CN107906084A - 凿岩机及其液压钻进控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种凿岩机的液压钻进控制系统，包括泵送装置、油箱、回转马达、推进油缸和冲击装置，回转换向阀的一个工作油口和回转马达的一个油口之间设置有节流阀，还包括顺序阀、液控换向阀和液控非平衡锥阀，液控非平衡锥阀的两个工作油口分别连通推进油缸的无杆腔和油箱，顺序阀能够根据其进油口处的压力变化控制液控换向阀切换推进油缸有杆腔和无杆腔的进油方向，同时控制液控非平衡锥阀通断状态以使推进油缸的无杆腔能够直接连通油箱。能够稳定高效地防止卡钎，增设了一个大通流能力的液控非平衡锥阀，降低推进油缸回退时无杆腔侧的背压值，提高系统响应速度。本发明还公开了一种包括上述液压钻进控制系统的凿岩机。

Description

凿岩机及其液压钻进控制系统
技术领域
本发明涉及凿岩设备领域，特别是涉及一种凿岩机的液压钻进控制系统。此外，本发明还涉及一种包括上述液压钻进控制系统的凿岩机。
背景技术
液压凿岩机是现代钻爆法隧道施工中的重要硬岩钻孔设备，由于具有凿岩速度快、凿岩功率大、施工效率高、噪声辐射小及易实现自动化等优点，占据了凿岩机市场的主导地位。液压凿岩机是一种旋转冲击式钻孔凿岩机，在进行凿岩作业时，凿岩机推进压力太小将产生空打，不但凿岩效率降低，凿岩机的使用寿命也将缩短；凿岩机推进压力太大时易使钎头偏离目标位置，同时也将加速钻头的磨损。此外，凿岩机驱动多根钻杆进行深长孔凿岩作业，岩石地质条件复杂多变，如质地不均、裂隙、溶岩等，岩石的力学非一致性易使钻头偏离钻孔目标轨迹，造成卡钎现象，同时，钻孔中的岩碴排出不畅也易卡钎，因此，卡钎现象出现的随机性较强。为满足多种岩石地质条件下的凿岩作业，凿岩机液压控制系统必须具备根据地质力学条件进行自动凿岩和防卡钎能力，特别应具备对将出现的卡钎情况提前预测及处理。
现有技术中冲击、推进系统的压力控制有极分立控制，不能根据负载连续变化系统工作参数，凿岩控制系统不能及时预测可能出现的卡钎、卡钻头、打入空洞、断层的情况预测，当其在地质连续性较差的地段钻进作业时易出现卡钎现象，凿岩钻孔效率较低。
因此，如何提供一种能够稳定高效防止卡钎且快速响应的液压钻进控制系统是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种凿岩机的液压钻进控制系统，能够稳定高效地防止卡钎，且响应速度快。本发明的另一目的是提供一种包括上述液压钻进控制系统的凿岩机，能够稳定高效地防止卡钎，且响应速度快。
为解决上述技术问题，本发明提供一种凿岩机的液压钻进控制系统，包括泵送装置、油箱、回转马达、推进油缸和冲击装置，所述泵送装置和所述油箱通过回转换向阀连通所述回转马达，通过推进换向阀连通所述推进油缸，所述回转换向阀的一个工作油口和所述回转马达的一个油口之间设置有节流阀，还包括顺序阀、液控换向阀和液控非平衡锥阀，所述顺序阀的进油口连通所述回转马达和所述节流阀之间的管路，所述顺序阀的工作油口同时连通所述液控换向阀的液控口和所述液控非平衡锥阀的液控口，所述液控换向阀的进油口和回油口分别连通所述推进换向阀的两个工作油口，所述液控换向阀的两个工作油口分别连通所述推进油缸的无杆腔和有杆腔，所述液控非平衡锥阀的两个工作油口分别连通所述推进油缸的无杆腔和所述油箱，所述顺序阀能够根据其进油口处的压力变化控制所述液控换向阀切换所述推进油缸有杆腔和无杆腔的进油方向，同时控制所述液控非平衡锥阀通断状态以使所述推进油缸的无杆腔能够直接连通所述油箱。
优选地，所述泵送装置和所述冲击装置之间设置有外控减压阀，还包括推进三通减压阀、高冲溢流阀和低冲溢流阀，所述推进三通减压阀的液控孔连通所述推进油缸无杆腔，所述推进三通减压阀的进油口和所述高冲溢流阀的进油口同时连通所述外控减压阀的液控口，所述推进三通减压阀的工作油口连通所述低冲溢流阀的进油口，所述推进三通减压阀的回油口、所述高冲溢流阀的回油口和所述低冲溢流阀的回油口同时连通所述油箱。
优选地，所述泵送装置和所述冲击装置之间还设置有冲击控制阀。
优选地，所述液控换向阀的液控口处设置有节流器。
优选地，所述回转换向阀具体为三位四通电磁换向阀，所述推进换向阀具体为三位四通电磁换向阀，所述顺序阀具体为二位三通液控换向阀，所述液控换向阀具体为二位四通液控换向阀。
优选地，所述推进油缸有杆腔的油口处设置有单向节流阀。
优选地，所述泵送装置出口处设置有泵送单向阀和泵送三通减压阀。
优选地，所述泵送装置包括液压泵和负载敏感阀。
优选地，所述负载敏感阀的控制口连通二位三通换向阀的一个工作油口，所述二位三通换向阀的另两个工作油口分别连通所述油箱和控压溢流阀。
本发明提供一种凿岩机，包括液压钻进控制系统，所述液压钻进控制系统具体为上述任意一项所述的液压钻进控制系统。
本发明提供一种凿岩机的液压钻进控制系统，包括泵送装置、油箱、回转马达、推进油缸和冲击装置，泵送装置和油箱通过回转换向阀连通回转马达，通过推进换向阀连通推进油缸，回转换向阀的一个工作油口和回转马达的一个油口之间设置有节流阀，还包括顺序阀、液控换向阀和液控非平衡锥阀，顺序阀的进油口连通回转马达和节流阀之间的管路，顺序阀的工作油口同时连通液控换向阀的液控口和液控非平衡锥阀的液控口，液控换向阀的进油口和回油口分别连通推进换向阀的两个工作油口，液控换向阀的两个工作油口分别连通推进油缸的无杆腔和有杆腔，液控非平衡锥阀的两个工作油口分别连通推进油缸的无杆腔和油箱，顺序阀能够根据其进油口处的压力变化控制液控换向阀切换推进油缸有杆腔和无杆腔的进油方向，同时控制液控非平衡锥阀通断状态以使推进油缸的无杆腔能够直接连通油箱。
利用回转马达处节流阀节流时产生的压力差来预防卡钎现象，即使回转马达转速快接近于零时，通过使顺序阀打开，控制推进换向阀进行换向，使推进油缸回退，能够稳定高效地防止卡钎，增设了一个大通流能力的液控非平衡锥阀，降低推进油缸回退时无杆腔侧的背压值，提高系统响应速度。
本发明还提供一种包括上述液压钻进控制系统的凿岩机，由于上述液压钻进控制系统具有上述技术效果，上述凿岩机也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
附图说明
图1为本发明所提供的液压钻进控制系统的一种具体实施方式的液压原理图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种凿岩机的液压钻进控制系统，能够稳定高效地防止卡钎，且响应速度快。本发明的另一核心是提供一种包括上述液压钻进控制系统的凿岩机，能够稳定高效地防止卡钎，且响应速度快。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供的液压钻进控制系统的一种具体实施方式的液压原理图。
本发明具体实施方式提供的一种凿岩机的液压钻进控制系统，包括泵送装置1、油箱、回转马达7、推进油缸21和冲击装置19，泵送装置1和油箱通过回转换向阀9连通回转马达7，通过推进换向阀10连通推进油缸21，回转换向阀9的一个工作油口和回转马达7的一个油口之间设置有节流阀8，还包括顺序阀15、液控换向阀17和液控非平衡锥阀18，顺序阀15的进油口连通回转马达7和节流阀8之间的管路，顺序阀15的工作油口同时连通液控换向阀17的液控口和液控非平衡锥阀18的液控口，液控换向阀17的进油口和回油口分别连通推进换向阀10的两个工作油口，液控换向阀17的两个工作油口分别连通推进油缸21的无杆腔和有杆腔，液控非平衡锥阀18的两个工作油口分别连通推进油缸21的无杆腔和油箱，顺序阀15能够根据其进油口处的压力变化控制液控换向阀17切换推进油缸21有杆腔和无杆腔的进油方向，同时控制液控非平衡锥阀18通断状态以使推进油缸21的无杆腔能够直接连通油箱。
泵送装置1和冲击装置19之间设置有外控减压阀11，还包括推进三通减压阀12、高冲溢流阀13和低冲溢流阀14，推进三通减压阀12的液控孔连通推进油缸21无杆腔，推进三通减压阀12的进油口和高冲溢流阀13的进油口同时连通外控减压阀11的液控口，推进三通减压阀12的工作油口连通低冲溢流阀14的进油口，推进三通减压阀12的回油口、高冲溢流阀13的回油口和低冲溢流阀14的回油口同时连通油箱。
还可在泵送装置1和冲击装置19之间还设置有冲击控制阀6，液控换向阀17的液控口处设置有节流器16。推进油缸21有杆腔的油口处设置有单向节流阀20，泵送装置1出口处设置有泵送单向阀2和泵送三通减压阀3。
具体地，回转换向阀9具体为三位四通电磁换向阀，推进换向阀10具体为三位四通电磁换向阀，顺序阀15具体为二位三通液控换向阀17，液控换向阀17具体为二位四通液控换向阀。
在上述各具体实施方式提供的液压钻进控制系统的基础上，泵送装置1包括液压泵和负载敏感阀。负载敏感阀的控制口连通二位三通换向阀4的一个工作油口，二位三通换向阀4的另两个工作油口分别连通油箱和控压溢流阀5。
其中液压泵1为带压力切断、恒功率的变量泵，液压泵1先导控制部分中负载敏感阀的x控制口连接二位三通换向阀4的4-2口，二位三通换向阀4的4-1口与溢流阀5的5-p口连接，二位三通换向阀4的4-3口与溢流阀5的5-t口连接并通向油箱，液压泵1的1-p口连接到单向阀2的2-1口；单向阀2的2-2口分别连接到推进系统中三通减压阀3的3-p口、回转子系统三位四通换向阀9的9-p口和冲击子系统中二位二通换向阀6的6-1口。
凿岩机钻进控制系统的动力油源子系统中二位三通换向阀4起到压力加载的作用，当液压泵1启动时，二位三通换向阀4处于断电状态，此时，液压泵1先导控制油口x直接连通油缸，压力较低，当液压马达正常运转以后，给二位三通换向阀4通电，使液压泵1先导控制油口x经二位三通换向阀4后与溢流阀5的进口5-p相连，液压泵1按溢流阀5设定的压力输出压力油。
凿岩机钻进控制系统的动力回转子系统，其中三位四通换向阀9的9-p口和9-t口分别连接动力油源子系统中单向阀2的2-2口和油箱，三位四通换向阀9的9-a口和9-b口分别连接凿岩机回转马达7的7-2口和节流阀8的8-1口，节流阀8的8-2口连接到凿岩机回转马达7的7-1口。
凿岩机钻进控制系统的推进子系统，其中三通减压阀3的3-t口连接油箱，三通减压阀3的3-a口连接三位四通换向阀10的10-p口，三位四通换向阀10的10-t口连接油箱，三位四通换向阀10的10-a口和10-b口分别与二位四通液控换向阀17的17-p口和17-t口相连，二位四通液控换向阀17的17-a口和17-b口分别连接推进油缸21的21-a口和单向节流阀20的20-1口，单向节流阀20的20-2口连接到推进油缸21的21-b口；顺序阀15的15-p口与回转子系统中的节流阀8的8-2口相连，顺序阀15的15-t口连接油箱,顺序阀15的15-a口分别与节流阀16的16-1口和液控非平衡锥阀18的18-3口相连，节流阀16的16-2口连接液控二位四通换向阀17先导口17-c口；液控非平衡锥阀18的18-1口口与冲击子系统中外控冲压阀12的先导口12-a口一起连接推进油缸21的无杆腔。
正常凿岩钻孔时回转子系统中油液将从回转马达7的7-1口流向7-2口，位于上游的节流阀8在系统中起到将流量信息转换成压力信息的作用，回转马达的转速与流经的流量成比例关系，当凿岩机回转马达7以某一速度回转时，油液通过节流阀8后将在其上、下游部分形成压力差，随着回转速度的降低，流经回马达的油液流量减少，节流阀8前后压力差减小，在进口压力一定的情况下，回转马达7和节流阀8之间油液的压力随节流阀压力损失减小而增加，当压力超过顺序阀15的设定值时，顺序阀15被打开，压力油流向液控非平衡锥阀18和二位四通液控换向阀17的先导口，使得从液压泵1输出的压力油流经二位四通液控换向阀17和单向节流阀20后进入推进油缸21的有杆腔，使油缸活塞杆回退；活塞推动无杆腔中油液排出，油缸21两腔中面积差的缘故使得油缸无杆腔排出的油液流量远大于有杆腔，无杆腔侧油路中大流量液控非平衡锥阀18接通油箱后使得无杆腔油液排出时形成的背压小，提高了防卡钎响应速度。由于顺序阀15设定的压力小于凿岩机回转马达7停止回转时在其7-1口的压力值，使系统具有预测卡钎功能，有效地抑制了卡钎现象。
凿岩机钻进控制系统的冲击子系统，其中二位二通换向阀6的进口6-1连接动力油源子系统的单向阀2的出口2-2口，二位二通换向阀6的6-1口与控制系统冲击功率的外控减压阀11的11-p口相连，外控减压阀11的a口与凿岩机冲击器19的19-b口相连，凿岩机冲击器19的19-a口直接回油箱；外控减压阀11的先导c口分别连接高冲溢流阀13的13-p口和外控三通减压阀12的12-p口，外控三通减压阀12的12-a口连接低冲溢流阀14的14-p口，外控三通减压阀12的12-c口连接推进油缸21的无杆腔，外控三通减压阀12的12-t口、高冲溢流阀13的13-t口和低冲溢流阀14的14-t口相连并通向油箱。
凿岩机钻进控制系统冲击子系统中的外控减压阀12通过反馈推进油缸无杆腔侧的压力，使冲击压力跟随推进压力而变化，当推进油缸的推进压力较大时，从推进油缸接入减压阀12先导口的高压力使减压阀开度减小，由于节流作用使减压阀12的入口压力增加，冲击子系统的压力也相应增加，凿岩机处于高功率冲击状态工作；反之，当出现推进压力较小，冲击系统的压力也较随之降低；为限制最大冲击功率，冲击子系统的压力将在设定的高、低溢流压力值间变化，当减压阀12的入口12-p的设定压力大于高冲溢流阀13的设定压力时，油液将从13溢流出，起到保护冲击系统的作用。
本发明的一种凿岩钻进液压控制系统，其利用凿岩机回转马达子系统节流阀节流时产生的压力差来预防卡钎现象，即使回转马达转速快接近于零时，通过使顺序阀打开，控制推进子系统中的换向阀进行换向，使油缸回退，避免卡钎现象产生。由于推进子系统中液控换向阀的先导油路中起缓冲作用的节流阀限制了油液流速，降低了防卡钎响应的速度，如单纯利用液控换向阀进行换向防卡钎，某些突变载荷下系统还存在卡钎风险，而在推进子系统中油缸无杆腔回路中增设了一个大通流能力的液控非平衡锥阀，将降低油缸回退时推进油缸无杆腔侧的背压值，提高系统响应速度。此外，有杆腔侧回路中的单向节流阀使进入推进油缸有杆腔的油液可直接通过单向阀进入有杆腔，系统的响应速度也将随之提高，通过以上措施可更好地实现防卡钎效果。冲击子系统的功率跟随推进压力而变化，对空洞地层中可能出现卡钎现象同样具有较好的防卡钎作用，因此，本方案虽然结构简单，但却能达到很好的防卡钎效果，保护了凿岩机，提高了施工效率和经济效益。
除了上述液压钻进控制系统，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述液压钻进控制系统的凿岩机，该凿岩机其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本发明所提供的凿岩机及其液压钻进控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种凿岩机的液压钻进控制系统，包括泵送装置(1)、油箱、回转马达(7)、推进油缸(21)和冲击装置(19)，所述泵送装置(1)和所述油箱通过回转换向阀(9)连通所述回转马达(7)，通过推进换向阀(10)连通所述推进油缸(21)，其特征在于，所述回转换向阀(9)的一个工作油口和所述回转马达(7)的一个油口之间设置有节流阀(8)，还包括顺序阀(15)、液控换向阀(17)和液控非平衡锥阀(18)，所述顺序阀(15)的进油口连通所述回转马达(7)和所述节流阀(8)之间的管路，所述顺序阀(15)的工作油口同时连通所述液控换向阀(17)的液控口和所述液控非平衡锥阀(18)的液控口，所述液控换向阀(17)的进油口和回油口分别连通所述推进换向阀(10)的两个工作油口，所述液控换向阀(17)的两个工作油口分别连通所述推进油缸(21)的无杆腔和有杆腔，所述液控非平衡锥阀(18)的两个工作油口分别连通所述推进油缸(21)的无杆腔和所述油箱，所述顺序阀(15)能够根据其进油口处的压力变化控制所述液控换向阀(17)切换所述推进油缸(21)有杆腔和无杆腔的进油方向，同时控制所述液控非平衡锥阀(18)通断状态以使所述推进油缸(21)的无杆腔能够直接连通所述油箱。
2.根据权利要求1所述的液压钻进控制系统，其特征在于，所述泵送装置(1)和所述冲击装置(19)之间设置有外控减压阀(11)，还包括推进三通减压阀(12)、高冲溢流阀(13)和低冲溢流阀(14)，所述推进三通减压阀(12)的液控孔连通所述推进油缸(21)无杆腔，所述推进三通减压阀(12)的进油口和所述高冲溢流阀(13)的进油口同时连通所述外控减压阀(11)的液控口，所述推进三通减压阀(12)的工作油口连通所述低冲溢流阀(14)的进油口，所述推进三通减压阀(12)的回油口、所述高冲溢流阀(13)的回油口和所述低冲溢流阀(14)的回油口同时连通所述油箱。
3.根据权利要求2所述的液压钻进控制系统，其特征在于，所述泵送装置(1)和所述冲击装置(19)之间还设置有冲击控制阀(6)。
4.根据权利要求3所述的液压钻进控制系统，其特征在于，所述液控换向阀(17)的液控口处设置有节流器(16)。
5.根据权利要求4所述的液压钻进控制系统，其特征在于，所述回转换向阀(9)具体为三位四通电磁换向阀，所述推进换向阀(10)具体为三位四通电磁换向阀，所述顺序阀(15)具体为二位三通液控换向阀(17)，所述液控换向阀(17)具体为二位四通液控换向阀。
6.根据权利要求1所述的液压钻进控制系统，其特征在于，所述推进油缸(21)有杆腔的油口处设置有单向节流阀(20)。
7.根据权利要求1所述的液压钻进控制系统，其特征在于，所述泵送装置(1)出口处设置有泵送单向阀(2)和泵送三通减压阀(3)。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的液压钻进控制系统，其特征在于，所述泵送装置(1)包括液压泵和负载敏感阀。
9.根据权利要求8所述的液压钻进控制系统，其特征在于，所述负载敏感阀的控制口连通二位三通换向阀(4)的一个工作油口，所述二位三通换向阀(4)的另两个工作油口分别连通所述油箱和控压溢流阀(5)。
10.一种凿岩机，包括液压钻进控制系统，其特征在于，所述液压钻进控制系统具体为权利要求1至9任意一项所述的液压钻进控制系统。
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