CN108035930A - 基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统，包括动力头、刹车装置、主液控换向阀Ⅰ、主液控换向阀Ⅱ和液控单向阀Ⅰ，主液控换向阀Ⅰ、主液控换向阀Ⅱ的先导控制油路采用由辅液控换向阀Ⅰ、辅液控换向阀Ⅱ、辅液控换向阀Ⅲ、液控单向阀Ⅱ组成的逻辑控制结构。通过将先导控制油路设计成逻辑控制结构，即：刹车状态操作动力头旋转控制手柄时，动力头主轴不旋转，操作无效；解锁状态操作动力头旋转控制手柄时，动力头主轴旋转，操作有效。从根本上解决因频繁误操作造成的刹车“打滑”、孔底马达弯头方向改变，进而导致刹车可靠性低、钻孔定向精度差的问题，避免人为误操作的影响，保证刹车装置工作的可靠性和定向钻孔轨迹的精确性，使得实际钻孔轨迹钻至预先设计的最优层位，保障瓦斯最佳抽采效果。

Description

基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统
技术领域
本发明属于机械设计领域，应用于煤矿井下钻孔施工的定向钻进技术及装备，具体涉及一种基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统。
背景技术
定向钻机配套孔底马达及随钻测量系统可实现长距离钻孔时精确导向，使钻孔轨迹沿设计轨迹定向钻进，以达到高效抽采瓦斯的目的，是当前井下瓦斯抽采治理最先进的一种钻孔技术及装备。其原理为：在定向钻进时，刹车装置锁紧动力头主轴(刹车状态)，高压水驱动孔底马达旋转破碎岩石，此时动力头禁止旋转；在纠偏时，刹车装置松开动力头主轴(解锁状态)，此时可操作动力头旋转调整孔底马达弯头方向。可是，目前煤矿井下实际操作过程中存在频繁的误操作，在刹车状态下操作动力头旋转，造成刹车轴和卡瓦磨损加剧，导致刹车“打滑”、孔底马达弯头方向改变，严重影响刹车装置工作的可靠性和定向钻孔轨迹的精确性。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统，以解决因频繁误操作造成的刹车“打滑”、孔底马达弯头方向改变，进而导致刹车可靠性低、钻孔定向精度差的问题，大幅提高刹车轴和卡瓦的使用寿命，保证刹车装置工作的可靠性和定向钻孔轨迹的精确性，使得实际钻孔轨迹到达预先设计的最优层位，保障瓦斯最佳抽采效果。
为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统，包括动力头、刹车装置、用于控制动力头正转与反转的主液控换向阀Ⅰ、用于控制刹车装置刹车与解锁的主液控换向阀Ⅱ以及设于刹车装置与主液控换向阀Ⅱ间的液控单向阀Ⅰ，所述主液控换向阀Ⅰ和主液控换向阀Ⅱ的先导控制油路采用逻辑控制结构，所述逻辑控制结构由辅液控换向阀Ⅰ、辅液控换向阀Ⅱ、辅液控换向阀Ⅲ、液控单向阀Ⅱ组成，所述先导控制油路的控油口ZC与主液控换向阀Ⅰ的一侧弹簧腔通过辅液控换向阀Ⅰ连接、控油口FC与主液控换向阀Ⅰ的另一侧弹簧腔通过辅液控换向阀Ⅱ连接、控油口SC与主液控换向阀Ⅱ的一侧弹簧腔连接、控油口JC与主液控换向阀Ⅱ的另一侧弹簧腔连接、供油口PC与辅液控换向阀Ⅰ和辅液控换向阀Ⅱ的液控口X通过辅液控换向阀Ⅲ连接；辅液控换向阀Ⅰ、辅液控换向阀Ⅱ、辅液控换向阀Ⅲ的液控口X均通过液控单向阀Ⅱ连接于控油口SC；液控单向阀Ⅱ的外控口、辅液控换向阀Ⅲ的弹簧腔均连接于控油口JC；辅液控换向阀Ⅰ、辅液控换向阀Ⅱ、辅液控换向阀Ⅲ的弹簧腔均接回油箱TC。
采用上述方案，本液压系统中，在刹车先导控制油路的控油口SC(刹车状态)接通时，控油口SC通过液控单向阀Ⅱ进入辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ的液控口X，在液压力的作用下，辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ换向(右位)，此时正、反转的主液控换向阀Ⅰ的先导控制油路的控油口ZC、控油口FC被切断，控油口SC断开后，液控单向阀Ⅱ反向截止保压，始终保持辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ工作在右位。为避免因液控单向阀Ⅱ反向保压泄漏造成正、反转的主液控换向阀Ⅰ的先导控制油路的控油口ZC、控油口FC切断失效，控油口SC通过液控单向阀Ⅱ进入辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ的液控口X的同时也进入辅液控换向阀Ⅲ的液控口X，使辅液控换向阀Ⅲ换向(右位)，此时先导控制油路的供油口Pc与辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的控制口X接通，保证液压系统持续给辅液控换向阀Ⅰ和Ⅱ的液控口X供油，确保互锁的可靠性。
采用上述方案，本液压系统中，在刹车先导控制油路的控油口JC(解锁状态)接通时，控油口JC进入液控单向阀Ⅱ的外控口，液控单向阀Ⅱ反向打开，辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ的液控口X卸压，在复位弹簧的弹簧力作用下，辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ换向(左位)，此时正、反转的主液控换向阀Ⅰ的先导控制油路的控油口ZC、控油口FC接通，控油口JC断开后，液控单向阀Ⅱ反向截止，弹簧力始终保持辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ工作在左位。为避免因液控单向阀Ⅱ失效造成辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的液控口X无法卸压，控油口JC进入液控单向阀Ⅱ的外控口的同时也进入辅液控换向阀Ⅲ的弹簧腔，使辅液控换向阀Ⅲ换向(左位)，此时先导控制油路的供油口Pc与辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的液控口X被切断，辅液控换向阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的液控口X压力通过辅液控换向阀Ⅲ的弹簧腔卸压。
进一步，所述主液控换向阀Ⅰ、主液控换向阀Ⅱ为三位四通液控换向阀。
进一步，所述辅液控换向阀Ⅰ、辅液控换向阀Ⅱ、辅液控换向阀Ⅲ为二位三通液控换向阀。
进一步，所述先导控制油路为低压油路，其油压为2-3MPa。
本发明的有益效果是：
1、本发明液压系统从原理上解决了因误操作导致刹车“打滑”、孔底马达弯头方向改变的问题，大幅提高了刹车轴和卡瓦的使用寿命，保证了刹车装置的可靠性。同时确保定向钻进过程中孔底马达弯头方向保持不变，保证了定向钻孔轨迹的精确性，使得实际钻孔轨迹到达预先设计的最优层位，保障瓦斯最佳抽采效果。
2、本发明液压系统的技术方案结构简单，可方便集成于原液压控制系统中。同时，由于先导控制油路为低压油路(2.5MPa)，因而其控制安全可靠。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统的工作原理图；其中，双点线框中表示逻辑控制结构。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1，附图中的元件标号分别表示：1-动力头、2-主液控换向阀Ⅰ、3-主液控换向阀Ⅱ、4液控单向阀Ⅰ、5-刹车装置、6-辅液控换向阀Ⅰ、7-辅液控换向阀Ⅱ、8-辅液控换向阀Ⅲ、9-液控单向阀Ⅱ。
实施例基本如附图所示：本实施例提供的基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统，包括动力头1、刹车装置5、用于控制动力头1正转与反转的主液控换向阀Ⅰ2、用于控制刹车装置5刹车与解锁的主液控换向阀Ⅱ3以及设于刹车装置5与主液控换向阀Ⅱ3间的液控单向阀Ⅰ4，主液控换向阀Ⅰ2和主液控换向阀Ⅱ3的先导控制油路采用由辅液控换向阀Ⅰ6、辅液控换向阀Ⅱ7、辅液控换向阀Ⅲ8、液控单向阀Ⅱ9组成的逻辑控制结构，其中，动力头1的正、反转以及刹车装置5的解锁、刹车都是通过先导控制油路控制主液控换向阀Ⅰ2、Ⅱ3实现的，先导控制油路的通断则是通过操作对应的手柄实现；先导控制油路的控油口ZC与主液控换向阀Ⅰ2的一侧弹簧腔通过辅液控换向阀Ⅰ6连接、控油口FC与主液控换向阀Ⅰ2的另一侧弹簧腔通过辅液控换向阀Ⅱ7连接、控油口SC与主液控换向阀Ⅱ3的一侧弹簧腔连接、控油口JC与主液控换向阀Ⅱ3的另一侧弹簧腔连接、供油口PC与辅液控换向阀Ⅰ6和辅液控换向阀Ⅱ7的液控口X通过辅液控换向阀Ⅲ8连接；即：辅液控换向阀Ⅰ6与Ⅱ7分别用于切断动力头1正/反转先导控制油路，辅液控换向阀Ⅲ8用于持续给辅液控换向阀Ⅰ6和Ⅱ7的液控口X供油，保证逻辑互锁的可靠性，液控单向阀Ⅱ9用于切断辅液控换向阀Ⅰ6、Ⅱ、Ⅲ8的控制油；将刹车先导控制油路的控油口SC(刹车状态)通过液控单向阀Ⅱ9引入液控换向阀Ⅰ6、Ⅱ7、Ⅲ8的液控口X，将刹车先导控制油路的控油口JC(解锁状态)引入液控单向阀Ⅱ9的外控口和辅液控换向阀Ⅲ8的弹簧腔，辅液控换向阀Ⅰ6、辅液控换向阀Ⅱ7、辅液控换向阀Ⅲ8的弹簧腔均接回油箱TC。
具体的，动力头1工作原理：操作动力头控制手柄至“正转”或“反转”位时，控油口ZC或FC持续供油，主液控换向阀Ⅰ2换向，动力头1旋转(正转或反转)；动力头1控制手柄无动作时，控油口ZC和FC截断，此时主液控换向阀Ⅰ2保持在中位，动力头1不旋转。刹车装置5工作原理：刹车状态：操作刹车装置控制手柄至“刹车”位时，控油口SC通油，主液控换向阀Ⅱ3切换至左位，液压力克服刹车装置5弹簧力使动力头1主轴处于锁紧状态，然后松开控制手柄，手柄自动回到中位，控油口SC切断，主液控换向阀Ⅱ3回到中位，液控单向阀Ⅰ4反向截止保压保持刹车状态。解锁状态：操作刹车装置控制手柄至“解锁”位时，控油口JC通油，主液控换向阀Ⅱ3切换至右位，液控单向阀Ⅰ4反向打开，刹车装置5卸压，然后松开控制手柄，手柄自动回到中位，控油口JC切断，主液控换向阀Ⅱ3回到中位，刹车装置5在弹簧力作用下保持解锁状态。
基于逻辑控制下操作刹车装置控制手柄至“刹车”位时，控油口SC通过液控单向阀Ⅱ9进入辅液控换向阀Ⅰ6、Ⅱ7、Ⅲ8的液控口X，液压力克服辅液控换向阀弹簧力使其换向至右位，从而使动力头1正反转先导油路切断，控油口ZC、FC口卸压。然后松开控制手柄，控油口SC切断，液控单向阀Ⅱ9反向截止保持液控口X的控制压力。此时即使操作动力头控制手柄，动力头不旋转，动力头与刹车形成逻辑互锁,操作无效。为保证逻辑互锁可靠性，本发明设置辅液控换向阀Ⅲ8，供油口Pc持续供油始终保持液控口X的控制压力，保证液压系统持续给辅液控换向阀Ⅰ和Ⅱ的液控口X供油，确保互锁的可靠性。
基于逻辑控制下操作刹车装置控制手柄至“解锁”位时，控油口JC使液控单向阀Ⅱ9反向打开，辅液控换向阀Ⅰ6、Ⅱ7、Ⅲ8的液控口X卸压，辅液控换向阀Ⅰ6、Ⅱ7、Ⅲ8在复位弹簧的作用下换向至左位，动力头1正反转先导油路接通。然后松开控制手柄，控油口JC切断。此时操作动力头控制手柄，动力头旋转，操作有效。
本实施例中的主液控换向阀Ⅰ2、主液控换向阀Ⅱ3采用三位四通液控换向阀。
本实施例中的辅液控换向阀Ⅰ6、辅液控换向阀Ⅱ7、辅液控换向阀Ⅲ8采用二位三通液控换向阀。
本实施例中的先导控制油路为低压油路，其油压为2.5MPa，可满足使用条件。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统，包括动力头(1)、刹车装置(5)、用于控制动力头正转与反转的主液控换向阀Ⅰ(2)、用于控制刹车装置刹车与解锁的主液控换向阀Ⅱ(3)以及设于刹车装置与主液控换向阀Ⅱ间的液控单向阀Ⅰ(4)，其特征在于，所述主液控换向阀Ⅰ和主液控换向阀Ⅱ的先导控制油路采用逻辑控制结构，所述逻辑控制结构由辅液控换向阀Ⅰ(6)、辅液控换向阀Ⅱ(7)、辅液控换向阀Ⅲ(8)、液控单向阀Ⅱ(9)组成，所述先导控制油路的控油口ZC与主液控换向阀Ⅰ的一侧弹簧腔通过辅液控换向阀Ⅰ连接、控油口FC与主液控换向阀Ⅰ的另一侧弹簧腔通过辅液控换向阀Ⅱ连接、控油口SC与主液控换向阀Ⅱ的一侧弹簧腔连接、控油口JC与主液控换向阀Ⅱ的另一侧弹簧腔连接、供油口PC与辅液控换向阀Ⅰ和辅液控换向阀Ⅱ的液控口X通过辅液控换向阀Ⅲ连接；辅液控换向阀Ⅰ、辅液控换向阀Ⅱ、辅液控换向阀Ⅲ的液控口X均通过液控单向阀Ⅱ连接于控油口SC；液控单向阀Ⅱ的外控口、辅液控换向阀Ⅲ的弹簧腔均连接于控油口JC；辅液控换向阀Ⅰ、辅液控换向阀Ⅱ、辅液控换向阀Ⅲ的弹簧腔均接回油箱TC。
2.根据权利要求1所述的基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统，其特征在于，所述主液控换向阀Ⅰ、主液控换向阀Ⅱ为三位四通液控换向阀。
3.根据权利要求1所述的基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统，其特征在于，所述辅液控换向阀Ⅰ、辅液控换向阀Ⅱ、辅液控换向阀Ⅲ为二位三通液控换向阀。
4.根据权利要求1所述的基于逻辑控制的定向钻机动力头与刹车液压系统，其特征在于，所述先导控制油路为低压油路，其油压为2-3MPa。
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