CN105156028B - 一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻及其工作方法，伞钻由多个工作臂、多组负载敏感控制系统、支撑机构组成。每组负载敏感控制系统包括负载敏感变量泵、负载敏感多路换向阀、二位三通球阀、四联多路电磁换向阀，并与工作臂中的各执行机构连接，以控制工作臂的动作。有一个负载敏感控制系统还与支撑机构的各油缸连接，以控制支撑机构的动作。本发明各工作臂均采用负载敏感控制，泵的输出流量及压力与负载需求相匹配，因此液压系统效率高，发热量小，且噪声小；可根据不同的岩层特性，通过调节负载敏感多路换向阀各手柄的角度，来调整钻进参数，以达到最佳的钻进效果；各工作臂的液压系统相互独立，互不干涉，进一步提高了钻进效率。

Description

一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻及其工作方法

技术领域

本发明涉及矿山机械技术领域，具体说是一种用于立井钻爆法施工的负载敏感控制的全液压多臂伞钻及工作方法。

背景技术

伞钻是立井钻爆法施工的专用设备。目前，伞钻主要有气动伞钻和液压伞钻两种。气动伞钻以压缩空气为动力，采用气动凿岩机，主要存在噪音大、扭矩小、钻进速度慢等缺点。液压伞钻以液压为动力，采用液压凿岩机，具有噪声小、扭矩大、钻进速度快等优点。但现有的液压伞钻采用普通变量泵供液，采用手动换向阀操作，造成泵的输出流量及压力与负载需求不匹配，液压系统效率低，发热量大等问题，同时伞钻各工作臂的液压系统不独立，相互干涉，影响了钻孔的工作效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻及实现方法，效率高，发热量小，噪声小。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻，包括多个工作臂、多组负载敏感控制系统和支撑机构，所述负载敏感控制系统相互独立，并分别与多个工作臂中的各执行机构连接，控制工作臂的动作；其中的一个负载敏感控制系统还与支撑机构中的各油缸连接，控制支撑机构的动作。

进一步的，所述负载敏感控制系统包括负载敏感变量泵、负载敏感多路换向阀、二位三通球阀和四联电磁多路换向阀，所述负载敏感变量泵的出油口和先导压力油口分别与负载敏感多路换向阀的进油口和LS口相连，所述负载敏感多路换向阀第一联与二位三通球阀连接，所述二位三通球阀的一路与四联电磁多路换向阀连接，所述二位三通球阀的另一路与凿岩机的回转马达连接，所述负载敏感多路换向阀的第二联与凿岩机的冲击器连接，所述负载敏感多路换向阀的第三联与凿岩机的推进油缸连接。

进一步的，所述工作臂包括动臂机构和钻进机构，所述动臂机构用于调节钻孔位置，包括旋转油缸、大臂连接架、大臂油缸、倾斜油缸和补偿油缸；所述钻进机构用于钻孔，包括钻架、推进油缸和凿岩机；所述旋转油缸的两端分别与大臂连接架和支撑机构顶端的风水盘铰接，所述大臂连接架与大臂铰接，所述大臂油缸的两端分别与大臂连接架和大臂铰接，所述倾斜油缸的两端分别与大臂和钻架铰接，所述补偿油缸的两端分别与大臂和钻架铰接；所述推进油缸两端分别与钻架和凿岩机铰接，所述凿岩机在推进油缸的驱动下在钻架上滑动。

进一步的，所述四联电磁多路换向阀第一联与旋转油缸连接，所述四联电磁多路换向阀第二联与大臂油缸连接，所述四联电磁多路换向阀第三联与倾斜油缸连接，所述四联电磁多路换向阀第四联与补偿油缸连接。

进一步的，其中一个负载敏感控制系统还包括六联多路电磁换向阀，所述六联电磁换向阀的进油口与二位三通球阀的出油口连接。

进一步的，所述支撑机构包括立柱机构和支壁机构，所述立柱机构包括立柱和调高油缸，所述调高油缸焊接在立柱的最下端，所述支壁机构位于立柱的最上端，所述支壁机构包括风水盘、四组支撑油缸、四组支壁油缸，所述支撑油缸一端与风水盘铰接，所述支壁油缸的两端分别与支撑油缸和风水盘铰接。

进一步的，所述六联电磁换向阀第一联与调高油缸连接，所述六联电磁换向阀(第二联分为四路分别与对应的四组支撑油缸连接，三、四、五、六联分别与对应的四组支壁油缸连接。

进一步的，所述负载敏感控制系统为两组，分别对应一个液压泵站，所述每个液压泵站对应两个串接的负载敏感变量泵，两个负载敏感变量泵由同一个电机驱动。

一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻的工作方法：

所述伞钻的工作过程包括支撑过程、调整过程、钻孔过程；

步骤1：支撑过程是通过调节立柱机构、支撑机构，以固定伞钻，具体过程为：

操作负载敏感多路换向阀第一联和二位三通球阀的手柄，使油液进入六联电磁多路换向阀，通过操作支撑控制箱，使六联电磁多路换向阀第一联通电，调高油缸的无杆腔进油，以调整伞钻高度并将伞钻平稳放置；

所述六联电磁多路换向阀第三、四、五、六联通电，支壁油缸无杆腔进油，将支撑油缸从收拢位置推到水平位置；

所述六联电磁多路换向阀第二联通电，所述支撑油缸2的无杆腔进油，支撑油缸伸出活塞杆至井壁并撑紧；

步骤2：调整过程是通过调节动臂机构、钻架使钻架调整到打孔位置，具体过程为：

通过操作调整控制箱，使所述四联电磁多路换向阀第二联通电，大臂油缸输入高压油，调节大臂油缸的伸缩，将钻架送至所需钻孔的圆周上；

所述四联电磁多路换向阀第一联通电，旋转油缸输入高压油，以调节钻架的旋转角度；

所述四联电磁多路换向阀第三联通电，倾斜油缸输入高压油，以调整钻架的倾斜角；

所述四联电磁多路换向阀第四联通电，补偿油缸输入高压油，以调节钻架高度，使钻架底部始终支撑在井底地面；

步骤3：钻孔过程是通过操纵负载敏感多路换向阀控制回转马达、冲击器和推进油缸的动作，以进行凿岩钻孔，具体过程为：

操纵负载敏感多路换向阀的第一联，以控制回转马达的回转；

操纵负载敏感多路换向阀的第二联，以控制冲击器的冲击频率；

操纵负载敏感多路换向阀的第三联，以控制推进油缸的伸出和缩回，所述推进油缸推动凿岩机，以进行凿岩钻孔。

有益效果：本发明的各工作臂均采用负载敏感控制，泵的输出流量及压力与负载需求相匹配，因此液压系统效率高，发热量小，噪声小，同时各工作臂的液压系统相互独立，互不干涉，进一步提高了钻进效率。

附图说明

图1为本发明所适用的全液压四臂伞钻机械结构简图。

图2为风水盘的机械结构简图。

图3为本发明的液压原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、2和3所示为一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻及其工作方法，本发明中的负载敏感控制的全液压多臂伞钻由多个工作臂(一般为4至8个)、多组负载敏感控制系统、支撑机构组成。各负载敏感控制系统相互独立，并通过液压管路与工作臂中的各执行机构连接，以控制工作臂的动作；有一个负载敏感控制系统还通过液压管路与支撑机构的各油缸连接，以控制支撑机构的动作。

每组负载敏感控制系统包括负载敏感变量泵102、负载敏感多路换向阀103、二位三通球阀104、四联电磁多路换向阀105。负载敏感变量泵102的出油口和先导压力油口分别与负载敏感多路换向阀103的进油口和LS口相连；只有其中一个负载敏感控制系统还包含六联多路电磁换向阀106，其进油口与二位三通球阀104的出油口相连；整个系统包括两个液压泵站1，每个泵站包含两个负载敏感变量泵102，这两个泵串联，并由同一个电机101驱动。

所述工作臂包括动臂机构、钻进机构；所述动臂机构包括旋转油缸5、大臂连接架7、大臂9、大臂油缸8、倾斜油缸10、补偿油缸11，该机构用于调节钻孔的位置，动臂机构一端与风水盘4铰接，另一端与钻架12铰接，其中旋转油缸5的两端分别与大臂连接架7铰接和风水盘4铰接，大臂油缸8的两端分别与大臂连接架7和大臂9铰接，倾斜油缸10的两端分别与大臂9和钻架12铰接，补偿油缸11的两端分别与大臂9和钻架12铰接。

所述钻进机构包括钻架12、推进油缸14、凿岩机13，该机构用于钻孔；钻架分别与倾斜油缸10和补偿油缸11铰接，推进油缸14的两端分别与钻架12和凿岩机13铰接，凿岩机13在钻架12上滑动。

所述支撑机构包括立柱机构、支壁机构；所述立柱机构包括立柱6和调高油缸15，调高油缸15焊接在立柱6的最下端；所述支壁机构位于立柱6的最上端，其包括风水盘4、四组支撑油缸2、四组支壁油缸3；其中支撑油缸2一端与风水盘4铰接，支壁油缸3的两端分别与支撑油缸2和风水盘4铰接。

所述负载敏感多路换向阀103、二位三通球阀104安装在钻架12上，负载敏感多路换向阀103第一联经过二位三通球阀104，一路与四联电磁多路电磁换向阀105相连，另一路与凿岩机的回转马达1301相连，第二联及第三联分别与凿岩机的冲击器1302、推进油缸14相连；六联电磁多路换向阀106安装在风水盘4上，并通过液压管与支撑机构的各油缸相连，该多路阀的电控箱107安装在立柱6上，通过旋钮调节支撑机构的动作；所述四联电磁多路电磁换向阀105也安装在风水盘4上，并通过液压管与工作臂的各油缸相连，该多路阀的电控箱108安装在各工作臂的钻架12上，通过旋钮调节各工作臂的动作。通过扳动二位三通球阀104的手柄，可以切换负载敏感多路手动换向阀103第一联与回转马达1301和四联及六联电磁多路电磁换向阀105、106的通断状态。

本发明的工作过程如下：

电机101驱动负载敏感泵102，输出高压油通过管路输送给负载敏感多路手动换向阀103。伞钻的工作过程包括支撑过程、调整过程、钻孔过程。支撑过程主要是通过调节立柱机构、支撑机构，以固定伞钻，具体过程为：操作负载敏感多路换向阀103第一联和二位三通球阀104的手柄，使油液进入六联电磁多路换向阀106，通过操作支撑控制箱107，使六联电磁多路换向阀106第一联通电，调高油缸15的无杆腔进油，以调整伞钻高度并将伞钻平稳放置；六联电磁多路换向阀106第三、四、五、六联通电，支壁油缸3无杆腔进油，将支撑油缸2从收拢位置推到水平位置；六联电磁多路换向阀106第二联通电，支撑油缸2的无杆腔进油，支撑油缸3伸出活塞杆至井壁并撑紧。调整过程主要是通过调节动臂机构、钻架使钻架调整到打孔位置，具体过程为：通过操作调整控制箱108，使四联电磁多路换向阀105第二联通电，大臂油缸8输入高压油，调节大臂油缸8的伸缩，将钻架12送至所需钻孔的圆周上；四联电磁多路换向阀105第一联通电，旋转油缸5输入高压油，以调节钻架12的旋转角度；四联电磁多路换向阀105第三联通电，倾斜油缸10输入高压油，以调整钻架的倾斜角；四联电磁多路换向阀105第四联通电，补偿油缸11输入高压油，以调节钻架高度，使钻架底部始终支撑在井底地面。钻孔过程主要是通过操纵负载敏感手动多路换向阀103控制回转马达1301、冲击器1302、推进油缸14的动作，以进行凿岩钻孔，具体过程为：操纵负载敏感多路换向阀103的第一联，以控制回转马达1301的回转；操纵负载敏感多路换向阀103的第二连，以控制冲击器1302的冲击频率；操纵负载敏感多路换向阀103的第三联，以控制推进油缸14的伸出和缩回，推进油缸14推动凿岩机13，以进行凿岩钻孔。调节负载敏感多路换向阀103各手柄的角度，可以调节负载流量，角度越大，流量，各动作越快。

本发明的液压系统采用了负载敏感控制技术，且各工作臂由单独的负载敏感控制系统控制。当伞钻工作时，通过负载敏感多路换向阀103的LS口将负载压力反馈给负载敏感泵102的先导压力油口，以控制负载敏感泵102的出口压力仅比负载压力高出一定值，约为2MPa。通过改变负载敏感多路换向阀103的一至三联的手柄方向和角度控制液压油的流动方向和流量，进而控制回转马达1301的回转速度和输出扭矩、冲击器1302冲击速度和冲击能、推进油缸14的推进速度与方向，使泵输出的压力和流量与负载需求相适应。负载敏感多路换向阀103各手柄的角度越大，负载流量越大，各执行器的动作越快。

该液压系统具有以下几个优点：一、采用负载敏感控制，使泵输出的压力和流量与负载需求相适应，液压系统的能量利用率高、发热量小；二、可根据不同的岩层特性，通过调节负载敏感多路换向阀103各手柄的角度，来调整钻进参数(回转马达回转速度、凿岩机冲击速度、推进油缸的推进速度)，以达到最佳的钻进效果。三、各工作臂采用单独的负载敏感控制，因此各工作臂可以独立工作，进一步提高了钻进效率。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻，其特征在于：包括多个工作臂、多组负载敏感控制系统和支撑机构，所述负载敏感控制系统相互独立，并分别与多个工作臂中的各执行机构连接，控制工作臂的动作；其中的一个负载敏感控制系统还与支撑机构中的各油缸连接，控制支撑机构的动作；

所述负载敏感控制系统包括负载敏感变量泵（102）、负载敏感多路换向阀（103）、二位三通球阀（104）和四联电磁多路换向阀（105），所述负载敏感变量泵（102）的出油口和先导压力油口分别与负载敏感多路换向阀（103）的进油口和LS口相连，所述负载敏感多路换向阀（103）的第一联与二位三通球阀（104）连接，所述二位三通球阀（104）的一路与四联电磁多路换向阀（105）连接，所述二位三通球阀（104）的另一路与凿岩机的回转马达（1301）连接，所述负载敏感多路换向阀（103）的第二联与凿岩机的冲击器（1302）连接，所述负载敏感多路换向阀（103）的第三联与凿岩机的推进油缸（14）连接。

2.根据权利要求1所述一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻，其特征在于：所述工作臂包括动臂机构和钻进机构，所述动臂机构用于调节钻孔位置，包括旋转油缸（5）、大臂连接架（7）、大臂（9）、大臂油缸（8）、倾斜油缸（10）和补偿油缸（11）；所述钻进机构用于钻孔，包括钻架（12）、推进油缸（14）和凿岩机（13）；所述旋转油缸（5）的两端分别与大臂连接架（7）和支撑机构顶端的风水盘（4）铰接，所述大臂连接架（7）与大臂（9）铰接，所述大臂油缸（8）的两端分别与大臂连接架（7）和大臂（9）铰接，所述倾斜油缸（10）的两端分别与大臂（9）和钻架（12）铰接，所述补偿油缸（11）的两端分别与大臂（9）和钻架（12）铰接；所述推进油缸（14）两端分别与钻架（12）和凿岩机（13）铰接，所述凿岩机（13）在推进油缸（14）的驱动下在钻架（12）上滑动。

3.根据权利要求2所述一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻，其特征在于：所述四联电磁多路换向阀（105）的第一联与旋转油缸（5）连接，所述四联电磁多路换向阀（105）的第二联与大臂油缸（8）连接，所述四联电磁多路换向阀（105）的第三联与倾斜油缸（10）连接，所述四联电磁多路换向阀（105）的第四联与补偿油缸（11）连接。

4.根据权利要求1所述一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻，其特征在于：其中一个负载敏感控制系统还包括六联电磁多路换向阀（106），所述六联电磁多路换向阀（106）的进油口与二位三通球阀（104）的出油口连接。

5.根据权利要求4所述一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻，其特征在于：所述支撑机构包括立柱机构和支壁机构，所述立柱机构包括立柱（6）和调高油缸（15），所述调高油缸（15）焊接在立柱（6）的最下端，所述支壁机构位于立柱（6）的最上端，所述支壁机构包括风水盘（4）、四组支撑油缸（2）、四组支壁油缸（3），所述支撑油缸（2）一端与风水盘（4）铰接，所述支壁油缸（3）的两端分别与支撑油缸（2）和风水盘（4）铰接。

6.根据权利要求5所述一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻，其特征在于：所述六联电磁多路换向阀（106）第一联与调高油缸（15）连接，所述六联电磁多路换向阀（106）第二联分为四路分别与对应的四组支撑油缸（2）连接，三、四、五、六联分别与对应的四组支壁油缸（3）连接。

7.根据权利要求6所述一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻，其特征在于：所述负载敏感控制系统为两组，分别对应一个液压泵站（1），每个液压泵站（1）对应两个串接的负载敏感变量泵（102），两个负载敏感变量泵（102）由同一个电机（101）驱动。

8.一种负载敏感控制的全液压多臂伞钻的工作方法，其特征在于：

所述伞钻的工作过程包括支撑过程、调整过程、钻孔过程；

步骤1：支撑过程是通过调节立柱机构、支撑机构，以固定伞钻，具体过程为：

操作负载敏感多路换向阀（103）第一联和二位三通球阀（104）的手柄，使油液进入六联电磁多路换向阀（106）， 通过操作支撑控制箱（107），使六联电磁多路换向阀（106）第一联通电，调高油缸（15）的无杆腔进油，以调整伞钻高度并将伞钻平稳放置；

所述六联电磁多路换向阀（106）第三、四、五、六联通电，支壁油缸（3）无杆腔进油，将支撑油缸（2）从收拢位置推到水平位置；

所述六联电磁多路换向阀（106）第二联通电，所述支撑油缸（2）的无杆腔进油，支撑油缸（2）伸出活塞杆至井壁并撑紧；

步骤2：调整过程是通过调节动臂机构、钻架使钻架调整到打孔位置，具体过程为：

通过操作调整控制箱（108），使四联电磁多路换向阀（105）第二联通电，大臂油缸（8）输入高压油，调节大臂油缸（8）的伸缩，将钻架（12）送至所需钻孔的圆周上；

四联电磁多路换向阀（105）第一联通电，旋转油缸（5）输入高压油，以调节钻架（12）的旋转角度；

四联电磁多路换向阀（105）第三联通电，倾斜油缸（10）输入高压油，以调整钻架（12）的倾斜角；

四联电磁多路换向阀（105）第四联通电，补偿油缸（11）输入高压油，以调节钻架（12）高度，使钻架（12）底部始终支撑在井底地面；

步骤3：钻孔过程是通过操纵负载敏感多路换向阀（103）控制回转马达（1301）、冲击器（1302）和推进油缸（14）的动作，以进行凿岩钻孔，具体过程为：

操纵负载敏感多路换向阀（103）的第一联，以控制回转马达（1301）的回转；

操纵负载敏感多路换向阀（103）的第二联，以控制冲击器（1302）的冲击频率；

操纵负载敏感多路换向阀（103）的第三联，以控制推进油缸（14）的伸出和缩回，所述推进油缸（14）推动凿岩机（13），以进行凿岩钻孔。