CN106545536A - 缓冲补油阀、缓冲补油系统以及深井钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缓冲补油阀、缓冲补油系统以及深井钻机，其中缓冲补油阀包括阀体，阀体内并联连接有第一油路和第二油路，第一油路上设有第一梭阀，第一油路的两端和第二油路的两端均分别连接于待补油件的两侧，第一梭阀能够筛选出待补油件两侧较大的负载压力信号，并作为负载反馈信号进行反馈，以对待补油件的负载压力较大的一侧进行卸荷；第二油路上设有反向串联连接的第一单向阀和第二单向阀，以使得连接于第一单向阀和第二单向阀之间的补油机构能够为待补油件的负压侧进行补油。通过设置第一梭阀、第一单向阀和第二单向阀，可对负载压力较大一侧的卸荷，并在待补油件的一侧突然出现吸空现象时对负压侧进行补油，避免待补油件遭到损坏。

Description

缓冲补油阀、缓冲补油系统以及深井钻机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种缓冲补油阀、缓冲补油系统以及深井钻机。

背景技术

目前在深井钻机中，动力头作为关键部件，通常由液压马达驱动。工作原理主要为通过液压泵供油驱动液压马达工作，经减速机减速后，通过中心轴将动力传递至钻杆。但在地质情况发生变化、动力头急停或突然换向时，动力头马达会突然受到较大的压力冲击。具体地，在地质情况发生变化、动力头急停时，由于负载惯性大，易导致液压马达的腔内产生吸空现象，对马达造成损害；在井孔较深时，钻杆弹性变形严重，动力头停止，钻杆带动动力头反转，也会造成马达吸空，容易损坏马达。

为了克服上述问题，现有技术中采取的一种方案，如图1所示，具体为：包括油箱a1、主控制阀a2、缓冲补油阀a3、马达a4、补油管路a5、溢流阀a6、补油泵a7、主泵a8和发动机a9，主控制阀a2内设置有第一溢流阀a21、第一单向阀a22、换向阀a23、第一过载保护阀a24和第二过载保护阀a25，缓冲补油阀a3内采用一对缓冲溢流阀a33和a34以相反方向分别连接在动力头马达a4的两侧。当负载发生变化时，动力头马达受到压力冲击，马达一侧油路过载，相应的缓冲溢流阀打开，形成通路，使液压马达的进油和回油自行循环，从而使过载油路得到缓冲。当动力头急停或突然换向时，由于负载惯性大，马达一侧油路过载，通过上述缓冲溢流阀起到缓冲作用；当动力头突然停止时，由于负载惯性大、补油管路长，马达一侧产生负压，通过补油泵a7、溢流阀a6、缓冲补油阀a3中的单向阀a31和a32给负压侧补油；当井孔较深时，动力头停止，钻杆带动动力头反转时，马达4吸空，也可通过上述元件给负压侧补油。

上述技术方案存在以下三个方面的不足：

1、第一缓冲溢流阀a33和第二缓冲溢流阀a34设置压力高于动力头马达第一过载保护阀a24和第二过载保护阀a25，因此缓冲补油阀的打开条件为冲击压力高于第一缓冲溢流阀a33和第二缓冲溢流阀a34自身设定压力，动力头急停或换向时，只能对高压冲击起到缓冲作用，长期使用对马达造成很大损害；

2、当马达吸空时，通过定量补油泵和溢流阀进行补油，由于顶驱钻机特殊结构，补油管路较长，补油压力损失较大，且存在补油延迟情况；

3、在动力头马达不需补油时，补油溢流阀处于溢流状态，造成补油系统功率浪费。

发明内容

本发明的目的是提出一种缓冲补油阀、缓冲补油系统以及深井钻机，以减少待补油件的损害。

为实现上述目的，本发明提供了一种缓冲补油阀，包括阀体，所述阀体内并联连接有第一油路和第二油路，所述第一油路上设有第一梭阀，所述第一油路的两端和所述第二油路的两端均分别连接于待补油件的两侧，所述第一梭阀能够筛选出所述待补油件两侧较大的负载压力信号，并作为负载反馈信号进行反馈，以对所述待补油件的负载压力较大的一侧进行卸荷；所述第二油路上设有反向串联连接的第一单向阀和第二单向阀，以使得连接于所述第一单向阀和所述第二单向阀之间的补油机构能够为所述待补油件的负压侧进行补油。

为实现上述目的，本发明还提供了一种缓冲补油系统，包括上述的缓冲补油阀、补油机构和卸荷机构，所述缓冲补油阀中的第一单向阀和第二单向阀之间设有连接点，所述补油机构与所述连接点连接，用于为所述待补油件补油，所述卸荷机构与所述第一梭阀的出口连接，用于对所述待补油件的负载压力较大的一侧卸荷。

进一步地，所述补油机构和所述卸荷机构为同一蓄能器，所述蓄能器与所述第一梭阀的出口连接，以形成卸荷油路，所述蓄能器还与所述连接点连接，以形成补油油路。

进一步地，还包括开关阀，所述开关阀位于所述蓄能器与所述连接点之间，用于控制所述补油油路的通断。

进一步地，还包括主控制阀和第二梭阀，所述主控制阀用于控制为所述待补油件供油的供油油路的换向，所述第二梭阀用于筛选所述主控制阀内换向阀两侧的控制腔中较大的先导控制信号，并作为反馈信号反馈至所述开关阀，以使所述开关阀打开或关闭。

进一步地，还包括先导阀，所述先导阀的两个出油口分别与所述主控制阀内换向阀两侧的控制腔连通，用于控制所述换向阀的阀芯运动。

进一步地，所述蓄能器、所述开关阀和所述缓冲补油阀均安装在所述待补油件的安装架上。

进一步地，还包括针阀，所述针阀连接于所述蓄能器与所述开关阀之间，且位于所述蓄能器和所述第一梭阀之间，用于控制所述蓄能器的开口大小。

为实现上述目的，本发明还提供了一种深井钻机，包括上述的缓冲补油阀或者上述的缓冲补油系统。

进一步地，所述待补油件为马达，所述马达安装于动力头上，所述动力头安装于动力头安装滑架上。

基于上述技术方案，本发明的缓冲补油阀通过设置第一梭阀，可以筛选出待补油件两侧较大的负载压力信号，将该负载压力信号作为负载反馈信号反馈给相应部件，即可实现对负载压力较大一侧的卸荷，以避免待补油件一侧压力过大，对待补油件造成高压冲击，损害待补油件，这种通过筛选和反馈进行卸荷的方式较为直接，不需像现有技术中的缓冲补油阀那样达到某些限定条件才能卸荷，能够对待补油件高压侧进行实时反应，及时卸荷，从而最大程度地保护待补油件；本发明的缓冲补油阀还设有反向串联连接的第一单向阀和第二单向阀，能够在待补油件的一侧突然出现吸空现象时对负压侧进行补油，避免待补油件遭到损坏。

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为现有技术中补油系统的结构示意图。

图2为本发明缓冲补油阀一个实施例的结构示意图。

图3为本发明缓冲补油系统一个实施例的结构示意图。

图中：a1-油箱，a2-主控制阀，a21-第一溢流阀，a22-第一单向阀，a23-换向阀，a24-第一过载保护阀，a25-第二过载保护阀，a3-缓冲补油阀，a31-第二单向阀，a32-第三单向阀，a33-第一缓冲溢流阀，a34-第二缓冲溢流阀，a4-马达，a5-补油管路，a6-第二溢流阀，a7-补油泵，a8-主泵，a9-发动机；

1-油箱，2-主控制阀，21-第一溢流阀，22-第三单向阀，23-换向阀，24-第一过载保护阀，25-第二过载保护阀，3-缓冲补油阀，31-第一梭阀，32-第一单向阀，33-第二单向阀，4-马达，5-开关阀，6-针阀，7-蓄能器，8-先导阀，9-第二梭阀，10-主泵，11-发动机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图2所示，为本发明缓冲补油阀一个实施例的结构示意图。该实施例中，缓冲补油阀3包括阀体，所述阀体内并联连接有第一油路和第二油路，所述第一油路上设有第一梭阀31，所述第一油路的两端和所述第二油路的两端均分别连接于待补油件的两侧，所述第一梭阀31能够筛选出所述待补油件两侧较大的负载压力信号，并作为负载反馈信号进行反馈，以对所述待补油件的负载压力较大的一侧进行卸荷；所述第二油路上设有反向串联连接的第一单向阀32和第二单向阀33，以使得连接于所述第一单向阀32和所述第二单向阀33之间的补油机构能够为所述待补油件的负压侧进行补油。

上述缓冲补油阀通过设置第一梭阀，可以筛选出待补油件两侧较大的负载压力信号，将该负载压力信号作为负载反馈信号反馈给相应部件，即可实现对负载压力较大一侧的卸荷，以避免待补油件一侧压力过大，对待补油件造成高压冲击，损害待补油件，这种通过筛选和反馈进行卸荷的方式较为直接，不需像现有技术中的缓冲补油阀那样达到某些限定条件才能卸荷，能够对待补油件高压侧进行实时反应，及时卸荷，从而最大程度地保护待补油件；另外，缓冲补油阀还设有反向串联连接的第一单向阀和第二单向阀，能够在待补油件的一侧突然出现吸空现象时对负压侧进行补油，避免待补油件遭到损坏。

为了实现本发明的目的，本发明还提出一种缓冲补油系统，如图3所示，为本发明缓冲补油系统一个实施例的结构示意图。该实施例中，缓冲补油系统包括上述的缓冲补油阀3、补油机构和卸荷机构，所述缓冲补油阀中的第一单向阀32和第二单向阀33之间设有连接点H，所述补油机构与所述连接点H连接，用于为所述待补油件补油，所述卸荷机构与所述第一梭阀31的出口连接，用于对所述待补油件的负载压力较大的一侧卸荷。

如图3所示，待补油件可以为马达4，第一单向阀32的进油口与连接点H相连，第一单向阀32的出油口与马达4的左侧连接，第二单向阀33的进油口与连接点H相连，第二单向阀33的出油口与马达4的右侧连接，使得马达4两侧液压油并不能通过第一单向阀32和第二单向阀33，但可将补油机构中的液压油通过第一单向阀32和第二单向阀33补充到马达4中。

第一梭阀31所在的第一油路与第一单向阀32和第二单向阀33所在的第二油路相互并联，以使为马达4实现卸荷的油路与为马达4补油的油路之间不干涉。补油机构可以为专门的补油泵、补油油箱或者蓄能器等，卸荷机构可以为油箱、具有吸油或储油功能的器件或者比待补油件高压侧的压力低的低压油路，只要能够实现卸荷功能即可。

在一个优选的实施例中，所述补油机构和所述卸荷机构为同一蓄能器7，即补油机构和卸荷机构为同一部件，该蓄能器7既能在为待补油件卸荷时充当卸荷机构来吸收待补油件溢流出的多余液压油，还可吸收待补油件压力冲击，储存能量，又可以在为待补油件补油时充当补油机构为待补油件补油。蓄能器7将待补油件卸荷时多余的液压油收集，然后在待补油件需要补油时再将收集的液压油补充到待补油件中，不需单独增加补油油源，解决现有技术中补油泵一直工作的功率浪费问题，节省能源，节能效果较好。该蓄能器7可以为囊式蓄能器，囊式蓄能器可吸收压力冲击，对高压冲击和低压冲击都有很好的缓冲效果。具体地，所述蓄能器7与所述第一梭阀31的出口连接，以形成卸荷油路，所述蓄能器7还与所述连接点H连接，以形成补油油路。

为了实现对补油过程的控制，还可以在所述蓄能器7与所述连接点H之间设置开关阀5，以控制所述补油油路的通断，打开该开关阀5，补油油路连通，蓄能器7可为待补油件进行补油；关闭该开关阀5，补油油路截断，蓄能器7停止为待补油件补油。开关阀5的具体形式可以有较为灵活的选择，比如可以为手动开关阀，也可以为电磁换向阀，还可以为液控二位换向阀，只要能够实现其作用即可。如图3所示，开关阀5处于上位时，开关阀5由A向B导通；开关阀5处于下位时，开关阀5由A向B截止。

另外，缓冲补油系统还可以包括主控制阀2和第二梭阀9，所述主控制阀2用于控制为所述待补油件供油的供油油路的换向，所述第二梭阀9用于筛选所述主控制阀2内换向阀23两侧的控制腔中较大的先导控制信号，并作为反馈信号反馈至所述开关阀5，以使所述开关阀5打开或关闭。

具体地，如图3所示，主控制阀2可以包括第一溢流阀21、第三单向阀22、换向阀23、第一过载保护阀24和第二过载保护阀25。其中第一溢流阀21连接于主控制阀2阀体上的进油口P和出油口T之间，用于将进油口P的多余油量溢流回油箱1，另外，可通过发动机11带动主泵10将油箱1中的液压油泵入主油路上；第三单向阀2可防止主油路上液压油的倒流；换向阀23可以为三位六通换向阀，当阀芯处于中位时，主油路不通，液压油通过第一溢流阀21回油箱1，当阀芯处于左位时，主油路上的液压油可通过换向阀23进入马达4的左侧，当阀芯处于右位时，主油路上的液压油可通过换向阀23进入马达4的右侧；第一过载保护阀24和第二过载保护阀25分别用于对马达4两侧进行过载保护。当然，主控制阀2也可以采用电控换向阀。

对于换向阀23来说，两侧控制腔的压力大小决定了阀芯的工作位置，而阀芯的工作位置又可以决定主油路上的液压油供给马达4的哪一侧，因此利用第二梭阀9获取换向阀23两侧控制腔的压力，即可获得马达4的高压侧，然后将该信息反馈给开关阀5，即可通过开关阀5的开闭来实现对马达4补油油路的通断。

具体地，第二梭阀9的油口d可以通过主控制阀2上的油口a与换向阀23的右侧控制腔连通，第二梭阀9的油口e可以通过主控制阀2上的油口b与换向阀23的左侧控制腔连通，第二梭阀的出油口c可以与开关阀5的油口f连通。

为了便于操作，缓冲补油系统还可以包括先导阀8，所述先导阀8的两个出油口分别与所述主控制阀2内换向阀23两侧的控制腔连通，用于控制所述换向阀23的阀芯运动。如图3所示，先导阀8可以为先导控制手柄，先导阀8的进油口P与先导油源F连接，出油口T与油箱连接。先导阀8的左位与换向阀23的右位控制腔连通，先导阀8的右位与换向阀23的左位控制腔连通，当先导控制手柄的左位被按下时，换向阀23的阀芯向左运动，当先导控制手柄的右位被按下时，换向阀23的阀芯向右运动。当然，先导阀8也可以为电控手柄或者液控手柄。

在某些情况下，补油油路可能较长，补油压力损失较大，会出现补油延时情况，为了克服该问题，所述蓄能器7、所述开关阀5和所述缓冲补油阀3均安装在所述待补油件的安装架上，这样使得蓄能器7、开关阀5和缓冲补油阀3距离待补油件较近，进而缩短了补油油路的长度，可减少补油压力损失，避免出现补油延时现象。

另外，缓冲补油系统还可以包括针阀6，所述针阀6连接于所述蓄能器7与所述开关阀5之间，且位于所述蓄能器7和所述第一梭阀31之间，用于控制所述蓄能器7的开口大小。针阀6通过控制蓄能器7的开口大小，可控制缓冲补油的速度，防止补油速度太快造成待补油件的冲击，同时当囊式蓄能器7的气囊损坏时，关闭针阀6，可方便地更换气囊。

为实现本发明的目的，本发明还提出一种深井钻机，包括上述各实施例中的缓冲补油阀3或者上述各实施例中的缓冲补油系统。

在上述深井钻机中，所述待补油件为马达4，所述马达4安装于动力头上，所述动力头安装于动力头安装滑架上，蓄能器7、开关阀5和缓冲补油阀3可以均安装在动力头安装滑架上，这样就使得补油机构能够随着马达4一起运动，而无需设置较长距离的补油管路，减少补油管路产生的压力损失，使补油更及时。

下面结合附图3对本发明深井钻机一个实施例在不同工况下的补油过程进行详细说明：

在地质情况发生变化、动力头急停或突然换向时，动力头马达4会受到压力冲击，冲击压力油通过缓冲补油阀3中第一梭阀31进入到蓄能器7，通过蓄能器7的气囊吸收压力冲击。先导阀8的D口或E口输出压力，一方面控制主控制阀2的正常工作和换向，另一方面通过梭阀9的c口输出压力控制开关阀5，使其处于下位，开关阀5由A到B的通道关闭，由蓄能器7到缓冲补油阀3的S口的连接通道关闭，可避免冲击压力影响马达低压侧。

在动力头急停时，由于惯性大，动力头继续转动，马达4一侧产生压力冲击的同时，另一侧产生负压。先导阀8处于中位，其D口或E口无输出压力，梭阀9的c口无输出压力，开关阀5在弹簧力作用下处于上位，开关阀5由A向B导通，蓄能器7储存的压力油通过开关阀5，输送到缓冲补油阀3的S口，再通过第一单向阀32或第二单向阀33向低压侧补油。

在动力头正常停止时，若钻井孔较深，钻杆弹性变形严重，钻杆带动动力头反转，马达4的一侧吸空，先导阀8处于中位，主控制阀2处于中位，开关阀5在弹簧力作用下处于上位，开关阀5由A向B导通，蓄能器7储存的压力油通过开关阀5，输送到缓冲补油阀3的S口，再通过第一单向阀32或第二单向阀33向低压侧补油。

通过对本发明缓冲补油阀、缓冲补油系统以及深井钻机的多个实施例的说明，可以看到本发明缓冲补油阀、缓冲补油系统以及深井钻机实施例至少具有以下一种或多种优点：

1、在动力头停止或换向时，产生的压力冲击可通过蓄能器吸收，减少对马达造成的损害；

2、蓄能器、缓冲补油阀和开关阀安装在动力头安装滑架上，随动力头运动，有效减少补油管路长度，减少补油管路产生的压力损失，使补油更及时；

3、采用蓄能器吸收马达压力冲击，储存能量，利用冲击产生的能量对系统进行补油，节能效果较好。

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 (10)

1.一种缓冲补油阀(3)，其特征在于，包括阀体，所述阀体内并联连接有第一油路和第二油路，所述第一油路上设有第一梭阀(31)，所述第一油路的两端和所述第二油路的两端均分别连接于待补油件的两侧，所述第一梭阀(31)能够筛选出所述待补油件两侧较大的负载压力信号，并作为负载反馈信号进行反馈，以对所述待补油件的负载压力较大的一侧进行卸荷；所述第二油路上设有反向串联连接的第一单向阀(32)和第二单向阀(33)，以使得连接于所述第一单向阀(32)和所述第二单向阀(33)之间的补油机构能够为所述待补油件的负压侧进行补油。

2.一种缓冲补油系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的缓冲补油阀(3)、补油机构和卸荷机构，所述缓冲补油阀中的第一单向阀(32)和第二单向阀(33)之间设有连接点(H)，所述补油机构与所述连接点(H)连接，用于为所述待补油件补油，所述卸荷机构与所述第一梭阀(31)的出口连接，用于对所述待补油件的负载压力较大的一侧卸荷。

3.根据权利要求2所述的缓冲补油系统，其特征在于，所述补油机构和所述卸荷机构为同一蓄能器(7)，所述蓄能器(7)与所述第一梭阀(31)的出口连接，以形成卸荷油路，所述蓄能器(7)还与所述连接点(H)连接，以形成补油油路。

4.根据权利要求3所述的缓冲补油系统，其特征在于，还包括开关阀(5)，所述开关阀(5)位于所述蓄能器(7)与所述连接点(H)之间，用于控制所述补油油路的通断。

5.根据权利要求4所述的缓冲补油系统，其特征在于，还包括主控制阀(2)和第二梭阀(9)，所述主控制阀(2)用于控制为所述待补油件供油的供油油路的换向，所述第二梭阀(9)用于筛选所述主控制阀(2)内换向阀(23)两侧的控制腔中较大的先导控制信号，并作为反馈信号反馈至所述开关阀(5)，以使所述开关阀(5)打开或关闭。

6.根据权利要求5所述的缓冲补油系统，其特征在于，还包括先导阀(8)，所述先导阀(8)的两个出油口分别与所述主控制阀(2)内换向阀(23)两侧的控制腔连通，用于控制所述换向阀(23)的阀芯运动。

7.根据权利要求4所述的缓冲补油系统，其特征在于，所述蓄能器(7)、所述开关阀(5)和所述缓冲补油阀(3)均安装在所述待补油件的安装架上。

8.根据权利要求4所述的缓冲补油系统，其特征在于，还包括针阀(6)，所述针阀(6)连接于所述蓄能器(7)与所述开关阀(5)之间，且位于所述蓄能器(7)和所述第一梭阀(31)之间，用于控制所述蓄能器(7)的开口大小。

9.一种深井钻机，其特征在于，包括如权利要求1所述的缓冲补油阀(3)或者如权利要求2～8任一项所述的缓冲补油系统。

10.根据权利要求9所述的深井钻机，其特征在于，所述待补油件为马达(4)，所述马达(4)安装于动力头上，所述动力头安装于动力头安装滑架上。