CN106481606A - 钻进控制系统和钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻进控制系统和钻机。其中，钻进控制系统包括变量泵、液压执行元件、进油控制阀、通断控制阀和排油控制阀。液压执行元件包括第一工作腔和第二工作腔。变量泵通过进油控制阀与第一工作腔和第二工作腔分别连接，进油控制阀控制变量泵可选择地向第一工作腔或第二工作腔进油；通断控制阀包括第一油口和第二油口，第一油口与第一工作腔连接，第二油口与第二工作腔连接，通断控制阀控制第一工作腔与第二工作腔的通断；排油控制阀的进油口与通断控制阀的第二油口连接，排油控制阀的出油口与排油连接并控制液压执行元件在排油压力下排油，排油压力可调节地设置。本发明的钻进控制系统在液压执行元件执行快速动作时不需要多泵合流供油。

Description

钻进控制系统和钻机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种钻进控制系统和钻机。

背景技术

钻机(如天井钻机)往往需要具备快速动作功能及恒压进给功能。快速动作功能能够将动力头快速移动至所需工作位置以缩短施工辅助时间。恒压进给功能能够调节刀具和岩石之间的破岩力，以充分发挥整机及刀具的性能，提高工作效率。快速动作功能及恒压进给功能需要通过钻进控制系统实现。

如图1所示，现有技术中，钻机的钻进控制系统包括变量泵1'、液压缸2'、快速动作换向阀31'、快速动作液压锁5'、恒压进给换向阀32'、恒压进给液压锁6'和溢流阀7'。

为了同时实现快速动作功能及恒压进给功能，如图1所示，钻进控制系统设置有独立的两条油路，即快速油路Ⅰ和恒压油路Ⅱ。当液压缸2'需要进行快速动作时，快速动作换向阀31'的进油口需要由其他泵合流供油以满足液压缸2'进行快速动作所需的油量，因此现有技术中的钻进控制系统在液压缸快速动作时存在需要多泵合流供油的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻进控制系统和钻机，以实现钻进控制系统在液压执行元件执行快速动作时不需要多泵合流供油。

本发明第一方面提供一种钻进控制系统，钻进控制系统包括液压系统，液压系统包括：

变量泵；

液压执行元件，液压执行元件包括第一工作腔和第二工作腔；

进油控制阀，变量泵的泵出口通过进油控制阀与液压执行元件的第一工作腔和第二工作腔分别连接，进油控制阀控制泵出口可选择地向第一工作腔和第二工作腔中的一个进油；

通断控制阀，通断控制阀包括第一油口和第二油口，通断控制阀的第一油口与第一工作腔连接，通断控制阀的第二油口与第二工作腔连接，通断控制阀控制其第一油口与第二油口的通断以控制第一工作腔与第二工作腔的通断；

排油控制阀，排油控制阀的进油口与通断控制阀的第二油口连接，排油控制阀的出油口与排油连接并控制液压执行元件在排油压力下排油，排油压力可调节地设置。

进一步地，进油控制阀包括第一控制阀，第一控制阀包括第一油口、第二油口和第三油口，第一油口与泵出口连接，第二油口与第一工作腔连接，第三油口与第二工作腔连接，第一控制阀具有第一工作位置和第二工作位置，在第一控制阀的第一工作位置其第一油口与第二油口连通；在第一控制阀的第二工作位置其第一油口与第三油口连通。

进一步地，进油控制阀还包括第一单向阀，第一单向阀设于第一控制阀与第一工作腔之间，控制油液从第一控制阀流向第一工作腔；和/或，进油控制阀还包括第二单向阀，第二单向阀设于第一控制阀与第二工作腔之间，控制油液从第一控制阀流向第二工作腔。

进一步地，排油控制阀包括第一溢流阀，第一溢流阀包括进油口、出油口、第一控制端和第二控制端，第一溢流阀的进油口与第一控制端彼此连接，第一溢流阀的进油口与排油控制阀的进油口连接，第一溢流阀的出油口与排油控制阀的出油口连接，第一溢流阀通过比较其第一控制端与第二控制端的作用力来控制第一溢流阀是否排油，第一溢流阀的第一控制端和/或第一溢流阀的第二控制端的作用力可调节地设置以使得排油控制阀的排油压力可调节。

进一步地，排油控制阀还包括第一阻尼孔，第一溢流阀的进油口通过第一阻尼孔与其第二控制端彼此连接。

进一步地，排油控制阀还包括压力设定阀，压力设定阀控制第一溢流阀的第二控制端的作用力。

进一步地，压力设定阀包括第二溢流阀，第二溢流阀包括进油口、出油口、第一控制端和第二控制端，第二溢流阀的进油口分别与其第一控制端和第一溢流阀的第二控制端连接，第二溢流阀的出油口与第一溢流阀的出油口连接，第二溢流阀通过比较其第一控制端与第二控制端的作用力来控制第二溢流阀是否排油，第二溢流阀的第一控制端和/或第二溢流阀的第二控制端的作用力可调节地设置以使得第一溢流阀的第二控制端的作用力可调节。

进一步地，第二溢流阀的第一控制端包括电磁控制部，电磁控制部用于改变第二溢流阀的第一控制端的作用力。

进一步地，排油控制阀还包括第二阻尼孔，第二阻尼孔设于第一溢流阀的第二控制端与第二溢流阀的进油口以及与第二溢流阀的第一控制端之间的油路上。

进一步地，变量泵还包括调压阀，调压阀能够控制变量泵的泵出口的压力。

进一步地，液压系统还包括第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器用于检测第一工作腔的压力，第二压力传感器用于检测第二工作腔的压力。

进一步地，钻进控制系统包括控制装置，控制装置分别与调压阀、压力设定阀、第一压力传感器和第二压力传感器耦合，并根据第一压力传感器和第二压力传感器测得的压力值和破岩力目标值自动调节调压阀的设定压力和压力设定阀的设定压力。

进一步地，钻进控制系统包括控制装置，控制装置分别与变量泵、进油控制阀、通断控制阀和排油控制阀耦合，控制装置分别控制变量泵、进油控制阀、通断控制阀和排油控制阀动作。

进一步地，钻进控制系统包括操作台，操作台包括与控制装置耦合的至少一个操作部，控制装置根据至少一个操作部发出的操作信号对液压系统进行控制。

进一步地，至少一个操作部包括工作模式选择部，工作模式选择部用于向控制装置发送第一工作模式信号或第二工作模式信号，控制装置接收到第一工作模式信号后控制液压系统进入第一工作模式，控制装置接收到第二工作模式信号后控制液压系统进入第二工作模式。

进一步地，第一工作模式包括控制液压系统进入快速动作状态。

进一步地，至少一个操作部还包括快速动作部，快速动作部用于在液压系统处于第一工作模式时向控制装置发送快速动作信号，控制装置接收快速动作信号后控制液压系统进入快速动作状态，在快速动作状态液压执行元件执行快速动作。

进一步地，快速动作状态包括快速提升状态和快速下放状态，至少一个操作部还包括提升下放选择部，提升下放选择部用于向控制装置发送提升信号或下放信号，其中，控制装置在快速动作状态下接收提升信号后控制液压系统进入快速提升状态，在快速提升状态液压执行元件执行快速提升动作；控制装置在快速动作状态下接收下放信号后控制液压系统进入快速下放状态，在快速下放状态液压执行元件执行快速下放动作。

进一步地，提升下放选择部还用于向控制装置发送开度信号，其中，在快速动作状态，控制装置接收开度信号后控制液压系统的变量泵的泵出口的排量以控制液压执行元件的动作速度。

进一步地，第二工作模式包括控制液压系统进入自动恒压进给状态。

进一步地，自动恒压进给状态包括导孔恒压进给状态和扩孔恒压进给状态，至少一个操作部还包括导孔扩孔选择部和提升下放选择部，导孔扩孔选择部用于向控制装置发送导孔信号或扩孔信号，提升下放选择部用于向控制装置发送提升信号或下放信号，控制装置接收来自导孔扩孔选择部的导孔信号和提升下放选择部的下放信号后控制液压系统进入导孔恒压进给状态，控制装置接收来自导孔扩孔选择部的扩孔信号和提升下放选择部的提升信号后控制液压系统进入扩孔恒压进给状态。

进一步地，至少一个操作部还包括破岩力无级设定部，破岩力无级设定部用于设定导孔恒压进给状态破岩力目标值和扩孔恒压进给状态破岩力目标值。

进一步地，至少一个操作部还包括称重控制部，称重控制部用于向控制装置发送称重信号，控制装置接收称重信号后控制液压系统进入称重状态并获取称重值，称重值包括导孔恒压进给状态称重值和扩孔恒压进给状态称重值。

进一步地，导孔恒压进给状态包括导孔加压钻进状态和导孔减压钻进状态，控制装置根据导孔恒压进给状态称重值与导孔恒压进给状态破岩力目标值来控制液压系统进入导孔加压钻进状态或者进入导孔减压钻进状态。

进一步地，液压系统包括第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器用于检测第一工作腔的压力，第二压力传感器用于检测第二工作腔的压力，控制装置还分别与第一压力传感器和第二压力传感器耦合，在液压系统处于导孔恒压进给状态时，控制装置根据第一压力传感器和第二压力传感器测得的压力值和导孔恒压进给状态破岩力目标值控制变量泵的泵出口的压力和排油控制阀的排油压力；和/或，在液压系统处于扩孔恒压进给状态时，控制装置根据第一压力传感器和第二压力传感器测得的压力值和扩孔恒压进给状态破岩力目标值控制变量泵的泵出口的压力和排油控制阀的排油压力。

进一步地，钻进控制系统还包括与控制装置耦合的显示器，显示器能够显示钻进控制系统的工作状态。

本发明第二方面提供一种钻机，包括本发明第一方面任一项的钻进控制系统。

基于本发明提供的钻进控制系统和钻机，钻进控制系统包括变量泵、液压执行元件、进油控制阀、通断控制阀和排油控制阀。液压执行元件包括第一工作腔和第二工作腔；变量泵通过进油控制阀与第一工作腔和第二工作腔分别连接，进油控制阀控制变量泵可选择地向第一工作腔或第二工作腔进油；通断控制阀包括第一油口和第二油口，第一油口与第一工作腔连接，第二油口与第二工作腔连接，通断控制阀控制第一工作腔与第二工作腔的通断；排油控制阀的进油口与通断控制阀的第二油口连接，排油控制阀的出油口与排油连接以控制液压执行元件在排油压力下排油，排油压力可调节地设置。当液压执行元件执行快速提升动作时，通断控制阀控制第一工作腔与第二工作腔连通，排油压力设置为大于第二工作腔的压力，第一工作腔的回油进入到第二工作腔中进行补油，因此，第二工作腔的油量是泵出口的油量和第一工作腔的回油的总和，从而使液压执行元件执行快速提升动作；当液压执行元件执行快速下放动作时，通断控制阀控制第一工作腔与第二工作腔断开，排油控制阀控制液压执行元件的第二工作腔在较小的排油压力下排油，降低第二工作腔的回油阻力，使液压执行元件执行快速下放动作。由上可知，本发明的钻进控制系统在液压执行元件进行快速动作时不需要多泵合流供油。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术的钻机的钻进控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的钻机的钻进控制系统的液压系统的结构示意图；

图3为图2中的排油控制阀的结构示意图；

图4为本发明实施例的钻机的钻进控制系统的操作台的布置示意图。

各附图标记分别代表：

Ⅰ-快速油路；Ⅱ-恒压油路；1'-变量泵；2'-液压缸；31'-快速动作换向阀；32'-恒压进给换向阀；5'-快速动作液压锁；6'-慢速动作液压锁；7'-溢流阀；1-变量泵；2-液压缸；3-第一控制阀；4-通断控制阀；5-第一单向阀；6-第二单向阀；7-第一溢流阀；7a-第一溢流阀的进油口；7b-第一溢流阀的出油口；7c-第一溢流阀的第一控制端；7d-第一溢流阀的第二控制端；8-第二溢流阀；8a-第二溢流阀的进油口；8b-第二溢流阀的出油口；8c-第二溢流阀的第一控制端；8d-第二溢流阀的第二控制端；M-第一阻尼孔；N-第二阻尼孔；9-第一压力传感器；10-第二压力传感器；11-排量调节阀；12-调压阀；16-油箱；17-恒压补偿阀；19-控制装置；20-操作台；21-破岩力无级设定部；22-称重控制部；23-导孔扩孔选择部；24-提升下放选择部；25-快速动作部；26-工作模式选择部；27-显示器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明的钻进控制系统液压系统，液压系统包括变量泵、液压执行元件、进油控制阀、通断控制阀和排油控制阀。液压执行元件包括第一工作腔和第二工作腔。

变量泵的泵出口通过进油控制阀与第一工作腔和第二工作腔分别连接。进油控制阀控制泵出口可选择地向第一工作腔和第二工作腔中的一个进油。

通断控制阀包括第一油口和第二油口。通断控制阀的第一油口与第一工作腔连接，通断控制阀的第二油口与第二工作腔连接，通断控制阀控制其第一油口与第二油口的通断以控制第一工作腔与第二工作腔的通断。

排油控制阀的进油口与通断控制阀的第二油口连接。排油控制阀的出油口与排油连接以控制液压执行元件在排油压力下排油，排油压力可调节地设置。

当液压执行元件执行快速提升动作时，通断控制阀控制第一工作腔与第二工作腔连通，排油压力设置为大于第二工作腔的压力，第一工作腔的回油进入到第二工作腔中进行补油，因此，第二工作腔的油量是泵出口的油量和第一工作腔的回油的总和，使液压执行元件执行快速提升动作；当液压元件执行快速下放动作时，通断控制阀控制第一工作腔与第二工作腔断开，排油控制阀控制液压执行元件的第二工作腔中在较小的排油压力下排油，降低第二工作腔的回油阻力，使液压执行元件执行快速下放动作。

其中，第一工作腔回油而第二工作腔进油时液压控制元件执行快速提升动作，第一工作腔进油而第二工作腔回油时液压控制元件执行快速下放动作。

由上可知，本发明的钻进控制系统在液压执行元件执行快速动作时不需要多泵合流供油。

下面将结合图2和图3对本发明实施例的钻进控制系统的结构和工作过程进行详细说明。

如图2所示，本发明实施例的钻进控制系统包括变量泵1、液压执行元件、进油控制阀、通断控制阀4和排油控制阀。在本实施例中，液压执行元件为液压缸2。液压缸2包括第一工作腔(图2中的有杆腔)和第二工作腔(图2中的无杆腔)。

变量泵1的泵出口通过进油控制阀与第一工作腔和第二工作腔分别连接。进油控制阀控制泵出口可选择地向第一工作腔和第二工作腔中的一个进油。

通断控制阀4包括第一油口和第二油口。通断控制阀4的第一油口与第一工作腔连接，通断控制阀4的第二油口与第二工作腔连接，通断控制阀4控制其第一油口和第二油口的通断以控制第一工作腔与第二工作腔的通断。

本实施例中，通断控制阀4为两位两通阀，在其它未示出的实施例中，通断控制阀4可以为其它能控制第一工作腔和第二工作腔通断的阀门。

排油控制阀的进油口与通断控制阀4的第二油口连接。排油控制阀的出油口与排油连接以控制液压缸2在一定的排油压力下排油。

具体地，进油控制阀包括第一控制阀3。第一控制阀3包括第一油口、第二油口和第三油口。第一油口与泵出口连接，第二油口与第一工作腔连接，第三油口与第二工作腔连接。第一控制阀3具有第一工作位置(图2中的左位)和第二工作位置(图2中的右位)，在第一控制阀3的第一工作位置其第一油口与第二油口连通；在第一控制阀3的第二工作位置其第一油口与第三油口连通。

本实施例中，第一控制阀3还包括第四油口，第四油口与排油连通。在第一控制阀3的第一工作位置其第三油口与第四油口连通，在第一控制阀3的第二工作位置其第二油口与第四油口连通。该设置利于不向相应的工作腔供油时，与相应的工作腔对应的油管内的油液排出。

此时，为了更好地限制泵出口的油液的流动方向，进油控制阀还包括第一单向阀5和第二单向阀6。第一单向阀5设于第一控制阀3与第一工作腔之间，控制油液从第一控制阀3流向第一工作腔。第二单向阀6设于第一控制阀3与第二工作腔之间，控制油液从第一控制阀3流向第二工作腔。

当然，第一控制阀3可以不包括第四油口，或者即使包括第四油口也可以使第四油口始终处于截止状态，此时，第一单向阀5和第二单向阀6则不是必需的。

当液压系统进入快速提升状态时，第一控制阀3处于第二工作位置，因此其第一油口与第三油口连通使得泵出口的油液可以进入到液压缸的第二工作腔，此时通断控制阀4控制第一工作腔与第二工作腔连通，排油控制阀控制排油压力大于第二工作腔的压力，而且第一单向阀5的设置使得第一工作腔的回油只能通过通断控制阀4流向第二工作腔形成补油，使得液压杆执行快速提升动作。

当液压系统进入快速下放状态时，第一控制阀3处于第一工作位置，因此其第一油口与第二油口连通使得泵出口的油液可以进入到液压缸2的第一工作腔，此时通断控制阀4控制第一工作腔与第二工作腔断开，而排油控制阀控制液压缸2的第二工作腔在较小的排油压力下就能排油以降低回油阻力，使液压杆执行快速下放动作。

为了更好地控制液压缸2的第二工作腔的排油压力，在本实施例中，如图2所示，排油控制阀包括第一溢流阀7。如图3所示，第一溢流阀7包括进油口7a、出油口7b、第一控制端7c和第二控制端7d。第一溢流阀7的进油口7a与第一控制端7c彼此连接。第一溢流阀7的进油口7a与排油控制阀的进油口连接，第一溢流阀7的出油口7b与排油控制阀的出油口连接。第一溢流阀7通过比较第一控制端7c与第二控制端7d的作用力来控制第一溢流阀7是否排油。第一溢流阀7的第一控制端7c和/或第二控制端7d的作用力可调节地设置以使得排油控制阀的排油压力可调节。本实施例中，第二控制端7d的作用力可调节地设置。

具体地，如图2和图3所示，当第一控制端7c的作用力大于第二控制端7d的作用力时，第一溢流阀7排油；当第一控制端7c的作用力小于第二控制端7d的作用力时，第一溢流阀7不排油。而第一溢流阀7的第一控制端7c与第一溢流阀7的进油口7a和液压缸2的第二工作腔连接。由上可知，调节第二控制端7d的作用力就可以调节第一溢流阀7的设定压力即调节排油控制阀的排油压力。

排油控制阀还包括第一阻尼孔M。第一溢流阀7的进油口7a与其第二控制端7d通过第一阻尼孔M彼此连接。第一阻尼孔M设于第一溢流阀7的进油口7a与其第二控制端7d之间的油路上。第一阻尼孔M使第一溢流阀7的第一控制端7c与第二控制端7d之间有一定的压差。

在本实施例中，如图3所示，第二控制端7d的油液压力和弹簧的压力共同决定第二控制端7d的作用力。因此可通过调节油液压力来调节第二控制端7d的作用力。

为了调节第一溢流阀7的第二控制端7d的作用力，排油控制阀还包括压力设定阀。

如图2所示，压力设定阀包括第二溢流阀8。如图3所示，第二溢流阀8包括进油口8a、出油口8b、第一控制端8c和第二控制端8d。第二溢流阀8的进油口8a分别与其第一控制端8c和第一溢流阀7的第二控制端7d连接，第二溢流阀的出油口8b与第一溢流阀7的出油口7b连接。第二溢流阀8通过比较其第一控制端8c与第二控制端8d的作用力来控制第二溢流阀8是否排油。第二溢流阀8的第二控制端8d的作用力可调节地设置以使得第一溢流阀7的第二控制端7d的作用力可调节。

具体在本实施例中，如图3所示，第二溢流阀8的第一控制端8c包括电磁控制部。因此调节电磁控制部的电流就可以调节第二溢流阀8的第一控制端8c的作用力进而可以达到控制第一溢流阀7的第二控制端7d的作用力。第二溢流阀8的第一控制端8c和/或第二溢流阀8的第二控制端8d的作用力可调节地设置以使得第一溢流阀7的第二控制端7d的作用力可调节。本实施例中，第一控制端8c的作用力可调节地设置。

当第二溢流阀8的第一控制端8c的作用力大于其第二控制端的作用力时，第二溢流阀8排油；当第二溢流阀8的第一控制端8c的作用力小于其第二控制端的作用力时，第二溢流阀8不排油。

本实施例中，第二溢流阀8的第一控制端8c包括电磁控制部，电磁控制部用于改变第二溢流阀8的第一控制端8c的作用力。

第二溢流阀8的第一控制端8c的作用力由电磁控制部的作用力与第一控制端8c的油液压力共同决定。第二溢流阀的第二控制端8d的作用力由弹簧的压力决定。由于电磁控制部的作用力可以调节，因此调节电磁控制部的作用力就可以决定第二溢流阀8的排油压力。而第二溢流阀8的进油口8a与第一溢流阀的第二控制端7d连接，因此，调节电磁控制部的作用力就可以调节第一溢流阀7的第二控制端7d的作用力。

优选地，第二溢流阀8为反比例溢流阀。当电磁控制部的电流为零时，反比例溢流阀的第一控制端的作用力为最大，因此第一溢流阀7的第二控制端的作用力设定值为最大。第一溢流阀7的作用力设定值最大可有效保证液压缸2的第二工作腔不排油，因此当钻进控制系统未接电时，液压缸2安全锁死，提高钻进控制系统的安全性。

优选地，如图3所示，排油控制阀还包括第二阻尼孔N。第二阻尼孔N设于第一溢流阀7的第二控制端7d与第二溢流阀的进油口8a以及与第二溢流阀8的第一控制端8c之间的油路上。当第二溢流阀8排油时，第二阻尼孔N的设置使得第一溢流阀7的第二控制端7d的油液压力不会发生突变，进而使得第一溢流阀7的阀芯不会突然开启，进而使得液压缸2的第二工作腔不会突然排油，有效保证了钻进控制系统的工作稳定性和安全性。

在本实施例中，变量泵1还包括调压阀12。调压阀12能够控制变量泵1的泵出口的压力。

在本实施例中，调压阀12为电比例溢流阀。下面详细说明调压阀12是如何控制变量泵1的泵出口的压力的。

如图2所示，变量泵1的内部设有恒压补偿阀17。恒压补偿阀17的阀芯的左侧与调压阀12的控制端连接，因此恒压补偿阀17的阀芯的左侧的作用力与调压阀12的控制端的作用力相关，恒压补偿阀17的阀芯的右侧与泵出口连接，因此恒压补偿阀17的阀芯的右侧的作用力与泵出口的压力相关。调压阀12的进口通过阻尼与恒压补偿阀17的右侧连接，而恒压补偿法17的右侧与泵出口连接，因此调压阀12的开启压力可以调节变量泵1的泵出口的压力。

在本实施例中，液压系统还包括第一压力传感器9和第二压力传感器10。第一压力传感器9用于检测第一工作腔的压力，第二压力传感器10用于检测第二工作腔的压力。

优选地，钻进控制系统包括控制装置19。控制装置19分别与调压阀12、压力设定阀、第一压力传感器9和第二压力传感器10耦合。具体地，控制装置19根据第一压力传感器9和第二压力传感器10测得的压力值和破岩力目标值自动调节调压阀12的设定压力和压力设定阀的设定压力。因此，本实施例的钻进控制系统通过控制装置19实现精确的调压阀12的设定压力和压力设定阀的设定压力的调节，不需要人工反复调节，降低劳动强度，提高工作效率。通过对压力设定阀的设定压力的调节，即可以调节第一溢流阀7的设定压力，即调节了排油控制阀的排油压力。

具体在本实施例中，压力设定阀为第二溢流阀8。

为了提高钻进控制系统控制的便利性和可操作性，本发明实施例的钻进控制系统包括操作台20。操作台20包括与控制装置19耦合的至少一个操作部。控制装置19根据操作部发出的操作信号对液压系统进行控制。

其中，控制装置19分别与变量泵1、进油控制阀、通断控制阀4和排油控制阀分别耦合，控制装置19分别控制变量泵1、进油控制阀、通断控制阀4和排油控制阀动作。

如图4所示，至少一个操作部包括工作模式选择部26。工作模式选择部26用于向控制装置19发送第一工作模式信号或第二工作模式信号。控制装置19接收第一工作模式信号后控制液压系统进入第一工作模式。控制装置19接收第二工作模式信号后控制液压系统进入第二工作模式。

第一工作模式包括控制液压系统进入快速动作状态。

至少一个操作部还包括快速动作部25。快速动作部25用于在液压系统处于第一工作模式时向控制装置19发送快速动作信号。控制装置19接收快速动作信号后控制液压系统进入快速动作状态。在快速动作状态，液压杆执行快速动作。

快速动作状态包括快速提升状态和快速下放状态。至少一个操作部还包括提升下放选择部24。提升下放选择部24用于向控制装置19发送提升信号或下放信号。其中，控制装置19在快速动作状态下接收提升信号后控制液压系统进入快速提升状态，在快速提升状态液压杆执行快速提升动作。控制装置19在快速动作状态下接收下放信号后控制液压系统进入快速下放状态，在快速下放状态液压杆执行快速下放动作。

提升下放选择部24还用于向控制装置19发送开度信号。其中，在快速动作状态，控制装置19接收开度信号后控制液压系统的变量泵的泵出口的排量以控制液压杆的动作速度。

例如，提升下放选择部24可以为提升下放手柄，控制提升下放手柄处于不同开度可以控制液压杆的动作速度。

如图2所示，变量泵1的内部设有排量调节阀11。提升下放手柄的开度决定了排量调节阀11的比例电磁铁的电流值，进而决定变量泵1的排量，而变量泵1的排量决定液压杆的动作速度，因此通过手动操作提升下放手柄可控制液压杆的动作速度，提高可操作性。

下面将详细说明控制液压系统进入快速动作状态操作台的各个操作部及液压系统各个控制阀的动作过程：

快速提升状态：

首先操作工作模式选择部26使其发送第一工作模式信号且操作快速动作部25使其发送快速动作信号，控制装置19接收第一工作模式信号和快速动作信号后控制液压系统进入快速动作状态。

操作提升下放选择部24使其发送提升信号，控制装置19接收提升信号后控制第一控制阀3处于第二工作位置使泵出口的油液进入第二工作腔，同时控制通断控制阀4使液压缸2的第一工作腔和第二工作腔连通，因此第一工作腔的回油对第二工作腔形成补油，使液压杆执行快速提升动作。此时，排油控制阀的排油压力大于第二工作腔的压力。

在液压杆执行快速提升动作时，可以通过操作提升下放选择部24使其发送开度信号，控制装置19接收开度信号后可控制变量泵1泵出口的排量进而控制液压杆的动作速度，开度越大，动作速度越快。

快速下放状态：

首先操作工作模式选择部26使其发送第一工作模式信号且操作快速动作部25使其发送快速动作信号，控制装置19接收第一工作模式信号和快速动作信号后控制液压系统进入快速动作状态。

操作提升下放选择部24使其发送下放信号，控制装置19接收下放信号后控制第一控制阀3处于第一工作位置使泵出口的油液进入第一工作腔，同时控制通断控制阀4使液压缸2的第一工作腔和第二工作腔断开。控制装置19同时通过控制第二溢流阀8的电磁操作部控制第二溢流阀8的设定压力，以此控制第一溢流阀7的第二控制端7d的作用力最小以降低回油阻力，使液压杆执行快速下放动作。

工作模式选择部26向控制装置19发送第二工作模式信号。控制装置19接收第二工作模式信号后控制液压系统进入第二工作模式。

在本实施例中，第二工作模式包括控制液压系统进入自动恒压进给状态。

自动恒压进给状态包括导孔恒压进给状态和扩孔恒压进给状态。至少一个操作部还包括导孔扩孔选择部23和提升下放选择部24。导孔扩孔选择部23用于向控制装置19发送导孔信号或扩孔信号。提升下放选择部24用于向控制装置19发送提升信号或下放信号。控制装置19接收来自导孔扩孔选择部23的导孔信号和提升下放选择部24的下放信号后控制液压系统进入导孔恒压进给状态。控制装置19接收来自导孔扩孔选择部23的扩孔信号和提升下放选择部24的提升信号后液压系统进入扩孔恒压进给状态。

为了使操作者能够精确设定液压系统处于导孔恒压进给状态和扩孔恒压进给状态时的破岩力目标值，本实施例中的至少一个操作部包括破岩力无级设定部21。破岩力无级设定部21用于设定在导孔恒压进给状态下的导孔恒压进给状态破岩力目标值和在扩孔恒压进给状态下的扩孔恒压进给状态破岩力目标值。

至少一个操作部还包括称重控制部22。称重控制部22用于向控制装置19发送称重信号。控制装置19接收称重信号后控制液压系统进入称重状态并获取称重值。称重值包括导孔恒压进给状态称重值和扩孔恒压进给状态称重值。称重值为液压杆和与液压杆连接并同步运动的部件(如钻杆、钻头)的总重量。

导孔恒压进给状态包括导孔加压钻进和导孔减压钻进。控制装置19根据导孔恒压进给状态称重值与导孔恒压进给状态破岩力目标值来确定进行导孔加压钻进或者进行导孔减压钻进。

下面将详细说明控制液压系统进入自动恒压进给状态操作台的各个操作部及液压系统各个控制阀的动作过程：

导孔恒压进给状态：

通过操作导孔扩孔选择部23向控制装置19发送导孔信号且操作提升下放选择部24发送下放信号使液压系统进入导孔恒压进给状态。

通过破岩力无级设定部21设定导孔恒压进给状态破岩力目标值；再通过称重控制部22获取导孔恒压进给状态称重值。具体地，当称重控制部22发送称重信号后，控制装置19通过控制通断控制阀4处于连通状态进而使第一工作腔与第二工作腔连通，控制变量泵1的排量调节阀11的电磁铁通电，使液压缸2的液压杆处于小速度伸出状态，此时第二压力传感器10感应第二工作腔的压力，此压力即为导孔恒压进给状态称重值。

控制装置19接收导孔恒压进给状态破岩力目标值和导孔恒压进给状态称重值并对两者进行比较，当导孔恒压进给状态破岩力目标值大于导孔恒压进给状态称重值时，控制装置19控制液压系统执行导孔加压钻进；当导孔恒压进给状态破岩力目标值小于导孔恒压进给状态称重值时，控制装置19控制液压系统执行导孔减压钻进。

导孔加压钻进：

控制装置19控制第一控制阀3处于第一工作位置(图2中的左位)使得变量泵1的油液经第一控制阀3和第一单向阀5流至液压缸2的第一工作腔。而此时，通断控制阀4控制第一工作腔与第二工作腔断开。控制第二溢流阀8的设定压力使第一溢流阀7的第二控制端7d的作用力最小，进而使得排油控制阀的排油压力以及第二工作腔的背压减小从而实现导孔加压钻进状态。在导孔加压钻进的过程中，控制装置19自动控制调压阀12的设定压力以实现对变量泵1的泵出口的压力的调节。具体地，控制装置19通过第一压力传感器9和第二压力传感器10的检测形成实时反馈，从而对调压阀12的控制端的作用力进行控制从而调节调压阀12的设定压力，并且对第二溢流阀8的第一控制端8c的电磁控制部的作用力进行调节以调节第二溢流阀8的设定压力。

导孔减压钻进：

控制装置19控制通断控制阀4使液压缸2的第一工作腔与第二工作腔连通。控制装置19控制第二溢流阀8的第一控制端8c的作用力以控制第一溢流阀7的第二控制端7d的作用力。控制装置19同时控制调压阀12的控制端的作用力以设定变量泵1的泵出口的压力。其中，控制调压阀12的设定压力略低于第一溢流阀7的设定压力(排油控制阀的排油压力)。此时，变量泵1处于压力待命状态。因此液压缸2的第二工作腔即不从泵出口接收油液，也不向排油控制阀排出油液，只经过通断控制阀4流入第一工作腔。

在导孔减压钻进状态中，当液压缸2被负载卡滞时，液压缸2的第二工作腔因无液压杆运动而产生的油液流动，并且因排油控制阀的响应延迟及阀芯内泄的影响，液压缸2的第二工作腔无法保持持久压力，即排油控制阀失去背压作用，此时变量泵1通过第一控制阀3和第二单向阀6向液压缸2的第二工作腔补油，保证液压缸2的背压压力，从而有效保证导孔减压钻进状态的稳定性。

扩孔恒压进给状态：

通过操作导孔扩孔选择部23向控制装置19发送扩孔信号且操作提升下放选择部24发送提升信号使液压系统进入扩孔恒压进给状态。

通过破岩力无级设定部21设定扩孔恒压进给状态破岩力目标值。通过称重控制部22获取扩孔恒压进给状态称重值。具体地，当称重控制部22发送称重信号后，控制装置19通过控制通断控制阀4处于连通状态进而使第一工作腔与第二工作腔连通，控制变量泵1的排量调节阀11的电磁铁通电，使液压缸2的液压杆处于小速度伸出状态，此时第二压力传感器10感应第二工作腔的压力，此压力即为扩孔恒压进给状态称重值。

控制装置19接收扩孔恒压进给状态破岩力目标值和扩孔恒压进给状态称重值并对两者进行比较，当扩孔恒压进给状态破岩力目标值大于扩孔恒压进给状态称重值时，控制装置19控制液压系统进入扩孔加压钻进状态；当扩孔恒压进给状态破岩力目标值小于扩孔恒压进给状态称重值时，控制装置19控制液压系统进入扩孔减压钻进状态。

控制装置19控制第一控制阀3处于第二工作位置(图2中的右位)使变量泵1的泵出口的油液经过第一控制阀3与第二单向阀6进入液压缸2的第二工作腔，同时控制装置19控制通断控制阀4使液压缸2的第一工作腔与第二工作腔连通。控制装置19根据扩孔恒压进给状态破岩力目标值和扩孔恒压进给状态称重值设定调压阀12的设定压力以控制变量泵1的泵出口的压力。同时，控制装置19控制第二溢流阀8的设定压力以控制第一溢流阀7的第二控制端7d的压力。其中，控制调压阀12的设定压力略低于第一溢流阀7的设定压力(排油控制阀的排油压力)，该设置使得在液压缸2受大载荷冲击第二工作腔压力快速增加时，可以及时打开排油控制阀，因此能够防止液压缸2受大载荷冲击时提升力激增，以有效保证钻进的稳定性。

在上述自动恒压进给的过程中，第一压力传感器9对第一工作腔的压力进行实时监控，第二压力传感器10对第二工作腔的压力进行实时监测。控制装置19根据上述实时监测的压力值对调压阀12的控制端的作用力以及第二溢流阀8的第一控制端8c的作用力进行实时计算自动调节，从而调节调压阀12的设定压力和第二溢流阀8的设定压力，进而调节第一溢流阀7的设定压力。

操作者可以通过破岩力无级设定部21精确设定破岩力，充分发挥刀具及整机的性能，有效保证钻机的寿命并提高施工效率。

如图4所示，为实现钻进控制系统的实时动态监控及操作便利性，本实施例的钻进控制系统还包括与控制装置19耦合的显示器27。显示器27显示钻进控制系统的工作状态。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (27)

1.一种钻进控制系统，其特征在于，所述钻进控制系统包括液压系统，所述液压系统包括：

变量泵(1)；

液压执行元件，所述液压执行元件包括第一工作腔和第二工作腔；

进油控制阀，所述变量泵(1)的泵出口通过所述进油控制阀与所述液压执行元件的第一工作腔和第二工作腔分别连接，所述进油控制阀控制所述泵出口可选择地向所述第一工作腔和所述第二工作腔中的一个进油；

通断控制阀(4)，所述通断控制阀(4)包括第一油口和第二油口，所述通断控制阀(4)的第一油口与所述第一工作腔连接，所述通断控制阀(4)的第二油口与所述第二工作腔连接，所述通断控制阀(4)控制其第一油口与第二油口的通断以控制所述第一工作腔与所述第二工作腔的通断；

排油控制阀，所述排油控制阀的进油口与所述通断控制阀(4)的第二油口连接，所述排油控制阀的出油口与排油连接并控制所述液压执行元件在排油压力下排油，所述排油压力可调节地设置。

2.根据权利要求1所述的钻进控制系统，其特征在于，所述进油控制阀包括第一控制阀(3)，所述第一控制阀(3)包括第一油口、第二油口和第三油口，所述第一油口与所述泵出口连接，所述第二油口与所述第一工作腔连接，所述第三油口与所述第二工作腔连接，所述第一控制阀(3)具有第一工作位置和第二工作位置，在所述第一控制阀(3)的第一工作位置其第一油口与第二油口连通；在所述第一控制阀(3)的第二工作位置其第一油口与第三油口连通。

3.根据权利要求2所述的钻进控制系统，其特征在于，所述进油控制阀还包括第一单向阀(5)，所述第一单向阀(5)设于所述第一控制阀(3)与所述第一工作腔之间，控制油液从第一控制阀(3)流向所述第一工作腔；和/或，所述进油控制阀还包括第二单向阀(6)，所述第二单向阀(6)设于所述第一控制阀(3)与所述第二工作腔之间，控制油液从所述第一控制阀(3)流向所述第二工作腔。

4.根据权利要求1所述的钻进控制系统，其特征在于，所述排油控制阀包括第一溢流阀(7)，所述第一溢流阀(7)包括进油口(7a)、出油口(7b)、第一控制端(7c)和第二控制端(7d)，所述第一溢流阀的进油口(7a)与所述第一控制端(7c)彼此连接，所述第一溢流阀(7)的进油口(7a)与所述排油控制阀的进油口连接，所述第一溢流阀(7)的出油口(7b)与所述排油控制阀的出油口连接，所述第一溢流阀(7)通过比较其第一控制端(7c)与第二控制端(7d)的作用力来控制所述第一溢流阀(7)是否排油，所述第一溢流阀(7)的所述第一控制端(7c)和/或所述第一溢流阀(7)的所述第二控制端(7d)的作用力可调节地设置以使得所述排油控制阀的排油压力可调节。

5.根据权利要求4所述的钻进控制系统，其特征在于，所述排油控制阀还包括第一阻尼孔(M)，所述第一溢流阀(7)的进油口(7a)通过所述第一阻尼孔(M)与其第二控制端(7d)彼此连接。

6.根据权利要求4所述的钻进控制系统，其特征在于，所述排油控制阀还包括压力设定阀，所述压力设定阀控制所述第一溢流阀(7)的第二控制端(7d)的作用力。

7.根据权利要求6所述的钻进控制系统，其特征在于，所述压力设定阀包括第二溢流阀(8)，所述第二溢流阀(8)包括进油口(8a)、出油口(8b)、第一控制端(8c)和第二控制端(8d)，所述第二溢流阀的进油口(8a)分别与其第一控制端(8c)和所述第一溢流阀(7)的第二控制端(7d)连接，所述第二溢流阀的出油口(8b)与所述第一溢流阀的出油口(7b)连接，所述第二溢流阀(8)通过比较其第一控制端(8c)与第二控制端(8d)的作用力来控制所述第二溢流阀(8)是否排油，所述第二溢流阀(8)的所述第一控制端(8c)和/或所述第二溢流阀(8)的第二控制端(8d)的作用力可调节地设置以使得所述第一溢流阀(7)的第二控制端(7d)的作用力可调节。

8.根据权利要求7所述的钻进控制系统，其特征在于，所述第二溢流阀(8)的所述第一控制端(8c)包括电磁控制部，所述电磁控制部用于改变所述第二溢流阀(8)的第一控制端(8c)的作用力。

9.根据权利要求7所述的钻进控制系统，其特征在于，所述排油控制阀还包括第二阻尼孔(N)，所述第二阻尼孔(N)设于所述第一溢流阀(7)的第二控制端(7d)与所述第二溢流阀(8)的进油口(8a)以及与所述第二溢流阀(8)的第一控制端(8c)之间的油路上。

10.根据权利要求6所述的钻进控制系统，其特征在于，所述变量泵(1)还包括调压阀(12)，所述调压阀(12)能够控制所述变量泵(1)的泵出口的压力。

11.根据权利要求10所述的钻进控制系统，其特征在于，所述液压系统还包括第一压力传感器(9)和第二压力传感器(10)，所述第一压力传感器(9)用于检测所述第一工作腔的压力，所述第二压力传感器(10)用于检测所述第二工作腔的压力。

12.根据权利要求11所述的钻进控制系统，其特征在于，所述钻进控制系统包括控制装置(19)，所述控制装置(19)分别与所述调压阀(12)、所述压力设定阀、所述第一压力传感器(9)和所述第二压力传感器(10)耦合，并根据所述第一压力传感器(9)和所述第二压力传感器(10)测得的压力值和破岩力目标值自动调节所述调压阀(12)设定压力和所述压力设定阀的设定压力。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的钻进控制系统，其特征在于，所述钻进控制系统包括控制装置(19)，所述控制装置(19)分别与所述变量泵(1)、所述进油控制阀、所述通断控制阀(4)和所述排油控制阀耦合，所述控制装置(19)分别控制所述变量泵(1)、所述进油控制阀、所述通断控制阀(4)和所述排油控制阀动作。

14.根据权利要求13所述的钻进控制系统，其特征在于，所述钻进控制系统包括操作台(20)，所述操作台(20)包括与所述控制装置(19)耦合的至少一个操作部，所述控制装置(19)根据所述至少一个操作部发出的操作信号对所述液压系统进行控制。

15.根据权利要求14所述的钻进控制系统，其特征在于，所述至少一个操作部包括工作模式选择部(26)，所述工作模式选择部(26)用于向所述控制装置(19)发送第一工作模式信号或第二工作模式信号，所述控制装置(19)接收到所述第一工作模式信号后控制所述液压系统进入第一工作模式，所述控制装置(19)接收到所述第二工作模式信号后控制所述液压系统进入第二工作模式。

16.根据权利要求15所述的钻进控制系统，其特征在于，所述第一工作模式包括控制所述液压系统进入快速动作状态。

17.根据权利要求16所述的钻进控制系统，其特征在于，所述至少一个操作部还包括快速动作部(25)，所述快速动作部(25)用于在所述液压系统处于所述第一工作模式时向所述控制装置(19)发送快速动作信号，所述控制装置(19)接收所述快速动作信号后控制所述液压系统进入快速动作状态，在所述快速动作状态所述液压执行元件执行快速动作。

18.根据权利要求17所述的钻进控制系统，其特征在于，所述快速动作状态包括快速提升状态和快速下放状态，所述至少一个操作部还包括提升下放选择部(24)，所述提升下放选择部(24)用于向所述控制装置(19)发送提升信号或下放信号，其中，所述控制装置(19)在所述快速动作状态下接收所述提升信号后控制所述液压系统进入所述快速提升状态，在所述快速提升状态所述液压执行元件执行快速提升动作；所述控制装置(19)在所述快速动作状态下接收所述下放信号后控制所述液压系统进入所述快速下放状态，在所述快速下放状态所述液压执行元件执行快速下放动作。

19.根据权利要求18所述的钻进控制系统，其特征在于，所述提升下放选择部(24)还用于向所述控制装置(19)发送开度信号，其中，在所述快速动作状态，所述控制装置(19)接收所述开度信号后控制所述液压系统的所述变量泵(1)的泵出口的排量以控制所述液压执行元件的动作速度。

20.根据权利要求15所述的钻进控制系统，其特征在于，所述第二工作模式包括控制所述液压系统进入自动恒压进给状态。

21.根据权利要求20所述的钻进控制系统，其特征在于，所述自动恒压进给状态包括导孔恒压进给状态和扩孔恒压进给状态，所述至少一个操作部还包括导孔扩孔选择部(23)和提升下放选择部(24)，所述导孔扩孔选择部(23)用于向所述控制装置(19)发送导孔信号或扩孔信号，所述提升下放选择部(24)用于向所述控制装置(19)发送提升信号或下放信号，所述控制装置(19)接收来自所述导孔扩孔选择部(23)的所述导孔信号和所述提升下放选择部(24)的下放信号后控制所述液压系统进入所述导孔恒压进给状态，所述控制装置(19)接收来自所述导孔扩孔选择部(23)的所述扩孔信号和所述提升下放选择部(24)的提升信号后控制所述液压系统进入所述扩孔恒压进给状态。

22.根据权利要求21所述的钻进控制系统，其特征在于，所述至少一个操作部还包括破岩力无级设定部(21)，所述破岩力无级设定部(21)用于设定导孔恒压进给状态破岩力目标值和扩孔恒压进给状态破岩力目标值。

23.根据权利要求22所述的钻进控制系统，其特征在于，所述至少一个操作部还包括称重控制部(22)，所述称重控制部(22)用于向所述控制装置(19)发送称重信号，所述控制装置(19)接收所述称重信号后控制所述液压系统进入称重状态并获取称重值，所述称重值包括导孔恒压进给状态称重值和扩孔恒压进给状态称重值。

24.根据权利要求22所述的钻进控制系统，其特征在于，

所述导孔恒压进给状态包括导孔加压钻进状态和导孔减压钻进状态，所述控制装置(19)根据所述导孔恒压进给状态称重值与所述导孔恒压进给状态破岩力目标值来控制所述液压系统进入所述导孔加压钻进状态或者进入所述导孔减压钻进状态。

25.根据权利要求24所述的钻进控制系统，其特征在于，所述液压系统包括第一压力传感器(9)和第二压力传感器(10)，所述第一压力传感器(9)用于检测所述第一工作腔的压力，所述第二压力传感器(10)用于检测所述第二工作腔的压力，所述控制装置(19)还分别与所述第一压力传感器(9)和第二压力传感器(10)耦合，在所述液压系统处于所述导孔恒压进给状态时，所述控制装置(19)根据所述第一压力传感器(9)和所述第二压力传感器(10)测得的压力值和所述导孔恒压进给状态破岩力目标值控制所述变量泵(1)的泵出口的压力和所述排油控制阀的排油压力；和/或，在所述液压系统处于所述扩孔恒压进给状态时，所述控制装置(19)根据所述第一压力传感器(9)和所述第二压力传感器(10)测得的压力值和所述扩孔恒压进给状态破岩力目标值控制所述变量泵(1)的泵出口的压力和所述排油控制阀的排油压力。

26.根据权利要求13所述的钻进控制系统，其特征在于，所述钻进控制系统还包括与所述控制装置(19)耦合的显示器(27)，所述显示器(27)能够显示所述钻进控制系统的工作状态。

27.一种钻机，其特征在于，包括如权利要求1至26中任一项所述的钻进控制系统。