CN109869362A - 用于模拟凿岩负载的液压系统和凿岩负载的模拟测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于模拟凿岩负载的液压系统和凿岩负载的模拟测试方法。该液压系统中，分别通过并列设置的模拟回转负载回路、模拟冲击负载回路和模拟推进负载回路实现，其中：泵源，其包括主泵源和补油泵源；模拟回转负载回路，其包括实现双向回转的双向马达以及与马达连接的桥式回路，桥式回路通过油路连接补油泵源；模拟冲击负载回路，其包括吸收凿岩台车的冲击能量的吸振缸，所述吸振缸通过油路连接主泵源；以及模拟推进负载回路，其包括模拟不同岩层的推进负载的液压缸，液压缸通过油路连接主泵源。该液压系统能替代水泥块或石料进行凿岩台车的出厂测试和参数调试，降低测试与调试成本，改善测试与调试环境，实现模拟负载的重复使用。

Description

用于模拟凿岩负载的液压系统和凿岩负载的模拟测试方法

技术领域

本发明涉及隧道凿岩测试及试验技术领域，特别涉及一种用于模拟凿岩负载的液压系统和凿岩负载的模拟测试方法。

背景技术

随着我国铁路隧道修建的需求量不断增长，工程设备的研发和生产不断地扩大，凿岩台车作为一种自动化机械化的设备，其产量也随之迅速增长，在建筑、矿山、采石、发电站等领域都有着广泛的应用。

凿岩台车下线后，通常需要进行出厂试验和参数调试工作。由于生产基地离矿山、巷道等施工现场较远，凿岩台车的出厂试验和参数调试，一般采用水泥块进行试钻孔和系统参数调试工作。每一台凿岩台车出厂时需要至少三块水泥块或石料，成本比较高，且不能重复使用。

截止目前，涉及负载模拟试验的装置多用于盾构、垃圾压缩、油缸等方面，但用于凿岩方面很少。专利CN204229221U凿岩台车钻进系统试验台，采用阻力油缸来控制推进阻力，回转制动装置来提供旋转制动扭矩。由于凿岩机冲击头直接作用于推进阻力油缸的活塞上，当凿岩机进行冲击回转运动时，将动力传递给阻力油缸使活塞杆在缸筒内同时做周向和轴向运动，活塞上的密封件在两个方向同时作用下极易损坏，可靠性差。此外，回转依靠制动器摩擦作用消耗动能，长时间作用需要考虑散热问题。

专利CN101776512A液压凿岩机可靠性试验平台利用液压弹簧缸或承冲液压凿岩机来顶紧待检测的液压凿岩机钎尾，整体起液压弹簧缸的作用。液压弹簧缸的反作用力比较大，这个反作用力通过钎杆传递到机体上，会对待测凿岩机有很大损害作用；而使用液压凿岩机来承受冲击，对两台凿岩机的损伤都比较大，试验成本会比较高。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种用于模拟凿岩负载的液压系统和凿岩负载的模拟测试方法，该液压系统能替代水泥块或石料进行凿岩台车的出厂测试和参数调试，不仅能更好地模拟凿岩台车凿岩的过程，还能降低测试与调试成本，改善测试与调试环境，实现模拟负载的重复使用。

为了实现以上发明目的，一方面，本发明提出了一种用于模拟凿岩负载的液压系统，包括：

模拟凿岩负载包括模拟回转负载、模拟冲击负载和模拟推进负载，并分别通过并列设置的模拟回转负载回路、模拟冲击负载回路和模拟推进负载回路实现，其中：

泵源，其包括主泵源和补油泵源；

模拟回转负载回路，其包括实现双向回转的双向马达以及与马达连接的桥式回路，桥式回路通过油路连接补油泵源；

模拟冲击负载回路，其包括吸收凿岩台车的冲击能量的吸振缸，所述吸振缸通过油路连接主泵源；以及

模拟推进负载回路，其包括模拟不同岩层的推进负载的液压缸，液压缸通过油路连接主泵源。

在一种实施方案中，所述桥式回路包括四个单向阀，其中的第一单向阀的进油口和第二单向阀的进油口连接补油泵源，第一单向阀的出油口和第二单向阀的出油口分别通过管路连接第三单向阀的进油口和第四单向阀的进油口，第三单向阀的出油口和第四单向阀的出油口汇合后通过第一溢流阀连接到油箱；双向马达一个油口连接第一单向阀的出油口和第三单向阀的进油口，双向马达另一个油口连接第二单向阀的出油口和第四单向阀的进油口。无论双向马达是正转还是反转，油液都可以从液压桥路进口流入，出口流出。

在一种实施方案中，第三单向阀的出油口和第四单向阀的出油口汇合后的管路上连接有测试回转负载的第一压力表以及与第一溢流阀并联设置的开关阀，所述开关阀出口连接油箱且处于常闭状态。

在一种实施方案中，所述吸振缸包括缸体、设在缸体上的两个进油口和三个出油口，两个进油口分别接静压支撑槽和吸振缸大腔，三个出油口分别接静压支撑出油口、吸振缸大腔出油口和吸振缸小腔出油口；小腔的油液通过内设单向阀从吸振缸大腔引入，大腔油液和小腔油液流动散热。

在一种实施方案中，所述主泵源的高压油经第一球阀、第一减压阀和第一阻尼进入吸振缸的大腔；所述主泵源的高压油经第二球阀进入吸振缸的静压支撑槽。

在一种实施方案中，在吸振缸内，吸振缸的大腔油液经过内置的单向阀流入小腔，小腔与小腔出油口之间设有小腔阻尼；小腔油液经小腔阻尼、小腔出油口后流向油箱。

在一种实施方案中，所述吸振缸大腔出油口连接第三球阀，所述第三球阀与油箱之间设有节流阀组，所述节流阀组由并联的节流阀通道与两条阻尼通道组成，通过调节所述节流阀组来调节吸振缸大腔的压力。

在一种实施方案中，吸振缸大腔的进油口并联有蓄能器补给通道，蓄能器内的油液经阻尼通道输连接到吸振缸大腔的进油口，且蓄能器的出口连接有第二溢流阀和第二压力表。

在一种实施方案中，主泵源的高压油液经第二减压阀、换向阀进入液压缸的有杆腔，液压缸的无杆腔与换向阀之间设有液控单向阀，液压缸的无杆腔与油箱之间连接有第三溢流阀。

另一方面，本发明还提出了一种凿岩负载的模拟方法，该方法包括：

将测试需要的岩石负载分离为回转负载、冲击负载和推进负载；

采用如前述的液压系统，分别通过模拟回转负载回路、模拟冲击负载回路和模拟推进负载回路来模拟三种负载；

通过三种负载加载的同时运作实现钻孔调试的模拟测试。

在一种实施方案中，测试回转负载时，将凿岩机的输出轴与双向马达连接，运行回转模拟测试；通过调节模拟回转负载回路中的第一溢流阀能够调整测试的回转负载大小。

在一种实施方案中，测试冲击负载时，运行冲击模拟测试，凿岩机输出的冲击力作用在吸振缸上；通过调节模拟冲击负载回路中的节流阀组调节吸振缸的大腔的压力。

在一种实施方案中，测试推进负载时，运行推进模拟测试，凿岩机输出轴连接液压缸；通过调节模拟推进负载回路中的第三溢流阀调节液压缸的压力。

其中，运行回转模拟测试包括启动液压系统中的模拟回转负载回路以及为了正常工作需要的其它模拟设备或测试设备。运行冲击模拟测试和运行推进模拟测试与运行回转模拟测试原理类似，也是启动相对应的回路和测试设备。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

在本发明中，该液压系统能替代水泥块或石料进行凿岩台车的出厂测试和参数调试，不仅能更好地模拟凿岩台车凿岩回转、冲击和推进的过程，由于冲击能量等均被液压系统吸收，不会造成测试设备的破坏，因而还能降低测试与调试成本。同时由于不存在破碎水泥块等，不会增加粉尘等，可以改善测试与调试环境。在测试结束后，只需要将测试系统中需要复位的设备复位，就能实现模拟负载的重复使用。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的用于模拟凿岩负载的液压系统的其中一种实施例的结构示意图。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

发明人在发明过程中注意到，由于凿岩台车的生产基地离矿山、巷道等施工现场较远，凿岩台车的出厂试验和参数调试，一般采用水泥块进行试钻孔和系统参数调试工作。每一台凿岩台车出厂时需要至少三块水泥块或石料，成本比较高，且不能重复使用。

针对以上不足，本发明的实施例提出了一种用于模拟凿岩负载的液压系统，该液压系统替代水泥块或石料进行凿岩台车的出厂测试和参数调试，不仅能更好地模拟凿岩台车凿岩的过程，还能降低测试与调试成本，改善测试与调试环境，实现模拟负载的重复使用，下面进行详细说明。

图1显示了本发明的用于模拟凿岩负载的液压系统的其中一种实施例的结构示意图。在该实施例中，根据实际凿岩时的岩石受到的负载包括凿岩台车作用在岩石上的回转负载、冲击负载和推进负载，因而模拟凿岩负载主要包括通过模拟回转负载、模拟冲击负载和模拟推进负载来替代岩石或测试的水泥块，分别通过并列设置的模拟回转负载回路、模拟冲击负载回路和模拟推进负载回路来分别实现对这三种凿岩负载的模拟。其中，本发明的用于模拟凿岩负载的液压系统主要包括：泵源(其包括补油泵源H1和主泵源H2)、模拟回转负载回路、模拟冲击负载回路和模拟推进负载回路。其中，模拟回转负载回路包括能与待测试的凿岩台车连接实现双向回转的双向马达1以及与马达1连接的桥式回路2。桥式回路2通过油路连接补油泵源H1。模拟冲击负载回路包括能与待测试的凿岩台车连接并吸收凿岩台车的冲击能量的吸振缸7，吸振缸7通过油路连接主泵源H2。模拟推进负载回路包括能与待测试的凿岩台车连接并模拟不同岩层的推进负载的液压缸16。液压缸16通过油路连接主泵源H2。

在一个实施例中，如图1所示，桥式回路2包括四个单向阀，其中的第一单向阀的进油口和第二单向阀的进油口连接补油泵源H1的输出端。左侧的第一单向阀的出油口通过管路连接第三单向阀的进油口，右侧的第二单向阀的出油口连接第四单向阀的进油口。第三单向阀的出油口和第四单向阀的出油口汇合后通过第一溢流阀4连接到油箱3。双向马达1的其中一个油口连接第一单向阀的出油口和第三单向阀的进油口，双向马达1的另一个油口连接第二单向阀的出油口和第四单向阀的进油口。因而，无论双向马达1是正转还是反转，油液都可以从液压桥式回路2的进口流入，出口流出。

在一个实施例中，如图1所示，第三单向阀的出油口和第四单向阀的出油口汇合后的管路上连接有测试回转负载的第一压力表5以及与第一溢流阀4并列设置的开关阀8。开关阀8的出口连接油箱且处于常闭状态，油液经过第一溢流阀4回油箱，通过调节第一溢流阀4来实现改变回转负载的目的。当凿岩机钻杆回退时，开关阀8打开，油液直接回油箱，双向马达1不起加载作用。

在一个实施例中，如图1所示，吸振缸7包括缸体、缸体上设置的两个进油口和三个出油口。两个进油口分别接缸体上的静压支撑槽和吸振缸大腔，三个出油口分别接静压支撑出油口、吸振缸大腔出油口和吸振缸小腔出油口。小腔的油液通过内设单向阀从吸振缸大腔引入，大腔油液和小腔油液流动散热。

在一个实施例中，如图1所示，主泵源H2的高压油经第一球阀、第一减压阀和第一阻尼进入吸振缸7的大腔。补油泵源H1的高压油经第二球阀12进入吸振缸7的静压支撑槽。

在一个实施例中，如图1所示，在吸振缸7内，吸振缸7的大腔油液经过内置的单向阀流入小腔。小腔与小腔出油口之间设有小腔阻尼。小腔油液经小腔阻尼、小腔出油口后流向油箱。

在一个实施例中，如图1所示，吸振缸大腔出油口连接第三球阀，第三球阀与油箱之间设有节流阀组11。该节流阀组11由并联的节流阀通道与两条阻尼通道组成，通过调节该节流阀组11来调节吸振缸大腔的压力。

在一个实施例中，如图1所示，吸振缸大腔的进油口并联有蓄能器补给通道，该蓄能器补给通道开启时，补油泵源H1的高压油液经过球阀、第一减压阀和阻尼通道10补给到蓄能器9。蓄能器9内的油液经阻尼通道10输送到吸振缸大腔的进油口，且蓄能器9的出口连接有第二溢流阀和第二压力表，第二溢流阀所在通道并联有常闭截止阀8。

在一个实施例中，如图1所示，主泵源H2的高压油液经第二减压阀13、换向阀14进入液压缸16的有杆腔。液压缸16的无杆腔与换向阀14之间设有液控单向阀15，液压缸16的无杆腔与油箱之间连接有第三溢流阀。液压缸16的无杆腔出口连接有第三压力表。

另一方面，本发明还提出了一种凿岩负载模拟方法，该方法包括以下步骤：

将测试需要的岩石负载进行分离为回转负载、冲击负载和推进负载；

采用如前述的液压系统，分别通过模拟回转负载回路、模拟冲击负载回路和模拟推进负载回路来模拟三种负载；

通过三种负载加载的同时运作实现钻孔调试的模拟测试。

在一个实施例中，测试回转负载时，将凿岩机的输出轴与双向马达1连接，运行回转模拟测试。通过调节模拟回转负载回路中的第一溢流阀4能够调整测试的回转负载大小。

在一个实施例中，测试冲击负载时，运行冲击模拟测试，凿岩机输出的冲击力作用在吸振缸7上。通过调节模拟冲击负载回路中的节流阀组11调节吸振缸7的大腔的压力。

在一个实施例中，测试推进负载时，运行推进模拟测试，凿岩机输出轴连接液压缸16。通过调节模拟推进负载回路中的第三溢流阀调节液压缸16的压力。

其中，运行回转模拟测试包括启动液压系统中的模拟回转负载回路以及为了正常工作需要的其它模拟设备或测试设备。运行冲击模拟测试和运行推进模拟测试与运行回转模拟测试原理类似，也是启动相对应的回路和测试设备。以上模拟负载的过程中，受到的冲击作用力被吸振缸7吸收，并通过被动方式体现在模拟冲击负载回路的油液压力上。冲击产生的热量被油液吸收并通过油液流动方式实现热量转移。推进作用力被液压缸16吸收，并通过被动方式体现在对应的回路油液上。从而实现模拟负载可用于适应不同类型的凿岩机的出厂测试和参数调试，而且可以重复使用。从而大大降低测试成本、改善测试环境。另外，由于模拟了回转、冲击和推进三方面，更接近实际工况，测试结果也更有价值。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于模拟凿岩负载的液压系统，其特征在于，模拟凿岩负载包括模拟回转负载、模拟冲击负载和模拟推进负载，并分别通过并列设置的模拟回转负载回路、模拟冲击负载回路和模拟推进负载回路实现，其中：

泵源，其包括主泵源和补油泵源；

模拟回转负载回路，其包括实现双向回转的双向马达以及与马达连接的桥式回路，桥式回路通过油路连接补油泵源；

模拟冲击负载回路，其包括吸收凿岩台车的冲击能量的吸振缸，所述吸振缸通过油路连接主泵源；以及

模拟推进负载回路，其包括模拟不同岩层的推进负载的液压缸，液压缸通过油路连接主泵源。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述桥式回路包括四个单向阀，其中的第一单向阀的进油口和第二单向阀的进油口连接补油泵源，第一单向阀的出油口和第二单向阀的出油口分别通过管路连接第三单向阀的进油口和第四单向阀的进油口，第三单向阀的出油口和第四单向阀的出油口汇合后通过第一溢流阀连接到油箱；双向马达一个油口连接第一单向阀的出油口和第三单向阀的进油口，双向马达另一个油口连接第二单向阀的出油口和第四单向阀的进油口。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，第三单向阀的出油口和第四单向阀的出油口汇合后的管路上连接有测试回转负载的第一压力表以及与第一溢流阀并联设置的开关阀，所述开关阀出口连接油箱且处于常闭状态。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述吸振缸包括缸体、设在缸体上的两个进油口和三个出油口，两个进油口分别接静压支撑槽和吸振缸大腔，三个出油口分别接静压支撑出油口、吸振缸大腔出油口和吸振缸小腔出油口；小腔的油液通过内设单向阀从吸振缸大腔引入，大腔油液和小腔油液流动散热。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述主泵源的高压油经第一球阀、第一减压阀和第一阻尼进入吸振缸的大腔；所述主泵源的高压油经第二球阀进入吸振缸的静压支撑槽。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在吸振缸内，吸振缸的大腔油液经过内置的单向阀流入小腔，小腔与小腔出油口之间设有小腔阻尼；小腔油液经小腔阻尼、小腔出油口后流向油箱。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述吸振缸大腔出油口连接第三球阀，所述第三球阀与油箱之间设有节流阀组，所述节流阀组由并联的节流阀通道与两条阻尼通道组成，通过调节所述节流阀组来调节吸振缸大腔的压力。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，吸振缸大腔的进油口并联有蓄能器补给通道，蓄能器内的油液经阻尼通道输连接到吸振缸大腔的进油口，且蓄能器的出口连接有第二溢流阀和第二压力表。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，主泵源的高压油液经第二减压阀、换向阀进入液压缸的有杆腔，液压缸的无杆腔与换向阀之间设有液控单向阀，液压缸的无杆腔与油箱之间连接有第三溢流阀。

10.一种凿岩负载的模拟测试方法，其特征在于，

将测试需要的岩石负载分离为回转负载、冲击负载和推进负载；

采用如权利要求1至9中任一项所述的液压系统，分别通过模拟回转负载回路、模拟冲击负载回路和模拟推进负载回路来模拟三种负载；

通过三种负载加载的同时运作实现钻孔调试的模拟测试。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，测试回转负载时，将凿岩机的输出轴与双向马达连接，运行回转模拟测试；通过调节模拟回转负载回路中的第一溢流阀能够调整测试的回转负载大小。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，测试冲击负载时，运行冲击模拟测试，凿岩机输出的冲击力作用在吸振缸上；通过调节模拟冲击负载回路中的节流阀组调节吸振缸的大腔的压力。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，测试推进负载时，运行推进模拟测试，凿岩机输出轴连接液压缸；通过调节模拟推进负载回路中的第三溢流阀调节液压缸的压力。