。
图3是本发明的岩心钻机的执行元件部分总成结构示意图。
图4是本发明的岩心钻机的动力部分主视图。
图中标记：1-第一液压泵，2-第二液压泵，3-第三液压泵，4-第四液压泵，5-三联多路阀组，5a-第一换向阀，5b-第二换向阀，5c-第三换向阀，6-单联多路换向阀，6a-泵用端口，6b-回油端口，6c-第一液压缸用端口，6d-第二液压缸用端口，6e-第三液压缸用端口，7-夹持器油路，7a-三位四通换向阀，7b-液控单向阀，7c-左夹持器油缸，7d-右夹持器油缸，8-动力头升降油缸，9-卷扬机马达，10-动力头马达，11-工作油箱，12-分流阀，13-泥浆泵，14-搅拌器，15-操作台，16-发动机单元，17-柴油箱，18-工具箱，19-电瓶箱；
P1-第一位置状态，P2-第二位置状态，P3-第三位置状态，Pn-中立位置状态。
具体实施方式
参照图1-4，本发明的一种动力头岩心钻机的液压控制系统，包括动力头马达10、卷扬机马达9、动力头升降油缸8、夹持器油缸7c，7d、泥浆泵13、搅拌器14、液压泵组、三联多路阀组5、单联多路换向阀6以及工作油箱11。岩心钻机的动力部分主要是由操作台15、工作油箱11、发动机单元16、柴油箱17、工具箱18和电瓶箱19等几大模块构成，质量轻，搬运方便。
液压泵组包括第一液压泵1、第二液压泵2、第三液压泵3和第四液压泵4，第一液压泵1、第二液压泵2和第三液压泵3均为定量泵，排量为17-19ml/r、压力为21-25mpa；所述的第四液压泵4也是定量泵，排量为2.0-2.5ml/r、压力为21-25mpa。本发明优选，第一液压泵1和第二液压泵2的排量为19ml/r、压力为23mpa，第三液压泵3采用排量为17ml/r、压力为23mpa，第四液压泵4为2.3ml/r、压力为23mpa。第一液压泵1、第二液压泵2和第三液压泵3均采用功率为24.5KW,最高转速为3000RPM的发动机提供动力，第四液压泵4与第三液压泵3共用一个发动机。
三联多路阀组5，其包括依次串联的第一换向阀5a、第二换向阀5b和第三换向阀5c，第一换向阀5a的输入端分别与第一液压泵1、第二液压泵2、第三液压泵3相连，且第一换向阀5a的输出端与动力头马达10相连，控制动力头马达10的旋转。第二换向阀5b的输出端与卷扬机马达9相连，通过第二换向阀5b控制卷扬机马达9的旋转。第三换向阀5c的输出端与动力头升降油缸8相连，第三换向阀5c处于中立位置状态Pn时，换向阀关断动力头升降油缸8。第一换向阀5a、第二换向阀5b和第三换向阀5c均为三位五通换向阀。
单联多路换向阀6，其输入端与第四液压泵4相连，输出端分别与动力头升降油缸8、夹持器油路7相连。所述的单联多路换向阀6具有与第四液压泵4相连接的泵用端口6a、与工作油箱11相连接的回油端口6b、与动力头升降油缸8相连接的第一液压缸用端口6c和第三液压缸用端口6e、与夹持器油缸7c，7d相连接的第二液压缸用端口6d，所述单联多路换向阀6处于中立位置状态Pn时，泵用端口6a和第二液压缸用端口6d连通。所述单联多路换向阀6处于第一位置状态P1时，泵用端口6a和第一液压缸用端口6c连通，第三液压缸用端口6e和回油端口6b连通；所述的单联多路换向阀6处于第二位置状态P2时，泵用端口6a和第三液压缸用端口6e连通，第一液压缸用端口6c和回油端口6b连通；所述的单联多路换向阀6处于第三位置状态P3时，第一液压缸用端口6c、第三液压缸用端口6e和回油端口6b连通，泵用端口6a和第二液压缸用端口6d连通。
工作油箱11，其用于储存工作油。
所述的夹持器油路7包括三位四通换向阀7a、液控单向阀7b、左夹持器油缸7c和右夹持器油缸7d，左夹持器油缸7c和右夹持器油缸7d的有杆腔相互连接，无杆腔相互连接，并分别通过三位四通换向阀7a与单联多路换向阀6的第二液压缸用端口6d，以及回油油路连接。左夹持器油缸7c和右夹持器油缸7d的无杆腔与三位四通换向阀7a之间的管路上设置有液控单向阀7b。
本发明的液压控制系统中设置有两个搅拌器14，第一液压泵1的输出端连接有分流阀12，经分流阀12分流后，其中一支油路连接到泥浆泵13。第二液压泵2的输出端也连接有分流阀12，经分流阀12分流后，其中一支油路连接到搅拌器14。第三液压泵3的输出端也连接有分流阀12，经分流阀12分流后，其中一支油路连接到另一个搅拌器14。
本发明的液压控制系统的控制原理：岩心钻机中，由第一液压泵1、第二液压泵2和第三液压泵3提供的液压油经过第一换向阀5a，通过第一换向阀5a切换不同的工作位置，实现动力头马达10的正转、反转和停止，当第一换向阀5a处于中间位置时，动力头马达10停止，液压油流向第二换向阀5b。通过第二换向阀5b切换不同的工作位置，实现卷扬机马达9的正转、反转和停止，当第二换向阀5b处于中间位置时，卷扬机马达9停止，液压油流向第三换向阀5c。第三换向阀5c处于中间位置时，液压油直接流回工作油箱11，当第三换向阀5c处于其他位置时，液压油流向动力头升降油缸8，为动力头升降油缸8增加动力。
第四液压泵4的液压油流向单联多路换向阀6，当单联多路换向阀6处于中立位置状态Pn时，液压油直接流向夹持器油路7；当单联多路换向阀6处于第一位置状态P1和第二位置状态P2时，液压油流向动力头升降油缸8，分别控制动力头升降油缸8的升起和下降；当单联多路换向阀6处于第三位置状态P3时，液压油流量夹持器油路7，动力头升降油缸8的进油油路和回油油路同时连接到工作油箱11，这样，当钻孔深度达到300以上后，钻杆总量很重，如果再向下加压，则会损坏钻头，所以这个时候动力头升降油缸8的进油油路和回油油路直接连接到工作油箱11，钻头可以靠钻杆的自重向下走。另外在加减钻杆的时候，因为钻杆是一根一根靠螺纹连接的，安装钻杆的时候，动力头必须随着螺纹的旋入，往下慢慢移动，由于位移量较小，如果靠液压泵来控制，比较困难，所以将单联多路换向阀6打到第三位置状态P3，使得动力头升降油缸8处于浮动状态，在安装和拆卸钻杆都比较方便。
通常工作状态下，动力头升降油缸8的动力液压油是由小排量的第四液压泵4来提供，因为钻进的过程中速度很慢，只要小排量泵就够了，当需要快速的时候才操作三联多路阀组5中的第三换向阀5c，通过将三个大排量的液压泵的液压动力同时追加到动力头升降油缸8中，从而增大排量，加快速度。
在夹持器油路7中，通过三位四通换向阀7a可以控制夹持器在夹持和松开之间任意切换，并在无杆腔与三位四通换向阀7a的油路上通过液控单向阀7b来防止夹持器在夹持的时候出现松动的现象，进而导致钻杆掉入孔中。
第一液压泵1、第二液压泵2和第三液压泵3的出口端分别设置有分流阀12，使得其中一部分液压油送入三联多路阀组5中，另一部分液压油分别送入泥浆泵13和搅拌器14中。

Claims (5)

1.一种动力头岩心钻机的液压控制系统，包括动力头马达(10)、卷扬机马达(9)、动力头升降油缸(8)和夹持器油缸(7c，7d)，其特征在于，还包括：
液压泵组，其包括第一液压泵(1)、第二液压泵(2)、第三液压泵(3)和第四液压泵(4)；
三联多路阀组(5)，其包括依次串联的第一换向阀(5a)、第二换向阀(5b)和第三换向阀(5c)，第一换向阀(5a)的输入端分别与第一液压泵(1)、第二液压泵(2)、第三液压泵(3)相连，且第一换向阀(5a)的输出端与动力头马达(10)相连；第二换向阀(5b)的输出端与卷扬机马达(9)相连；第三换向阀(5c)的输出端与动力头升降油缸(8)相连；
单联多路换向阀(6)，其输入端与第四液压泵(4)相连，输出端分别与动力头升降油缸(8)、夹持器油路(7)相连；
工作油箱(11)，其用于储存工作油；
所述的单联多路换向阀(6)具有与第四液压泵(4)相连接的泵用端口(6a)、与工作油箱(11)相连接的回油端口(6b)、与动力头升降油缸(8)相连接的第一液压缸用端口(6c)和第三液压缸用端口(6e)、与夹持器油缸(7c，7d)相连接的第二液压缸用端口(6d)，所述单联多路换向阀(6)处于中立位置状态(Pn)时，泵用端口(6a)和第二液压缸用端口(6d)连通；所述单联多路换向阀(6)处于第一位置状态(P1)时，泵用端口(6a)和第一液压缸用端口(6c)连通，第三液压缸用端口(6e)和回油端口(6b)连通；所述的单联多路换向阀(6)处于第二位置状态(P2)时，泵用端口(6a)和第三液压缸用端口(6e)连通，第一液压缸用端口(6c)和回油端口(6b)连通；所述的单联多路换向阀(6)处于第三位置状态(P3)时，第一液压缸用端口(6c)、第三液压缸用端口(6e)和回油端口(6b)连通，泵用端口(6a)和第二液压缸用端口(6d)连通。
2.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述的夹持器油路(7)包括三位四通换向阀(7a)、液控单向阀(7b)、左夹持器油缸(7c)和右夹持器油缸(7d)，左夹持器油缸(7c)和右夹持器油缸(7d)的有杆腔相互连接，无杆腔相互连接，并分别通过三位四通换向阀(7a)与单联多路换向阀(6)的第二液压缸用端口(6d)，以及回油油路连接；左夹持器油缸(7c)和右夹持器油缸(7d)的无杆腔与三位四通换向阀(7a)之间的管路上设置有液控单向阀(7b)，液控单向阀(7b)的控制油路连接到有杆腔与三位四通换向阀(7a)之间的管路上。
3.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，还包括泥浆泵(13)和至少一个搅拌器(14)，第一液压泵(1)的输出端连接有分流阀(12)，经分流阀(12)分流后，其中一支油路连接到泥浆泵(13)；第二液压泵(2)的输出端也连接有分流阀(12)，经分流阀(12)分流后，其中一支油路也连接到泥浆泵(13)；第三液压泵(3)的输出端也连接有分流阀(12)，经分流阀(12)分流后，其中一支油路连接到搅拌器(14)。
4.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述的第一换向阀(5a)、第二换向阀(5b)和第三换向阀(5c)均为三位五通换向阀。
5.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述的第一液压泵(1)、第二液压泵(2)和第三液压泵(3)均为定量泵，排量为17-19ml/r、压力为21-25mpa；所述的第四液压泵(4)也是定量泵，排量为2.0-2.5ml/r、压力为21-25mpa。
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