CN110159249A - 一种凿岩机液压控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种凿岩机液压控制系统，包括：自适应钻进系统和自动换钎系统；自适应钻进系统包括油箱、第一过滤器、第一双联变量柱塞泵、负载敏感阀组、减压阀、冲击钎杆、推进油缸、第一平衡阀、液压马达、两位两通换向阀和控制手柄；自动换钎系统包括：第二双联变量柱塞泵、第二过滤器、下夹紧油缸、储钎机构油缸、钎杆抓手油缸、换钎机械手油缸、微调油缸。好处是：本发明由负载敏感变量泵和电液比例阀对系统进行闭环控制，可根据推进压力、工作转速和冲击压力之间的关系自动调整工作参数，实现轻冲击开孔、重冲击工作、防空打等功能；采用自动换钎系统通过传感器数据反馈，可完成钎杆拆卸、钎杆定位和钎杆安装等辅助作业工序，提高系统工作效率。

Description

一种凿岩机液压控制系统及方法
技术领域
本发明涉及液压领域，具体为一种凿岩机液压控制系统及方法。
背景技术
目前，凿岩机已经广泛应用于隧道开挖、矿山开采、地铁建设等各个领域，凿岩机工作可靠性和辅助作业时间直接决定了工作效率，比如遇到的卡钎、软硬岩石的突变、参数不匹配等原因导致钎杆使用寿命很低。虽然现在凿岩机产品种类繁多，但是大都采用人工手动换钎或者半自动换钎，由于人工操作经验不足和水平有限，换钎过程时间往往无法控制，且在工作过程中，由于人工操作经验不足和水平有限，换钎过程时间往往无法控制，且在工作过程中，遇到的卡钎、参数不匹配等原因导致钎杆使用寿命很低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种凿岩机液压控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出目前液压凿岩机不具有自动适应能力和无法自动换钎的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种凿岩机液压控制系统，其特征在于，包括：自适应钻进系统和自动换钎系统；
所述自适应钻进系统包括：油箱、第一过滤器、第一双联变量柱塞泵、负载敏感阀组、减压阀、冲击钎杆、推进油缸、第一平衡阀、液压马达、两位两通换向阀和控制手柄；油箱经过过滤器过滤与第一双联变量柱塞泵组相连，第一双联变量柱塞泵出油口接第一单向阀，负载敏感阀组进油口与第一单向阀出油口相连，所述负载敏感阀组中第一负载敏感阀、第二负载敏感阀和第三负载敏感阀的出油口分别与冲击钎杆、推进油缸和液压马达的进油口相连，负载敏感阀组的LS口与第一双联变量柱塞泵LS口连接，负载敏感阀组控制油口与控制手柄连接；控制手柄的三个手柄分别与负载敏感阀组的第一负载敏感阀、第二负载敏感阀和第三负载敏感阀控制端相连；
所述自动换钎系统包括：第二双联变量柱塞泵、第二过滤器、下夹紧油缸、储钎机构油缸、钎杆抓手油缸、换钎机械手油缸、微调油缸；每个油缸的进出油口分别与相应多个的第二平衡阀两端出口连接后，再由第二平衡阀分别与包括相应多个比例阀的比例阀组连接，所述比例阀组通过第二单向阀与第二双联变量柱塞泵的出油口相连，所述第二双联变量柱塞泵通过第二过滤器与油箱连接；所述第一双联变量柱塞泵和第二双联变量柱塞泵通过星型弹性联轴器与电机传动连接；
在冲击钎杆的进油路上设有减压阀，减压阀的卸压口连接至第一平衡阀的进油口，在推进油缸的控制阀端X与两位两通换向阀出油口相连，所述两位两通换向阀的控制油口与进油口二者相连。
本发明还包括：控制系统；所述控制系统包括：上位机控制的PLC控制单元，以及与PLC控制单元保持数据连接的装在推进油缸上的位移传感器、装在下夹紧油缸上的压力传感器、装在钎杆抓手油缸上的压力传感器、换钎机械手角度传感器和液压马达的角度传感器。
进一步地，包括a钻杆拆卸、b钎杆定位和c钻杆安装；
步骤a钎杆拆卸：
推进油缸动作到底部，完成冲击钻孔；
下夹紧油缸夹紧钎杆上端部；
然后液压马达反转，完成拆卸钎杆；
推进油缸缩回，等待安装新钎杆；
步骤b钎杆定位过程如下：
储钎机构油缸转动一个钎杆储存角度，准备新钎杆；
钎杆抓手油缸抓取钎杆；换钎机械手油缸摆动，钎杆对准定位；
通过控制系统手动微调；
步骤c钎杆安装过程如下：
推进油缸动作，液压马达正转，连接钎杆上端；
钎杆抓手油缸松开，换钎机械手油缸缩回；
推进油缸工作，液压马达正转，连接钎杆下端；
下夹紧油缸松开，完成钎杆安装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明由负载敏感变量泵和电液比例阀对系统进行闭环控制，可根据推进压力、工作转速和冲击压力之间的关系自动调整工作参数，实现轻冲击开孔、重冲击工作、防空打等功能；采用自动换钎系统通过传感器数据反馈，可完成钎杆拆卸、钎杆定位和钎杆安装等辅助作业工序，提高系统工作效率。
附图说明
图1为本发明的凿岩机液压控制系统原理图；
图2为本发明的凿岩机液压控制系统结构框图；
图3为本发明的凿岩机液压控制系统自动换钎流程图；
图4为本发明液压系统在凿岩机换钎工作中的示意图。
图中：1-油箱；2-过滤器；2.1-第一过滤器；2.2-第二过滤器；3-电机；4-星型弹性联轴器；5.1-第一双联变量柱塞泵；5.2-第二双联变量柱塞泵；6.1-第一单向阀；6.2-第二单向阀；7-负载敏感阀组；7.1-第一负载敏感阀；7.2-第二负载敏感阀；7.3-第三负载敏感阀；8-减压阀；9-冲击钎杆；10-推进油缸；11-第一平衡阀；12-液压马达；13-两位两通换向阀；14-控制手柄；15-下夹紧油缸；16-储钎机构油缸；17-钎杆抓手油缸；18-换钎机械手油缸；19-微调油缸；20-第二平衡阀；21-比例阀组。
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。基于本发明中的实施例，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。
图1、2、3和4所示，一种凿岩机液压控制系统，包括：自适应钻进系统和自动换钎系统；
所述自适应钻进系统包括：油箱1、第一过滤器2.1、第一双联变量柱塞泵5.1、负载敏感阀组7、减压阀8、冲击钎杆9、推进油缸10、第一平衡阀11、液压马达12、两位两通换向阀13和控制手柄14；油箱1经过过滤器2过滤与第一双联变量柱塞泵组5.1相连，第一双联变量柱塞泵5.1出油口接第一单向阀6.1，负载敏感阀组7进油口与第一单向阀6.1出油口相连，所述负载敏感阀组7中第一负载敏感阀7.1、第二负载敏感阀7.2和第三负载敏感阀7.3的出油口分别与冲击钎杆9、推进油缸10和液压马达12的进油口相连，负载敏感阀组7的LS口与第一双联变量柱塞泵5.1LS口连接，负载敏感阀组7控制油口与控制手柄14连接；控制手柄14的三个手柄分别与负载敏感阀组7的第一负载敏感阀7.1、第二负载敏感阀7.2和第三负载敏感阀7.3控制端相连。在冲击钎杆9的进油路上设有减压阀8，减压阀8的卸压口连接至第一平衡阀11的进油口，在推进油缸10的控制阀端X4与两位两通换向阀13出油口相连，所述两位两通换向阀13的控制油口与进油口二者相连。
自适应的工作原理：冲击钎杆9的冲击速度由电液比例阀组7的X5和X6口控制，冲击压力由减压阀8控制，减压阀8的出口压力由推进油缸10进油压力决定；正常钻进过程中，冲击压力有推进油缸10进油压力决定。凿软岩时，冲击钎杆9推动深度较大，使得推进油缸10的负载较轻，相应的推进油缸10本身就可以快速推进轻冲。在遇到较硬岩石时, 冲击钎杆9的推进深度较浅，会让推进油缸10的压力陡增，随之使得减压阀8的开度变较多大，更多的液压油进入第一平衡阀11中，然后整体降低推进油缸10的行程，实现重推重击功能；当凿岩过程遇到卡钎，液压马达12进油压力升高，达到两位两通换向阀13开启压力后，两位两通换向阀13的压力会作用到电液比例阀组7的控制口X4，实现推进油缸10的减速或者反向，直到卡钎结束，恢复正常工作。综上，减压阀8、冲击钎杆9、推进油缸10、第一平衡阀11、液压马达12和两位两通换向阀13的互相配合让液压凿岩机不仅具有轻推轻击，重推重击的功能；当卡钎时还具有让冲击钎杆9具有自动减速或反向的功能。
为了实现自动换钎系统，本发明还包括：第二双联变量柱塞泵5.2、第二过滤器2.2、下夹紧油缸15、储钎机构油缸16、钎杆抓手油缸17、换钎机械手油缸18、微调油缸19；每个油缸的进出油口分别与相应多个的第二平衡阀20两端出口连接后，再由第二平衡阀20分别与包括相应多个比例阀的比例阀组21连接，所述比例阀组21通过第二单向阀6.2与第二双联变量柱塞泵5.2的出油口相连，所述第二双联变量柱塞泵5.2通过第二过滤器2.2与油箱1连接；所述第一双联变量柱塞泵5.1和第二双联变量柱塞泵5.2通过星型弹性联轴器4与电机3传动连接。
该换钎的工作步骤包括a钻杆拆卸、b钎杆定位和c钻杆安装；
步骤a钎杆拆卸过程如下：推进油缸10动作到底部，完成冲击钻孔；下夹紧油缸15夹紧钎杆上端部；然后液压马达12反转，完成拆卸钎杆；推进油缸10缩回，等待安装新钎杆。
步骤b钎杆定位过程如下：储钎机构油缸16转动一个钎杆储存角度，一般钻杆存储机构一个圆周存储六根钻杆，所以可以设定60度是钎杆储存的角度，然后准备新钎杆；钎杆抓手油缸17抓取钎杆；换钎机械手油缸18摆动，钎杆对准定位；通过控制系统手动微调。
步骤c钎杆安装过程如下：推进油缸10动作，液压马达12正转，连接钎杆上端；钎杆抓手油缸17松开，换钎机械手油缸18缩回；推进油缸10工作，液压马达12正转，连接钎杆下端；下夹紧油缸15松开，完成钎杆安装。
为了自动化控制，本发明还包括：控制系统，所述控制系统包括：上位机控制的PLC控制单元，以及与PLC控制单元保持数据连接的装在推进油缸10上的位移传感器、装在下夹紧油缸15上的压力传感器、装在钎杆抓手油缸17上的压力传感器、换钎机械手角度传感器和液压马达12的角度传感器。
在自动化控制换钎过程中，步骤a、步骤b和步骤c中每步的结果可以通过屏幕及传感器检测是否拆卸完成，也可通过控制系统手动微调。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种凿岩机液压控制系统，其特征在于，包括：自适应钻进系统和自动换钎系统；
所述自适应钻进系统包括：油箱（1）、第一过滤器（2.1）、第一双联变量柱塞泵（5.1）、负载敏感阀组（7）、减压阀（8）、冲击钎杆（9）、推进油缸（10）、第一平衡阀（11）、液压马达（12）、两位两通换向阀（13）和控制手柄（14）；油箱（1）经过过滤器（2）过滤与第一双联变量柱塞泵组（5.1）相连，第一双联变量柱塞泵（5.1）出油口接第一单向阀（6.1），负载敏感阀组（7）进油口与第一单向阀（6.1）出油口相连，所述负载敏感阀组（7）中第一负载敏感阀（7.1）、第二负载敏感阀（7.2）和第三负载敏感阀（7.3）的出油口分别与冲击钎杆（9）、推进油缸（10）和液压马达（12）的进油口相连，负载敏感阀组（7）的LS口与第一双联变量柱塞泵（5.1）LS口连接，负载敏感阀组（7）控制油口与控制手柄（14）连接；控制手柄（14）的三个手柄分别与负载敏感阀组（7）的第一负载敏感阀（7.1）、第二负载敏感阀（7.2）和第三负载敏感阀（7.3）控制端相连；
所述自动换钎系统包括：第二双联变量柱塞泵（5.2）、第二过滤器（2.2）、下夹紧油缸（15）、储钎机构油缸（16）、钎杆抓手油缸（17）、换钎机械手油缸（18）、微调油缸（19）；每个油缸的进出油口分别与相应多个的第二平衡阀（20）两端出口连接后，再由第二平衡阀（20）分别与包括相应多个比例阀的比例阀组（21）连接，所述比例阀组（21）通过第二单向阀（6.2）与第二双联变量柱塞泵（5.2）的出油口相连，所述第二双联变量柱塞泵（5.2）通过第二过滤器（2.2）与油箱（1）连接；所述第一双联变量柱塞泵（5.1）和第二双联变量柱塞泵（5.2）通过星型弹性联轴器（4）与电机（3）传动连接；
在冲击钎杆（9）的进油路上设有减压阀（8），减压阀（8）的卸压口连接至第一平衡阀（11）的进油口，在推进油缸（10）的控制阀端X4与两位两通换向阀（13）出油口相连，所述两位两通换向阀（13）的控制油口与进油口二者相连。
2.根据权利要求1所述的凿岩机液压控制系统，其特征在于：还包括：控制系统，
所述控制系统包括：上位机控制的PLC控制单元，以及与PLC控制单元保持数据连接的装在推进油缸（10）上的位移传感器、装在下夹紧油缸（15）上的压力传感器、装在钎杆抓手油缸（17）上的压力传感器、换钎机械手角度传感器和液压马达（12）的角度传感器。
3.一种基于权利要求1凿岩机液压控制系统的控制方法，其特征在于：包括步骤a钻杆拆卸、步骤b钎杆定位和步骤c钻杆安装；
步骤a钎杆拆卸：
推进油缸（10）动作到底部，完成冲击钻孔；
下夹紧油缸（15）夹紧钎杆上端部；
然后液压马达（12）反转，完成拆卸钎杆；
推进油缸（10）缩回，等待安装新钎杆；
步骤b钎杆定位过程如下：
储钎机构油缸（16）转动一个钎杆储存角度，准备新钎杆；
钎杆抓手油缸（17）抓取钎杆；换钎机械手油缸（18）摆动，钎杆对准定位；
通过控制系统手动微调；
步骤c钎杆安装过程如下：
推进油缸（10）动作，液压马达（12）正转，连接钎杆上端；
钎杆抓手油缸（17）松开，换钎机械手油缸（18）缩回；
推进油缸（10）工作，液压马达（12）正转，连接钎杆下端；
下夹紧油缸（15）松开，完成钎杆安装。
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