CN105351272B - 液压凿岩钻机的自适应阀组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压凿岩钻机的自适应阀组，包括第一液控换向阀、第二液控换向阀、梭阀、第一逻辑阀和第三液控换向阀等部件。本发明实现了对进给和冲击的集成化自动控制。

Description

液压凿岩钻机的自适应阀组

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体为一种对液压凿岩钻机的进给和冲击进行自动控制的自适应阀组。

背景技术

液压凿岩钻机的作业工况恶劣，需要应对不同的岩石种类和硬度，适应岩层中溶洞、裂隙、夹层等复杂地质状况。市面上的顶锤式全液压凿岩钻机，为了在复杂地质状况下实现优异的性能，设置有复杂的自动控制功能，各执行元件大多由相应的控制阀进行控制，再由液压管进行连接，使之成为一个有机的整体。这种控制系统，控制阀部件多，阀与阀之间相应的管路复杂，布管难度大，泄漏点多，设备老化后，维护难度大，成本髙。而对于部分国产钻机，虽然结构简单，液压元件较少，但是相应的必备的自动控制功能缺失，导致操控性差，钻具消耗高，增加了用户的使用成本。由于液压控制技术是顶锤式液压凿岩钻机的核心技术，优化系统设计，优化液压阀及系统特性的匹配，提高液压系统可靠性，进行液压控制技术的创新可以提高国内凿岩钻机的发展水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压凿岩钻机的自适应阀组，实现对进给和冲击的集成化自动控制。

本发明所述的液压凿岩钻机的自适应阀组，包括第一液控换向阀，该第一液控换向阀的两工作油口分别通过对应的推进油路和上提油路与本阀组的推进油口和上提油口连通，第一液控换向阀的推进端液控口和上提端液控口分别与阀组的推进先导油口和上提先导油口连通；第二液控换向阀，其进油口与该阀组的主进油口连通，其出油口与第一液控换向阀以及第一逻辑阀的进油口连通；梭阀，其两进油口分别与推进油路和上提油路连通，其出油口与第一逻辑阀的液控口连通；第一逻辑阀，该第一逻辑阀的出油口与第三液控换向阀的进油口连通；第三液控换向阀，该第三液控换向阀的液控口与阀组的冲击先导油口连通，其出油口与阀组的冲击油路出口连通，其回油口与阀组的回油口连通；还包括第一阻尼孔，该第一阻尼孔的出油口与第一液控换向阀的进油口连通，所述第二液控换向阀具有第一和第二出油口，其第一出油口与第一阻尼孔的进油口以及第一逻辑阀的进油口连通，其第二出油口绕过第一阻尼孔与第一液控换向阀的进油口连通，该第二液控换向阀的液控口与阀组的快速进给液控油口连通；还包括第四液控换向阀和流量调节阀，所述第四液控换向阀的进油口与第二液控换向阀的第一出油口连通，第四液控换向阀的第一出油口与第一阻尼孔的进油口连通，第四液控换向阀的第二出油口与流量调节阀的进油口连通，第四液控换向阀的液控口与阀组的换杆进给液控油口连通，所述流量调节阀的出油口与第一液控换向阀的进油口连通。

优选的，还包括第五液控换向阀和第一溢流阀，所述第五液控换向阀的进油口与阀组的冲击油路出口连通，其出油口与第一溢流阀的进油口连通，该第五液控换向阀的液控口与阀组的推进油口相连，所述第一溢流阀的出油口与阀组的回油口连通。

优选的，还包括第一顺序阀，其进油口与阀组的推进油口连通，其出油口与所述第五液控换向阀的液控口连通，当所述推进油口的压力超过第一顺序阀的设定压力时，第一顺序阀动作使其进油口和出油口导通。

优选的，还包括第二逻辑阀和第二阻尼孔，所述第二阻尼孔设在第五液控换向阀的进油口与阀组的冲击油路出口之间，第二逻辑阀的进油口与冲击油路出口连通，其出油口与阀组的回油口连通，所述第二逻辑阀具有进出油口截止的工作位，该工作位的液控口与第二阻尼孔的出油口连通，所述第二逻辑阀还具有进出油口导通的工作位，该工作位的液控口通过阀芯内部先导油路孔道与该第二逻辑阀的进油口连通。

优选的，还包括泄油逻辑元件，该泄油逻辑元件的进油口与阀组推进油口连通，泄油逻辑元件的出油口与阀组回油口连通，泄油逻辑元件的液控口与阀组的推进压力调节油口连通。

优选的，还包括第六换向阀，该第六换向阀的进油口与阀组的冲击油路出口连通，其出油口与阀组的反打油路出口连通。

优选的，还包括单向阀，其设在第一液控换向阀和阀组的回油口之间。

优选的，还包括第三阻尼孔，其设在梭阀的出油口与第一逻辑阀的液控口之间。

本阀组将冲击和进给功能集成一体，结构紧凑，液压元件少，管路连接少。具备了推进压力远程调控功能，卡杆及上提冲击自动减弱功能，对于开孔及岩层空洞具有冲击自动控制功能，钻孔推进进给流量与接卸杆进给流量分开，保证顺畅换杆。

附图说明

图1是本发明的液压原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细阐述，以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1所示的液压凿岩钻机的自适应阀组是由进给功能和冲击功能两大部分组成。

进给功能部分包括第一液控换向阀1、第二液控换向阀2、第四液控换向阀4、流量调节阀6、第一阻尼孔5、梭阀3、单向阀7、泄压逻辑元件8。

其中所述第二液控换向阀2的进油口与该阀组的主进油口P连通，所述第二液控换向阀2具有第一和第二出油口，其第一出油口与第一逻辑阀11的进油口以及第四液控换向阀4的进油口连通，其第二出油口绕过第四液控换向阀4和第一阻尼孔5与第一液控换向阀1的进油口连通，该第二液控换向阀2的液控口与阀组的快速进给液控油口X5连通。

所述第四液控换向阀4的进油口与第二液控换向阀的第一出油口连通，第四液控换向阀的第一出油口与第一阻尼孔5的进油口连通，第四液控换向阀的第二出油口与流量调节阀6的进油口连通，第四液控换向阀4的液控口与阀组的换杆进给液控油口X6连通。

所述流量调节阀6的出油口与第一液控换向阀1的进油口连通。

所述第一液控换向阀1的两工作油口分别通过对应的推进油路和上提油路与本阀组的推进油口A1和上提油口B1连通，第一液控换向阀的推进端液控口和上提端液控口分别与阀组的推进先导油口X1和上提先导油口X2连通。其中，推进和上提构成了凿岩机的进给动作。由于进给系统采用的是内曲线柱塞马达推进链系统，为了提高马达寿命，在该第一液控换向阀的回油口与阀组的回油口T间加装了单向阀7作为背压阀使用。

所述梭阀3的两进油口分别与推进油路和上提油路连通，其出油口经第二过滤器9和第三阻尼孔10后与第一逻辑阀11的截断工作位的液控口连通。

所述梭阀3的出油口还与本阀组的进给压力表接口M1连通，该进给压力表接口用于外接进给压力表。

所述泄油逻辑元件8的进油口与阀组推进油口连通，泄油逻辑元件的出油口与阀组回油口T连通，泄油逻辑元件的液控口与阀组的推进压力调节油口Y1连通。通过该推进压力调节油口流出的泄油逻辑元件的压力油由驾驶员远程调整，通过调整该泄油逻辑元件的开闭程度来调定推进油路压力。

冲击功能部分包括第一逻辑阀11、第二逻辑阀16、第三液控换向阀12、第五液控换向阀14、第六电磁换向阀19、第一溢流阀15、第一顺序阀13、第二阻尼孔17、第三阻尼孔10、第一过滤器18、第二过滤器9。

所述第一逻辑阀11的进油口与第二液控换向阀2的第一出油口连通，出油口与第三液控换向阀12的进油口连通。该第一逻辑阀具有进出油口相通的导通工作位和进出油口断开的截断工作位，其截断工作位的液控口与梭阀3出油口连通并具有回位弹簧，其导通工作位通过先导油路与第一逻辑阀的进油口相连。

所述第三液控换向阀12的液控口与阀组的冲击先导油口X7连通，其出油口与阀组的冲击油路出口C连通，其回油口与阀组的回油口T连通。

所述第一顺序阀13的进油口与阀组的推进油口A1连通，其出油口与所述第五液控换向阀14的液控口连通，其回油口与阀组的泄油口L连通。当所述推进油口A1的压力超过第一顺序阀13的设定压力时，先导压力作用在其液控端，驱动第一顺序阀13动作使其进油口和出油口导通。

所述第五液控换向阀14的进油口经第二阻尼孔17和第一过滤器18与阀组的冲击油路出口C连通，其出油口与第一溢流阀15的进油口连通。

所述第一溢流阀15的出油口与阀组的泄油口L连通。

第二逻辑阀16的进油口与冲击油路出口C连通，其出油口与阀组的回油口T连通，所述第二逻辑阀16具有进出油口截止的工作位，该工作位具有回位弹簧且其液控口与第二阻尼孔17的出油口连通，所述第二逻辑阀还具有进出油口导通的工作位，该工作位的液控口通过阀芯内部先导油路孔道与该第二逻辑阀的进油口连通。

阀组的冲击压力表接口M3与冲击油路出口C连通，用于外接冲击压力表。

所述第六电磁换向阀19的进油口与阀组的冲击油路出口C连通，其出油口与阀组的反打油路出口D连通，其回油口与阀组的回油口T连通。所述第六电磁换向阀用于对凿岩机反打进行控制，当带着冲击功能开启上提动作时，开启该第六电磁换向阀，压力油就经其出油口通过阀组的反打油路出口D进入凿岩机反打机构，就可以帮助钻杆从孔中顺利拔出。当第六电磁换向阀不通电时，反打油路通过该换向阀通阀组回油口T，保证反打机构安全。

上述阀组的工作原理是：

第二液控换向阀2主要是进行进给或进给+冲击与快速进给的转换。当冲击先导油口没有信号油时，实现慢速进给功能。压力油从主进油口P进入，经第二液控换向阀第一出油口、第四液控换向阀第一出油口和第一阻尼孔5进入第一液控换向阀1。若此时第一液控换向处于没有开启，压力油则推开第一逻辑阀阀芯使其导通，压力油经第三液控换向阀12引至阀组的回油口T回油。若这时第一液控换向阀1开启，第一逻辑阀截断工作位液控口的压力为进给主油路（即推进油路和上提油路）压力，第一逻辑阀11使多余流量经第三液控换向阀12回油，同第一阻尼孔一起维持进给系统流量稳定。

当冲击先导油口X7有信号油时，实现慢速进给和冲击功能。这时压力油从主进油口P进，经第二液控换向阀、第四液控换向阀、第一阻尼孔和第一液控换向阀进入进给主油路。由于进给主油路在钻孔过程中流量很小，多余的油进入第一逻辑阀，由于此时冲击先导油口X7有冲击信号油，第三液控换向阀换向，上述多余流量进入冲击部分，由第三液控换向阀出口流出经阀组的冲击油路出口C进入冲击系统，此时进给和冲击的压力差作用在第一阻尼孔两端。

当快速进给液控油口X5来油时，冲击停止，快速进给实现。此时快速进给液控油口X5来油推动第二液控换向阀2换向，主进油口进油经过第二液控换向阀的第二出油口绕过第四换向阀、第一阻尼孔和流量调节阀，直接进入第一液控换向阀1。此时第一逻辑阀无压力油进入，处于截断状态，从而实现快速进给，系统溢流由此阀组外的溢流阀调定。

当换杆进给液控油口X6来油时，第四液控换向阀4换向，其进油口与第二出油口导通，进给流量变为由换杆状态的流量调节阀6决定。钻孔时慢速进给流量由第一阻尼孔决定，换杆状态由流量调节阀决定。第一阻尼孔和第一逻辑阀组合，具备了压力补偿功能。

在正常钻孔时，推进压力引至第一顺序阀13进油口，当超过其设定压力时，其进出油口导通，压力油作用在第五液控换向阀14液控端使其换向，第五液控换向阀进出油口截断，第二逻辑阀16截断不泄油，冲击系统以最大压力运行。

当进给和冲击同时动作，钻头还没有接触岩石或者开孔状态时，推进压力低于第一顺序阀13的设定压力，第一顺序阀不动作，使得第五液控换向阀14回位导通。这时，第二逻辑阀16的液控口压力等于第一溢流阀15的设定压力，压力油经第二逻辑阀16泄压，冲击系统以较小压力实现弱冲。

当钻杆卡住，难以从孔中拔出时，需要顺着冲击上提。这时推进压力基本为零，冲击压力为第一溢流阀15调定的弱冲击压力。此时若再给第六电磁换向阀停电使其换向，冲击系统的压力油就通过第六电磁换向阀19经反打油路出口D进入凿岩机反打端，使钎尾受向上打击的作用力，从而帮助钻杆从卡住的孔中拔出，防止钻具损失。

Claims (8)

1.一种液压凿岩钻机的自适应阀组，其特征在于，包括：

第一液控换向阀，该第一液控换向阀的两工作油口分别通过对应的推进油路和上提油路与本阀组的推进油口和上提油口连通，第一液控换向阀的推进端液控口和上提端液控口分别与阀组的推进先导油口和上提先导油口连通；

第二液控换向阀，其进油口与该阀组的主进油口连通，其出油口与第一液控换向阀以及第一逻辑阀的进油口连通；

梭阀，其两进油口分别与推进油路和上提油路连通，其出油口与第一逻辑阀的液控口连通；

第一逻辑阀，该第一逻辑阀的出油口与第三液控换向阀的进油口连通；

第三液控换向阀，该第三液控换向阀的液控口与阀组的冲击先导油口连通，其出油口与阀组的冲击油路出口连通，其回油口与阀组的回油口连通；

还包括第一阻尼孔，该第一阻尼孔的出油口与第一液控换向阀的进油口连通，所述第二液控换向阀具有第一和第二出油口，其第一出油口与第一阻尼孔的进油口以及第一逻辑阀的进油口连通，其第二出油口绕过第一阻尼孔与第一液控换向阀的进油口连通，该第二液控换向阀的液控口与阀组的快速进给液控油口连通；

还包括第四液控换向阀和流量调节阀，所述第四液控换向阀的进油口与第二液控换向阀的第一出油口连通，第四液控换向阀的第一出油口与第一阻尼孔的进油口连通，第四液控换向阀的第二出油口与流量调节阀的进油口连通，第四液控换向阀的液控口与阀组的换杆进给液控油口连通，所述流量调节阀的出油口与第一液控换向阀的进油口连通。

2.根据权利要求1所述的液压凿岩钻机的自适应阀组，其特征在于：还包括第五液控换向阀和第一溢流阀，所述第五液控换向阀的进油口与阀组的冲击油路出口连通，其出油口与第一溢流阀的进油口连通，该第五液控换向阀的液控口与阀组的推进油口相连，所述第一溢流阀的出油口与阀组的回油口连通。

3.根据权利要求2所述的液压凿岩钻机的自适应阀组，其特征在于：还包括第一顺序阀，其进油口与阀组的推进油口连通，其出油口与所述第五液控换向阀的液控口连通，当所述推进油口的压力超过第一顺序阀的设定压力时，第一顺序阀动作使其进油口和出油口导通。

4.根据权利要求2或3所述的液压凿岩钻机的自适应阀组，其特征在于：还包括第二逻辑阀和第二阻尼孔，所述第二阻尼孔设在第五液控换向阀的进油口与阀组的冲击油路出口之间，第二逻辑阀的进油口与冲击油路出口连通，其出油口与阀组的回油口连通，所述第二逻辑阀具有进出油口截止的工作位，该工作位的液控口与第二阻尼孔的出油口连通，所述第二逻辑阀还具有进出油口导通的工作位，该工作位的液控口通过阀芯内部先导油路孔道与该第二逻辑阀的进油口连通。

5.根据权利要求1所述的液压凿岩钻机的自适应阀组，其特征在于：还包括泄油逻辑元件，该泄油逻辑元件的进油口与阀组推进油口连通，泄油逻辑元件的出油口与阀组回油口连通，泄油逻辑元件的液控口与阀组的推进压力调节油口连通。

6.根据权利要求1所述的液压凿岩钻机的自适应阀组，其特征在于：还包括第六换向阀，该第六换向阀的进油口与阀组的冲击油路出口连通，其出油口与阀组的反打油路出口连通。

7.根据权利要求1所述的液压凿岩钻机的自适应阀组，其特征在于：还包括单向阀，其设在第一液控换向阀和阀组的回油口之间。

8.根据权利要求1所述的液压凿岩钻机的自适应阀组，其特征在于：还包括第三阻尼孔，其设在梭阀的出油口与第一逻辑阀的液控口之间。