CN112682023B - 一种超前钻机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超前钻机控制系统，包括多路阀、第一液压马达、第一换向阀、第二换向阀、第二液压马达、第三换向阀、液压卡盘、第四换向阀、第五换向阀和进给油缸；多路阀包括多个工作油口，多个工作油口分别对应连接多件执行元件，控制各执行元件共同实现钻机的钻进、回退以及卸杆功能；通过第四换向阀控制切换第一换向阀和第二换向阀的连通油路，实现第一液压马达和第二液压马达的串联或并联切换，进而实现马达串联小扭矩快速钻进的功能，或马达并联低速大扭矩钻进功能；同时通过在第三换向阀与第五换向阀之间设置顺序阀，利用顺序阀的压力作用调控切换第五换向阀的连通油路，控制进给油缸的伸缩，实现钻机卡钻自动退杆功能。

Description

一种超前钻机控制系统

技术领域

本发明涉及煤矿施工技术领域，特别地，涉及一种超前钻机控制系统。

背景技术

煤矿巷道施工过程中，对煤矿掘采工作面进行探水、探气作业是煤炭开采前的一项很重要的施工技术。探水是指超前探测煤炭开采面的地下水含量，为了防止发生水患事故；探气是指超前探测煤层中存在的一种有害气体(瓦斯，又称甲烷)，在煤炭开采中瓦斯从煤层中涌出，其具有燃烧、爆炸性，会造成大量人员伤亡和巨大经济损失，严重威胁煤矿安全生产。瓦斯在煤层中处于游离和吸附两种状态装，游离的瓦斯以自由气体存在于煤层和围岩裂缝以及较大的孔隙。因此，在开采煤层时需进行超前钻孔作业预探测和抽取煤层区段瓦斯；目前使用的超前作业设备大多是进行独立作业的，且大多采用液压系统驱动控制；现有的超前钻机的钻进方式单一，采用的液压驱动控制系统只能以单一的速度和扭矩进行钻进；无法根据实际工况对钻进速度以及钻进扭矩进行调节，且在钻进过程遭遇卡钻时无法自动回退；另外不具有自动卸杆功能。因此，业内需要一种超前钻机控制系统。

发明内容

本发明目的在于提供一种超前钻机控制系统，以解决背景技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种超前钻机控制系统，包括一种超前钻机控制系统，其特征在于，包括多路阀、第一液压马达、第一换向阀、第二换向阀、第二液压马达、第三换向阀、液压卡盘、第四换向阀、第五换向阀和进给油缸；多路阀包括多个工作油口，多路阀的第一工作油口通过第一换向阀与第一液压马达连接，第一工作油口通过第二换向阀与第二液压马达连接，第一换向阀与第二换向阀连接，第一工作油口通过第三换向阀与液压卡盘连接，第一工作油口的控制油路上设有第四换向阀和梭阀，梭阀控制切换第三换向阀的连通油路与液压卡盘连接，实现液压卡盘卡紧钻杆的功能；第四换向阀控制切换第一换向阀和第二换向阀的连通油路，实现第一液压马达和第二液压马达的串联或并联切换，且第一液压马达和第二液压马达与液压卡盘连接，液压卡盘在第一液压马达和第二液压马达的驱动下带动钻机的钻杆回转钻进，实现钻机的回转钻进功能；多路阀的第二工作油口通过第五换向阀连接进给油缸，进给油缸驱动钻杆进给，实现钻机的进给钻进功能。

进一步地，本申请装置包括顺序阀，顺序阀一端连接第三换向阀，顺序阀另一端连接第五换向阀。

进一步地，第五换向阀与进给油缸之间设有双向液压锁。

进一步地，多路阀的第三工作油口连接有三级伸缩油缸，三级伸缩油缸的输出端连接钻机的推进机构，推进机构包括钻机机身和钻进机构，三级伸缩油缸伸缩带动钻机机身和钻进机构伸缩运动。

进一步地，多路阀的第四工作油口连接有卡钎装置，卡钎装置包括第一夹紧油缸和第二夹紧油缸，第一夹紧油缸的输出端连接第一夹紧件，第二夹紧油缸的输出端连接第二夹紧件，第一夹紧件和第二夹紧件在第一夹紧油缸和第二夹紧油缸驱动下，夹持钻机的钻杆。

进一步地，多路阀的第五工作油口连接有偏摆油缸，偏摆油缸的输出端连接钻机的推进机构，调节钻机机身和钻进机构的偏摆角度。

进一步地，三级伸缩油缸与多路阀的第三工作油口之间设有双向液压锁；卡钎装置与多路阀的第四工作油口之间设有双向液压锁；偏摆油缸与多路阀的第五工作油口之间设有双向液压锁。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种超前钻机控制系统，包括多路阀、第一液压马达、第一换向阀、第二换向阀、第二液压马达、第三换向阀、液压卡盘、第四换向阀、第五换向阀和进给油缸；多路阀包括多个工作油口，多个工作油口分别对应连接多件执行元件，控制各执行元件共同实现钻机的钻进、回退以及卸杆功能；通过第四换向阀控制切换第一换向阀和第二换向阀的连通油路，实现第一液压马达和第二液压马达的串联或并联切换，进而实现马达串联小扭矩快速钻进的功能，或马达并联低速大扭矩钻进功能；同时通过在第三换向阀与第五换向阀之间设置顺序阀，利用顺序阀的压力作用调控切换第五换向阀的连通油路，控制进给油缸的伸缩，实现钻机卡钻自动退杆功能。

本申请装置的多路阀的还连接有卡钎装置，在完成钻孔的退杆过程中，通过卡钎装置两侧布置的夹紧油缸锁紧钻杆，同时配合第一液压马达和第二液压马达在多路阀切换油路的控制下旋转方向与钻进时相反，以及第五换向阀控制进给油缸回退，使得钻杆在接杆处螺纹旋转松脱，实现自动卸杆功能，大大降低拆卸钻杆的工作强度和劳动强度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本实施例一种超前钻机控制系统的结构示意图；

图2是图1中控制部分的结构示意图；

图3是超前钻机钻进作业示意简图一；

图4是超前钻机钻进作业示意简图二；

图5是超前钻机回退推杆作业示意简图；

其中，1、多路阀，1.1、第一工作油口，1.2、第二工作油口，1.3、第三工作油口，1.4、第四工作油口，1.5、第五工作油口，2.1、第三换向阀，2.2、梭阀，2.3a、第一换向阀，2.3b、第二换向阀，2.3c、第五换向阀，2.4、第四换向阀，2.5、顺序阀，3、液压马达，3a、第一液压马达，3b、第二液压马达，4、液压卡盘，5、进给油缸，6、双向液控锁，7、三级伸缩油缸，8、卡钎装置，9、偏摆油缸，11、作业区，12、钻杆，13、接杆处。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，一种超前钻机控制系统，包括多路阀1、第一液压马达3a、第一换向阀2.3a、第二换向阀2.3b、第二液压马达3b、第三换向阀2.1、液压卡盘4、第四换向阀2.4、第五换向阀2.3c和进给油缸5；多路阀包括多个工作油口，多路阀的第一工作油口1.1通过第一换向阀与第一液压马达连接，第一工作油口通过第二换向阀与第二液压马达连接，第一换向阀与第二换向阀连接，第一工作油口通过第三换向阀与液压卡盘连接，第一工作油口的控制油路上设有第四换向阀和梭阀，梭阀控制切换第三换向阀的连通油路与液压卡盘连接，实现液压卡盘卡紧钻杆的功能；第四换向阀控制切换第一换向阀和第二换向阀的连通油路，实现第一液压马达和第二液压马达的串联或并联切换，且第一液压马达和第二液压马达与液压卡盘连接，液压卡盘在第一液压马达和第二液压马达的驱动下带动钻机的钻杆回转钻进，实现钻机的回转钻进功能；多路阀的第二工作油口1.2通过第五换向阀连接进给油缸，进给油缸连接钻机的钻进机构，钻杆设于钻进机构中，进给油缸驱动钻进机构的钻杆轴向冲击实现钻机的进给钻进功能。

多路阀的第三工作油口1.3连接有三级伸缩油缸7，三级伸缩油缸三级伸缩油缸的输出端连接钻机的推进机构，推进机构包括钻机机身和钻进机构，钻进机构设于钻机机身上，带动推进机构伸缩运动，用于将钻机机身及钻进机构移动至打钻位置。多路阀的第五工作油口连接有偏摆油缸9，偏摆油缸的输出端连接钻机的推进机构，调节推进机构的偏摆角度，将钻机机身及钻机机构摆动至所需角度进行钻孔作业。

多路阀的第四工作油口1.4连接有卡钎装置8，卡钎装置包括第一夹紧油缸和第二夹紧油缸，第一夹紧油缸的输出端连接第一夹紧件，第二夹紧油缸的输出端连接第二夹紧件，第一夹紧件和第二夹紧件为圆弧结构件，第一夹紧件和第二夹紧件在第一夹紧油缸和第二夹紧油缸驱动下，夹持钻机的钻杆；同时配合第一液压马达和第二液压马达驱动液压卡盘转动实现钻杆拆卸。

三级伸缩油缸与多路阀的第三工作油口之间设有双向液压锁6；卡钎装置与多路阀的第四工作油口之间设有双向液压锁；偏摆油缸与多路阀的第五工作油口1.5之间设有双向液压锁，进给油缸与第五换向阀之间设有双向液压锁；双向液压锁由布置在一个阀体内的两个液控单向阀构成。双向液压锁作用是当系统停止供油时，保持系统液压缸原有的工作状态不变，进而保证超前钻机的执行元件(进给油缸、三级伸缩油缸、卡钎装置和偏摆油缸)的工作状态不变。

本实施例中，第一换向阀、第二换向阀、第四换向阀和第五换向阀采用二位四通换向阀，第一换向阀、第二换向阀和第五换向阀优选二位四通液控换向阀，第三换向阀采二位三通换向阀。

多路阀由多个并联的换向阀组成，用于控制系统油路方向，实现控制液压马达正反转以及油缸伸缩，同时还可以调节液压马达和液压油缸的速度和工作压力；梭阀的作用通过选择液压马达油路中的高压油作用于第三换向阀，使第三换向阀切换工作位置，改变油路方向，进而控制液压卡盘的卡紧和张开。

参见图1和图2，第四换向阀切换工作位，梭阀2.2将液压马达油路的高压油作用在第一换向阀和第二换向阀施上，使第一换向阀2.3a切换至右工作位、第二换向阀2.3b切换至左工作位，实现液压马达3串/并联切换，进而实现钻杆在液压马达的驱动下实现回转钻进功能。

第一液压马达和第二液压马达串联，是指多路阀输出的流量分先后供给两个液压马达(FA1至FA2至FB2至FB1)，即前一个马达的出口与后一个马达的进口相接，实现钻机小扭矩快速钻进功能；具体为：第四换向阀2.4切换工作位置在下位时，经梭阀2.2反馈的液压马达工作油路高压油经第四换向阀2.4下位被截止，使第一换向阀2.3a和第二换向阀2.3b在回位弹簧的作用下保持初始工作位置，其中：第一换向阀2.3a油路工作在左位第二换向阀2.3b油路工作在右位，实现第一液压马达3a和第二液压马达3b实现串联工作；其串联工作液压回路是：系统高压油经多路阀第一工作油口A到A1口至FA1口再到第一液压马达3a左腔至第一液压马达3a右腔至FA2口，由于第一换向阀油路工作在左位，此油路不通，FA2口的高压油直接流入第二换向阀2.3b右位再至FB2口到第二液压马达3b右腔至第二液压马达左腔，再经FB1口到B1口到多路阀第一工油路B口流回油箱。

第一液压马达和第二液压马达并联，是指流量分成两部分同时供给两个液压马达，即两个马达的进口相通(FA1与FB2直通)，出口也相通(FA2与FB1直通)，实现钻机低速大扭矩钻进功能；具体为：第四换向阀2.4切换工作位置在上位时，经梭阀2.2反馈的液压马达工作油路高压油经第四换向阀2.4上位分别作用在第一换向阀2.3a的右侧和第二换向阀2.3b的左侧，高压油产生的液压力大于第一换向阀和第二换向阀各自回位弹簧预紧力时，第一换向阀2.3a切换至右工作位，第二换向阀2.3b切换至左工作位，实现第一液压马达3a和第二液压马达3b实现并联工作；其并联工作液压回路是：系统高压油经多路阀第一工作油口A至A1口后分成两路高压油，(A1至FA1一路：A1至FA1口再到第一液压马达3a左腔至第一液压马达3a右腔至FA2，FA2再到第一换向阀2.3a右位再到B1口经多路阀第一工作油路B口流回油箱；另一路：高压油由A1至FA1中间的支线经第二换向阀2.3b左位到FB2口，FB2口再到第二液压马达3b右腔至第二液压马达3b左腔再到FB1口到B1口经多路阀第一工作油路B口流回油箱。

参见图3和图4，钻机的钻进机构包括液压马达、液压卡盘和钻杆，钻机的进给表现为指液压马达、液压卡盘和钻杆组成的钻进机构在进给油缸的作用下实现钻进作业；图2显示超前钻机钻进的初始位置，进给油缸5完全伸出，进给油缸缸筒与钻进机构相连，实现钻进是指钻进机构与作业区的位置减小，进给油缸初始状态是全伸，为了使钻进机构前进，此时需要使油缸活塞杆缩回，才能使钻进机构前进。工作油路是：多路阀第二工作油口A口油液至A2经第五换向阀2.3c初始位置右位至A3进入双向液压锁6左位的液控单向阀到达油缸5的有杆腔，实现进给油缸回缩，钻机进给。本申请装置中还设有顺序阀，顺序阀一端连接第三换向阀，顺序阀另一端连接第五换向阀；利用顺序阀的压力作用调控切换第五换向阀的工作位实现钻机自动退杆功能。当超前钻机在钻进时遇到卡钻或需要回退时，第一液压马达和第二液压马达的工作油路压力达到顺序阀2.5的调定压力时，压力油作用在第五换向阀2.3c的左位，压力油产生的液压力大于其回位弹簧预紧力时，使第五换向阀2.3c换向至左位工作。油路走向为：压力油经多路阀第二工作油口A至A2口再到第五换向阀2.3c左位，然后到B3口经双向液压锁的右位液控单向阀到进给油缸无杆腔，再流回进给油缸有杆腔经双向液压锁左位的液控单向阀到A3口，再经第五换向阀2.3c左位流入B2口至多路阀第二工作油路B口流回油箱，进给油缸5活塞杆伸出，钻进机构从作业区11回退。

参见图4和图5，本申请装置利用第三换向阀2.1和梭阀2.2实现液压马达与液压卡盘的联动，同时配合卡钎装置夹持钻杆12，以及进给油缸的进给与回退实现钻机的自动卸杆功能。本申请装置的钻杆包括钻杆连接部分(具有延长钻杆长度的作用)和钻杆钻进部分(作业钻杆)，钻杆连接部分与钎杆钻进部分螺纹连接，连接部位为接杆处13，自动卸杆是指超前钻机进行退杆作业时，钻杆回退至一定距离，接杆处(钻杆螺纹连接处)已经回退通过了卡钎装置，卡钎装置两侧的第一夹紧油缸和第二夹紧油缸分别驱动第一夹紧件和第二夹紧件锁紧作业钻杆，第一液压马达和第二液压马达在多路阀切换油路的控制下旋转方向与钻进时相反，同时顺序阀和第五换向阀控制进给油缸回退(参照进给油缸的回退)，作业钻杆在接杆处螺纹松脱，实现自动卸杆功能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超前钻机控制系统，其特征在于，包括多路阀、第一液压马达、第一换向阀、第二换向阀、第二液压马达、第三换向阀、液压卡盘、第四换向阀、第五换向阀和进给油缸；多路阀包括多个工作油口，多路阀的第一工作油口通过第一换向阀与第一液压马达连接，第一工作油口通过第二换向阀与第二液压马达连接，第一换向阀与第二换向阀连接，第一工作油口通过第三换向阀与液压卡盘连接，第一工作油口的控制油路上设有第四换向阀和梭阀，梭阀控制切换第三换向阀的连通油路与液压卡盘连接，实现液压卡盘卡紧钻杆的功能；第四换向阀控制切换第一换向阀和第二换向阀的连通油路，实现第一液压马达和第二液压马达的串联或并联切换，且第一液压马达和第二液压马达与液压卡盘连接，液压卡盘在第一液压马达和第二液压马达的驱动下带动钻机的钻杆回转钻进，实现钻机的回转钻进功能；多路阀的第二工作油口通过第五换向阀连接进给油缸，进给油缸驱动钻杆进给，实现钻机的进给钻进功能。

2.根据权利要求1所述的一种超前钻机控制系统，其特征在于，包括顺序阀，顺序阀一端连接第三换向阀，顺序阀另一端连接第五换向阀。

3.根据权利要求1所述的一种超前钻机控制系统，其特征在于，第五换向阀与进给油缸之间设有双向液压锁。

4.根据权利要求1-3任一项中所述的一种超前钻机控制系统，其特征在于，多路阀的第三工作油口连接有三级伸缩油缸，三级伸缩油缸的输出端连接钻机的推进机构，带动推进机构伸缩运动。

5.根据权利要求4所述的一种超前钻机控制系统，其特征在于，多路阀的第四工作油口连接有卡钎装置，卡钎装置包括第一夹紧油缸和第二夹紧油缸，第一夹紧油缸的输出端连接第一夹紧件，第二夹紧油缸的输出端连接第二夹紧件，第一夹紧件和第二夹紧件分别在第一夹紧油缸和第二夹紧油缸驱动下，夹持钻机的钻杆。

6.根据权利要求5所述的一种超前钻机控制系统，其特征在于，多路阀的第五工作油口连接有偏摆油缸，偏摆油缸的输出端连接钻机的推进机构，调节推进机构的偏摆角度。

7.根据权利要求6所述的一种超前钻机控制系统，其特征在于，三级伸缩油缸与多路阀的第三工作油口之间设有双向液压锁；卡钎装置与多路阀的第四工作油口之间设有双向液压锁；偏摆油缸与多路阀的第五工作油口之间设有双向液压锁。

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