CN110593770A - 一种钻机前顶装置、钻杆给进机构、液压系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻机前顶装置、钻杆给进机构、液压系统及控制方法，钻机用前顶装置，设置可伸缩嵌套连接的前顶组件和定位组件，定位组件将装置整体固定定位；前顶组件至少在一面形成安装位，前顶组件在端面设置顶块用于楔入固定。结构简单，操作灵活、便捷；夹持装置可根据使用要求前后移动，适用于不同长度的钻杆，工艺适应性强；当前顶装置伸出距离较长时时，扶正装置与夹持装置均可在相应油缸的作用下前后移动，形成两级扶正，提高钻孔精度及操作人员安全性。

Description

一种钻机前顶装置、钻杆给进机构、液压系统及控制方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下钻探技术领域，具体是一种钻机前顶装置、钻杆给进机构、液压系统及控制方法。

背景技术

目前我国大多数坑道钻机的扶正装置与夹持装置均固定在给进机构的前端，前顶机构可根据钻机与工作面的距离在油缸的作用下移动，从而保证打钻过程中给进机身的稳定。当钻机与工作面的距离较远时，前顶装置的伸长量较大，相应的钻杆伸出量也会增加，由于中间缺少必要的扶正装置在自身重力的作用下钻杆会自由下坠，造成开孔精度差，工人劳动的危险程度增加。且由于夹持装置固定，配套的钻杆长度也相对固定，当采用较长的钻杆施工时，往往只能从后端加卸钻杆，这就增加了拆卸水便的次数，延长了打钻辅助时间，降低了钻孔施工效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻机前顶装置、钻杆给进机构、液压系统及控制方法，结构简单、操作灵活、安全系数高、适应性强。

本发明采取的技术方案包括：

一种钻机用前顶装置，设置可伸缩嵌套连接的前顶组件和定位组件，定位组件将装置整体固定定位；前顶组件至少在一面形成安装位，前顶组件在端面设置顶块用于楔入固定。

可选的，所述的前顶组件至少包括形成平面的安装架，与安装架平行设置前顶杆。

可选的，安装架与前顶杆形成截面连线为三角形的构件。

可选的，在所述前顶装置的端部设置顶板，顶板上设置顶块。

可选的，所述的安装架为两个相互平行设置的杆体形成，所述杆体上设置安装槽。

可选的，所述的定位组件与所述的前顶组件插接配合，且在定位组件内和/或定位组件上设置油缸。

可选的，所述的定位组件设置定位板，定位板后设置形成平面的定位架和前顶油缸架，定位架和前顶油缸架均为空心的杆体，且在前顶油缸架内设置前顶油缸。

一种钻杆给进机构，包括给进机身，和安装在给进机身前端的钻机用前顶装置，所述的钻机用前顶装置为本公开所述的钻机用前顶装置。

可选的，所述的钻机用前顶装置设置可伸缩嵌套连接的前顶组件和定位组件；在所述的前顶组件上滑动设置扶正器和夹持器，在所述的给进机身上设置动力头。

一种钻杆给进机构的液压系统，用于控制所述的钻杆给进机构，所述的钻杆给进机构的液压系统包括：

给进夹持油路，设置第一油箱M1，第一油箱M1依次连接液压泵J和分流阀F，所述的分流阀F分别通过第一手动电磁换向阀B、第二手动电磁换向阀C与给进油缸A和夹持器调节油缸41的无杆腔连通；给进油缸A和夹持器调节油缸41的有杆腔分别通过第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C与背压阀K和第三油箱M3连通；

前顶扶正油路，第一油箱M1和液压泵J分别通过手动换向阀D和电磁换向阀E与前顶油缸23a和扶正器调节油缸31的无杆腔连通；前顶油缸23a和扶正器调节油缸31 的有杆腔分别通过手动换向阀D和电磁换向阀E和第三油箱M3连通。

一种钻杆给进机构的控制方法，所述的控制方法用于控制所述的钻杆给进机构的液压系统，包括控制器，控制器分别通过压力传感器与给进油缸A、夹持器调节油缸41、前顶油缸23a和扶正器调节油缸31连接，控制器分别与手动换向阀D、电磁换向阀E、第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C连接；

操作手动换向阀D使前顶油缸23a向外伸出，前顶油缸23a的压力传感器传送的压力值≥8kN且持续时间≥5s时，控制器给电磁换向阀32发出动作指令，电磁换向阀32 控制扶正器调节油缸31向前运动，连接扶正器调节油缸31的压力传感器传送的压力值≥6kN，持续时间≥5s时，电磁换向阀32自动复位；

给进油缸A缸径设定为夹持器调节油缸41缸径的1/2，连接夹持器调节油缸41的压力传感器发送给控制器的信号压力值≥16kN且持续时间≥5s时，控制器向第二手动电磁换向阀C发出复位指令，夹持器调节油缸41停止移动；连接给进油缸A的压力传感器发送给控制器的信号压力值≥8kN且持续时间≥5s时，控制器操作第一手动电磁换向阀B复位，给进油缸A停止移动。

一种钻杆给进机构的控制系统，所述的控制系统用于控制所述的钻杆给进机构的液压系统，包括控制器，控制器分别通过压力传感器与给进油缸A、夹持器调节油缸41、前顶油缸23a和扶正器调节油缸31连接，控制器分别与手动换向阀D、电磁换向阀E、第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C连接。

本发明的有益效果是：

前顶装置结构简单，操作灵活、便捷；夹持装置可根据使用要求前后移动，适用于不同长度的钻杆，工艺适宜性强；当前顶装置伸出时，扶正装置与夹持装置均可在相应油缸的作用下前后移动，形成两级扶正，钻孔精度高。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的钻机用前顶装置的结构示意图；

图2为图1中的前顶组件的结构示意图；

图3为图1中定位组件的结构示意图；

图4为钻杆给进机构的结构示意图；

图5为钻杆给进机构的液压系统示意图；

图6为钻杆给进机构的电控逻辑示意图；

图中标号及符号说明：

1-前顶组件、11-顶块、12-顶板、13-前顶杆、14-安装架、14a-安装槽、2-定位组件、21-定位板、22-定位架、23-前顶油缸架、23a-前顶油缸、3-扶正器、31-扶正器调节油缸、4-夹持器、41-夹持器调节油缸、5-钻杆、6-动力头、7-给进机身；

A-给进油缸、B-第一手动电磁换向阀、C-第二手动电磁换向阀、D-手动换向阀、E-电磁换向阀、F-分流阀、G-单向阀、H-安全阀、J-液压泵、K-背压阀、M1-第一油箱、 M2-第二油箱、M3-第三油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

结合图1-3，本发明的钻机用前顶装置，设置可伸缩嵌套连接的前顶组件1和定位组件2，定位组件2将装置整体固定定位；比如定位组件2通过螺栓与给进机身7固定连接；前顶组件1至少在一面形成安装位，比如可以用于安装扶正器3、夹持器4等钻机钻头上常用的机构，可使用长度更长的钻杆5，前顶组件1在端面设置顶块11用于楔入固定，比如可以楔入巷道侧帮或底板，在端部不易设置支撑机构的位置形成楔入支撑，给钻机机头提供更稳定的轴向支撑力。

在本公开的实施例中，前顶组件至少包括形成平面的安装架，与安装架平行设置前顶杆。前顶组价可以是截面连线为四边形、三角形等的框架结构，减轻整体架体的重量的同时，保证支撑、安装和提供径向力的各种要求；

在本公开的实施例中，安装架与前顶杆形成截面连线为三角形的构件。与前端的顶板连接配合形成稳定的三角形结构，更加稳定。

在本公开的实施例中，在前顶装置的端部设置顶板，顶板上设置顶块。比如，最好的顶块11呈等边三角形布置于顶板12上，通过后置螺母固定。

在本公开的实施例中，安装架14为两个相互平行设置的杆体形成，杆体上设置安装槽14a。比如安装架14为带槽矩形体，矩形体的上面及左右两面有长度相同矩形槽，即安装槽14a；施工过程中，可将后端加杆的方式改为中间加钻杆的方式，减少拆卸水便的次数缩短时间，提高钻孔效率。

在本公开的实施例中，定位组件2与前顶组件1插接配合，且在定位组件2内和/ 或定位组件2上设置油缸。比如前顶油缸23a内置于定位组件2的矩形框架体内，可使前顶组件1与定位组件2相对滑动，保证顶块11牢牢的固定在巷道侧帮上；

在本公开的实施例中，定位组件2设置定位板21，定位板21后设置形成平面的定位架22和前顶油缸架23，定位架22和前顶油缸架23均为空心的杆体，且在前顶油缸架23内设置前顶油缸23a，与前顶组件1一样，定位组件2上的定位板21连接定位架 22和前顶油缸架23也形成了三角形的构件，保证两者结构互配插接的同时，也具有稳定的结构。

结合图4，一种钻杆给进机构包括给进机身7，和安装在给进机身7前端的钻机用前顶装置，钻机用前顶装置为本公开的钻机用前顶装置。钻机用前顶装置设置可伸缩嵌套连接的前顶组件1和定位组件2；在前顶组件1上滑动设置扶正器3和夹持器4，在给进机身7上设置动力头6。扶正器3和夹持器4可以通过带滑轮、滑块等的结构安装在安装架14的安装槽14a内，然后通过相应的油缸扶正器调节油缸31和夹持器调节油缸41带动一起滑动；且扶正器3和夹持器4可以交换安装，位于前后都可以；扶正器调节油缸31一端连接扶正器3，另一端通过钢筒法兰固定于定位板21上，可与安装在定位架22内的夹持器调节油缸41的动作分开，避免相互干扰，同时节省空间，结构精简。

结合图5，一种钻杆给进机构的液压系统，钻杆给进机构的液压系统包括：

给进夹持油路，设置第一油箱M1，第一油箱M1依次连接液压泵J和分流阀F，所述的分流阀F分别通过第一手动电磁换向阀B、第二手动电磁换向阀C与给进油缸A和夹持器调节油缸41的无杆腔连通；给进油缸A和夹持器调节油缸41的有杆腔分别通过第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C与背压阀K和第三油箱M3连通；

前顶扶正油路，第一油箱M1和液压泵J分别通过手动换向阀D和电磁换向阀E与前顶油缸23a和扶正器调节油缸31的无杆腔连通；前顶油缸23a和扶正器调节油缸31 的有杆腔分别通过手动换向阀D和电磁换向阀E和第三油箱M3连通。在油路上还设置安全阀H和第二油箱M2，用于系统压力的过载保护。

工作时，液压泵J从第二油箱M2吸入低压油，输出高压油进入系统中，当换向阀均无操作时，系统的压力维持在安全阀H的设定压力21MPa。首先操作手动换向阀D的阀芯向左运动，液压油经换向阀的右位进入前顶油缸23a的无杆腔，油缸开始运动。当前顶油缸23a的压力值≥8kN且持续时间≥5s时，控制器会使电磁换向阀E的阀芯向左运动，此时液压油经电磁换向阀E的右位进入扶正调节油缸31无杆腔，扶正器3在扶正调节油缸31带动下向前运动。当连接扶正器调节油缸31的压力传感器传送的压力值≥6kN，持续时间≥5s时，控制器使电磁换向阀E回到中位，油缸运动停止。夹持器调节油缸41和给进油缸A的控制模式分为手动和自动两种，当采用手动模式时，可分别手动操作相应第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C，实现各自油缸的单独动作。当采用自动模式时，按压给进自动按钮，控制器会自动向第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C发出动作指令，阀芯均向左移动，换向阀的右位工作，从泵出来的液压油通过单向阀G、分流阀F进入给进油缸A和夹持器调节油缸41的无杆腔，回转器3和夹持器6在相应油缸的作用下向前移动。夹持器调节油缸41连接压力传感器，当压力传感器发送给控制器的压力值≥16kN且持续时间≥5s时，控制器向第二手动电磁换向阀C发出复位指令，夹持器调节油缸41停止移动。给进油缸A同样连接压力传感器，当压力传感器发送给控制器的压力值≥16kN且持续时间≥5s时，控制器会向第一第二手动电磁换向阀C发出复位指令，给进油缸A停止移动，与此控制器会发出给进自动按钮复位指令，给进自动复位。当夹持器调节油缸41和给进油缸A给进完成后，按压起拔自动按钮，夹持器调节油缸41和给进油缸A起拔回到初始位置，与此同时起拔自动按钮复位，过程与自动给进相反。此外，液压回路中回油口装有背压阀K，主要作用是为了防止液压缸在下降行程中活塞很快滑下。

如图5和6所示，钻杆给进机构的控制方法，给进油缸A由第一手动电磁换向阀B 控制，夹持器调节油缸41由第二手动电磁换向阀C控制，扶正器调节油缸31由电磁换向阀E控制，前顶油缸23a由手动换向阀D控制；钻杆给进机构的控制系统，控制系统用于控制所述的钻杆给进机构的液压系统，包括控制器，控制器分别通过压力传感器与给进油缸A、夹持器调节油缸41、前顶油缸23a和扶正器调节油缸31连接，控制器分别与手动换向阀D、电磁换向阀E、第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C连接。本发明使用的控制器可选用STW公司3XL型控制器。

操作手动换向阀D使前顶油缸23a向外伸出，当顶块11接触到巷道侧帮或底板，连接前顶油缸23a的压力传感器传送的压力值≥8kN且持续时间≥5s时，控制器给电磁换向阀32发出动作指令；电磁换向阀32控制扶正器调节油缸31向前运动，连接扶正器调节油缸31的压力传感器传送的压力值≥6kN，持续时间≥5s时，电磁换向阀E自动复位；操作人员判断，当前顶油缸23a伸出距离＞1000mm时，选用自动进给，控制器向第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C发出动作指令，液压油通过分流阀F后到达给进油缸A和夹持器调节油缸41；

给进油缸A缸径设定为夹持器调节油缸41缸径的1/2；连接夹持器调节油缸41的压力传感器发送给控制器的信号压力值≥16kN且持续时间≥5s时，控制器向第二手动电磁换向阀C发出复位指令，夹持器调节油缸41停止移动；连接给进油缸A的压力传感器发送给控制器的信号压力值≥8kN且持续时间≥5s时，控制器操作第一手动电磁换向阀B复位，给进油缸A停止移动。

当钻机与工作面的距离＞1000mm时，首先前顶装置中的前顶组件1在前顶油缸23a的作用下与定位组件2产生相对滑动，从而使顶块11牢牢的固定在巷道侧帮上，稳固钻机给进机身；然后扶正器3通过扶正座在扶正器调节油缸31的作用下向前移动，距离与开孔点的距离最小，最后根据回转器和扶正器3位置，确定夹持器4的位置，使其在两者之间起到再次扶正钻杆5的作用，这样扶正器3和夹持器4构成两级钻杆扶正，提高钻孔精度及操作人员的安全性。

当电磁换向阀E接到控制器的指令后，会使阀芯向左移动，泵的液压油通过换向阀的右位向扶正器调节油缸31的无杆腔进油，扶正器3在扶正器调节油缸31的带动下向前运动，连接在油缸上的压力传感器会实时向控制器发送信号，当运动到极限位置时，控制器检测到的压力值≥6kN且持续时间≥5s时，会使电磁换向阀E复位，扶正器调节油缸31停止运动。

夹持器调节油缸41和给进油缸A的控制模式分为手动和自动两种。当前顶油缸23a的伸出距离≤1000mm时，夹持器调节油缸41不需要向前移动，可采用手动模式控制给进油缸A的动作；当前顶油缸23a的伸出距离＞1000mm时，可采用自动模式控制给进油缸A和夹持器调节油缸41的联合动作。

给进油缸A和夹持器调节油缸41液压控制回路中，分流阀F的设定流量分配比例为1:1，从而保证进入给进油缸A和夹持器调节油缸41无杆腔的流量相同；且给进油缸 A缸径设定为夹持器调节油缸41缸径的1/2，所以在流量相同的情况下，给进油缸A的速度为夹持移动油缸速度的2倍，两者形成倍速关系。

当采用自动模式时，按压给进自动按钮，控制器会自动向第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C发出动作指令，阀芯均向左移动，换向阀的右位工作，从泵出来的液压油通过分流阀F进入给进油缸A和夹持器调节油缸41的无杆腔，动力头6和夹持器4在相应油缸的作用下向前移动。夹持器调节油缸41连接压力传感器，当压力传感器发送给控制器的压力值≥16kN且持续时间≥5s时，控制器向第二手动电磁换向阀C发出复位指令，夹持器调节油缸41停止移动。给进油缸A同样连接压力传感器，当压力传感器发送给控制器的压力值≥16kN且持续时间≥5s时，控制器会向第一手动电磁换向阀B发出复位指令，给进油缸A停止移动，与此控制器会发出给进自动按钮复位指令，给进自动复位。

当夹持器调节油缸41和给进油缸A给进完成后，按压起拔自动按钮，夹持器调节油缸41和给进油缸A起拔回到初始位置，与此同时起拔自动按钮复位，过程与自动给进相反。本发明的前顶装置结构简单，操作灵活、便捷；夹持装置可根据使用要求前后移动，适用于不同长度的钻杆，工艺适宜性强；当前顶装置伸出距离较长时时，扶正装置与夹持装置均可在相应油缸的作用下前后移动，形成两级扶正，提高钻孔精度。

以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实例作的任何简单修改、等同变化和修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种钻机用前顶装置，其特征在于，设置可伸缩嵌套连接的前顶组件(1)和定位组件(2)，定位组件(2)将装置整体固定定位；

前顶组件(1)至少在一面形成安装位，前顶组件(1)在端面设置顶块(11)用于楔入固定。

2.根据权利要求1所述的钻机用前顶装置，其特征在于，所述的前顶组件(1)至少包括形成平面的安装架(14)，与安装架(14)平行设置前顶杆(13)。

3.根据权利要求2所述的钻机用前顶装置，其特征在于，安装架(14)与前顶杆(13)形成截面连线为三角形的构件；所述的安装架(14)为两个相互平行设置的杆体形成，所述杆体上设置安装槽(14a)。

4.根据权利要求1、2或3所述的钻机用前顶装置，其特征在于，在所述前顶装置(1)的端部设置顶板(12)，顶板(12)上设置顶块(11)。

5.根据权利要求1、2或3所述的钻机用前顶装置，其特征在于，所述的定位组件(2)与所述的前顶组件(1)插接配合，且在定位组件(2)内和/或定位组件(2)上设置油缸。

6.根据权利要求5所述的钻机用前顶装置，其特征在于，所述的定位组件(2)设置定位板(21)，定位板(21)后设置形成平面的定位架(22)和前顶油缸架(23)，定位架(22)和前顶油缸架(23)均为空心的杆体，且在前顶油缸架(23)内设置前顶油缸(23a)。

7.一种钻杆给进机构，其特征在于，包括给进机身(7)，和安装在给进机身(7)前端的钻机用前顶装置，所述的钻机用前顶装置为权利要求1-6任一权利要求所述的钻机用前顶装置。

8.根据权利要求7所述的钻杆给进机构，其特征在于，所述的钻机用前顶装置设置可伸缩嵌套连接的前顶组件(1)和定位组件(2)；

在所述的前顶组件(1)上滑动设置扶正器(3)和夹持器(4)，在所述的给进机身(7)上设置动力头(6)。

9.一种钻杆给进机构的液压系统，其特征在于，用于控制权利要求7或8所述的钻杆给进机构，所述的钻杆给进机构的液压系统包括：

给进夹持油路，设置第一油箱M1，第一油箱M1依次连接液压泵J和分流阀F，所述的分流阀F分别通过第一手动电磁换向阀B、第二手动电磁换向阀C与给进油缸A和夹持器调节油缸41的无杆腔连通；给进油缸A和夹持器调节油缸41的有杆腔分别通过第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C与背压阀K和第三油箱M3连通；

前顶扶正油路，第一油箱M1和液压泵J分别通过手动换向阀D和电磁换向阀E与前顶油缸23a和扶正器调节油缸31的无杆腔连通；前顶油缸23a和扶正器调节油缸31的有杆腔分别通过手动换向阀D和电磁换向阀E和第三油箱M3连通。

10.一种钻杆给进机构的控制方法，其特征在于，所述的控制方法用于控制权利要求9所述的钻杆给进机构的液压系统，包括控制器，控制器分别通过压力传感器与给进油缸A、夹持器调节油缸41、前顶油缸23a和扶正器调节油缸31连接，控制器分别与手动换向阀D、电磁换向阀E、第一手动电磁换向阀B和第二手动电磁换向阀C连接；

操作手动换向阀D使前顶油缸23a向外伸出，前顶油缸23a的压力传感器传送的压力值≥8kN且持续时间≥5s时，控制器给电磁换向阀32发出动作指令，电磁换向阀32控制扶正器调节油缸31向前运动，连接扶正器调节油缸31的压力传感器传送的压力值≥6kN，持续时间≥5s时，电磁换向阀32自动复位；

给进油缸A缸径设定为夹持器调节油缸41缸径的1/2，连接夹持器调节油缸41的压力传感器发送给控制器的信号压力值≥16kN且持续时间≥5s时，控制器向第二手动电磁换向阀C发出复位指令，夹持器调节油缸41停止移动；连接给进油缸A的压力传感器发送给控制器的信号压力值≥8kN且持续时间≥5s时，控制器操作第一手动电磁换向阀B复位，给进油缸A停止移动。