CN116025330B - 一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制结构及控制方法，属于隧道工程设备技术领域；包括分别连接泵与推进油缸和旋转马达的推进控制油路和旋转控制油路；推进控制油路上设有电比例推进阀组，连接有第一压力传感器；旋转控制油路上，设置有旋转控制阀组，连接有第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器连接电气系统，电气系统电连接电比例推进阀组；电气系统用于接收第一压力传感器测量的推进压力值和第二压力传感器测量的旋转压力值；还用于依据推进压力值，调节电比例推进阀组的溢流压力，依据旋转压力值，改变电比例推进阀组的阀位状态；本发明由电控系统响应并控制，具有响应迅速，动作可靠的优点，使凿岩机不卡钎的稳定运行。

Description

一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制结构及控制方法

技术领域

本发明属于隧道工程设备技术领域，应用于凿岩机设备中，具体为一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制结构及控制方法。

背景技术

凿岩机的运动涉及到水路控制、气路控制、润滑控制、液压控制和电气控制等。在液压控制过程中，凿岩机的液压动作，一般为推进(前进、后退)、旋转(正转、反转)等动作的集合体；为了实现这些动作的相互配合及时序控制，以达成凿岩机对不同岩层的适应性，避免卡钎，需要对这些动作进行精确控制。目前常用的控制方法有液动控制，即通过各个控制阀组内部控制油路，通过控制油路压力与液动换向阀阀芯弹簧力比较，控制主阀芯动作，最终实现相应动作。

现有技术中，凿岩机冲击时，同时正常推进(前进)和旋转(正转)。如果钎头进入裂缝，则钎杆阻力将瞬间减小，在抵达下个实体时，钎杆受到的阻力会突然加大，超过系统能提供的最大旋转力矩；此时，应迅速回退，钎杆拔出后再继续推进，可能避开此裂隙，如果反应稍慢，钎杆极有可能被卡住而无法拔出，导致回转压力突然增大。经过测试，当压力达到Pmax时，钎头将卡滞；为防止卡钎，通常设置如下逻辑：通过控制油路把压力值传递到防卡钎阀组，当压力达到Pmax-4(Mpa)时，切断相应的液动换向阀，停止推进；若压力继续增加，达到Pmax-2(Mpa)时，相应的液动换向阀的阀芯换位，推进状态变更为后退。这样，通过提前感知压力，就避免了凿岩机钎头进入裂隙后，在抵达下个实体时由于钎头的旋转压力达到Pmax而被卡住的现象发生。

但是，现有技术的方式方法存在如下缺点：

1、从控制油路压力反馈到液动换向阀的阀芯动作，管路压力变化，毕竟需要时间。在这段时间内，压力的变化值是否是预设的2或4(Mpa)，是不确定的。如果地层突然变硬，压力的变化值很可能超过2或4(Mpa)，而液动换向阀换向需要时间，这个时间很容易造成卡钎。

2、控制油路的液动控制很容易因油液清洁度不高造成液动阀卡阀，响应时间过长导致卡钎，液压系统过于复杂，对阀组质量要求高等原因，可靠性欠佳。

发明内容

本发明在关键的凿岩机的液压动作时序配合方面，采用电控方法，由压力传感器收集信号，由电控系统做出响应，对相应阀组进行控制，避免卡钎；具有响应迅速，动作可靠的优点，保证了凿岩系统的稳定性。

本发明采用了以下技术方案来实现目的：

一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制结构，包括连接泵与推进油缸的推进控制油路、连接泵与旋转马达的旋转控制油路；

推进控制油路上，设置有电比例推进阀组，同时连接有第一压力传感器，所述第一压力传感器电连接凿岩机电气系统，所述凿岩机电气系统电连接所述电比例推进阀组；

旋转控制油路上，设置有旋转控制阀组，同时连接有第二压力传感器，所述第二压力传感器电连接所述凿岩机电气系统；

所述凿岩机电气系统，用于接收第一压力传感器测量的推进压力值和第二压力传感器测量的旋转压力值；还用于依据所述推进压力值，调节电比例推进阀组的溢流压力；还用于依据所述旋转压力值，改变电比例推进阀组的工作状态。

进一步的，所述电比例推进阀组包括依次相连的电比例换向阀、液动比例换向阀、第一电磁换向阀和第一双单向节流阀，所述电比例换向阀连接至所述泵，所述第一双单向节流阀连接至所述推进油缸；所述推进油缸的回程油路上连接有第一电比例溢流阀，所述第一电比例溢流阀用于控制推进压力；所述凿岩机电气系统，还用于依据所述推进压力值，调节所述第一电比例溢流阀的溢流压力。

优选的，所述电比例推进阀组还包括依次相连的第二电磁换向阀和第二双单向节流阀；第二电磁换向阀连接于所述液动比例换向阀和所述第一电磁换向阀之间的油路上，第二双单向节流阀连接有补偿油缸。

进一步的，所述旋转控制阀组包括第一溢流阀、第三电磁换向阀和第一节流阀；所述第一溢流阀用于控制旋转压力，所述凿岩机电气系统，还用于依据所述旋转压力值与所述第一溢流阀的溢流压力值大小关系，改变所述第一电磁换向阀的阀芯位置。

进一步的，还包括连接泵与冲击马达的冲击控制油路，冲击控制油路上设置有第四电磁换向阀，同时连接有第二电比例溢流阀；所述第二电比例溢流阀用于控制冲击压力，所述凿岩机电气系统，还用于依据所述推进压力值，调节第二电比例溢流阀的溢流压力。

本发明同时提供一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制方法，使用如上文所述的电控式凿岩机液压控制结构，控制方法包括如下步骤：

S1、启动连接推进控制油路的泵，控制电比例推进阀组，使补偿油缸运行为前进状态，凿岩机钎杆顶到岩层；

S2、启动连接旋转控制油路和冲击控制油路的泵，使凿岩机钎杆开始旋转冲击；通过第一电比例溢流阀设定并控制推进压力，通过第一溢流阀设定并控制旋转压力，通过第二电比例溢流阀设定并控制冲击压力；

S3、操作第三电磁换向阀使凿岩机钎杆正向旋转，操作第四电磁换向阀使凿岩机钎杆高压冲击；

S4、控制电比例推进阀组中的电比例换向阀得电而阀芯换位，进而液动比例换向阀和第一电磁换向阀因油压而阀芯换位，从而使推进油缸运行为推进状态，凿岩机钎杆在正向旋转和高压冲击状态下，开始推进前进，进行凿岩工作，同时由第一压力传感器实时测量推进压力值，第二压力传感器实时测量旋转压力值。

进一步的，凿岩工作时，当第一压力传感器测量的推进压力值的降低速率达到凿岩机电气系统的速率变化阈值，或推进压力值低于最低设定值时，凿岩机电气系统发出指令，降低第一电比例溢流阀和第二电比例溢流阀的溢流压力上限。

进一步的，凿岩工作时，当第一压力传感器测量的推进压力值超过第一电比例溢流阀的溢流压力上限时，第一电比例溢流阀开始溢流，使推进压力恒定。

进一步的，当第二压力传感器测量的旋转压力值超过第一溢流阀的溢流压力上限时，凿岩机电气系统发出指令，使第一电磁换向阀的阀芯换位，推进油缸工作状态变更为倒退；当旋转压力值降低至低于第一溢流阀的溢流压力上限时，凿岩机电气系统发出指令，使第一电磁换向阀的阀芯再次换位，推进油缸工作状态恢复为推进。

综上所述，由于采用了本技术方案，本发明的有益效果如下：

与凿岩机液压动力控制方式进行对比，本发明的控制结构以及控制方法是通过多个压力传感器结合电气系统，对关键执行部件如电磁换向阀等进行控制；本发明因此具有响应迅速、调试简单、故障排除方便、动作可靠稳定的特点，同时拥有较高的机械效率，避免了凿岩机部件发热等不必要的功率损耗。

附图说明

图1为本发明的控制结构连接示意图。

附图中的标记所代表的含义具体如下：

1-泵、10-电比例推进阀组、11-第一压力传感器、2-推进油缸、20-旋转控制阀组、21-第二压力传感器、3-旋转马达、31-电比例换向阀、32-液动比例换向阀、33-第一电磁换向阀、34-第一双单向节流阀、35-第一电比例溢流阀、36-第二电磁换向阀、37-第二双单向节流阀、4-补偿油缸、41-第一溢流阀、42-第三电磁换向阀、43-第一节流阀、5-冲击马达、51-第四电磁换向阀、52-第二电比例溢流阀、6-缓冲油腔、60-缓冲阀组、61-第二节流阀、62-减压阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以按各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例1

请参看图1的连接示意，一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制结构，包括连接泵1与推进油缸2的推进控制油路、连接泵1与旋转马达3的旋转控制油路；

推进控制油路上，设置有电比例推进阀组10，同时连接有第一压力传感器11，第一压力传感器11电连接凿岩机电气系统，凿岩机电气系统电连接电比例推进阀组10；

旋转控制油路上，设置有旋转控制阀组20，同时连接有第二压力传感器21，第二压力传感器21电连接凿岩机电气系统；

凿岩机电气系统，用于接收第一压力传感器11测量的推进压力值和第二压力传感器21测量的旋转压力值；还用于依据推进压力值，调节电比例推进阀组10的溢流压力；还用于依据旋转压力值，通过改变电比例推进阀组10的阀位状态来改变凿岩工作状态。

电比例推进阀组10可控制凿岩机是否启动推进，以及推进方向是前进或回退，主要的被控对象为推进油缸2和补偿油缸4，具体结构如下：

参看图1，电比例推进阀组10包括依次相连的电比例换向阀31、液动比例换向阀32、第一电磁换向阀33和第一双单向节流阀34，电比例换向阀31连接至泵1，第一双单向节流阀34连接至推进油缸2；推进油缸2的回程油路上连接有第一电比例溢流阀35，第一电比例溢流阀35用于控制推进压力；凿岩机电气系统，还用于依据推进压力值，调节第一电比例溢流阀35的溢流压力。其中，推进压力的控制可满足凿岩机变换低压推进和高压推进两种不同的工作模式。

电比例推进阀组10还包括依次相连的第二电磁换向阀36和第二双单向节流阀37；第二电磁换向阀36连接于液动比例换向阀32和第一电磁换向阀33之间的油路上，第二双单向节流阀37连接有补偿油缸4。

接下来具体介绍旋转控制阀组20的结构，被控对象为旋转马达3；

参看图1，旋转控制阀组20包括第一溢流阀41、第三电磁换向阀42和第一节流阀43；第一溢流阀41用于控制旋转压力，凿岩机电气系统，还用于依据旋转压力值与第一溢流阀41的溢流压力值大小关系，改变第一电磁换向阀33的阀芯位置。

本实施例中，还包括连接泵1与冲击马达5的冲击控制油路；参看图1，冲击控制油路上设置有第四电磁换向阀51，同时连接有第二电比例溢流阀52；第二电比例溢流阀52用于控制冲击压力，凿岩机电气系统，还用于依据推进压力值，调节第二电比例溢流阀52的溢流压力。

同时，冲击控制油路还包括缓冲油腔6，缓冲油腔6通过缓冲阀组60连接至第四电磁换向阀51和冲击马达5之间的油路上；缓冲阀组60包括依次连接的第二节流阀61和减压阀62。

本实施例中，凿岩机电气系统具备两个主要调控方式，一是依据第一压力传感器11测量的推进压力值，调节第一电比例溢流阀35和第二电比例溢流阀52的溢流压力上限值，此调节能迅速响应并降低凿岩机工作时的推进压力和冲击压力，从而起到防空打效果；二是依据第二压力传感器21测量的旋转压力值，将其与第一溢流阀41的溢流压力值大小比较后，通过改变第一电磁换向阀33的阀芯位置，在压力迅速增大时控制凿岩机的推进状态变更为倒退，压力恢复正常后重新前进推进，从而起到防卡钎效果。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例基于其中的电控式凿岩机液压控制结构，具体介绍一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制方法，正常凿岩工作过程的控制，具体包括如下步骤：

S1、启动连接推进控制油路的泵，控制电比例推进阀组，使补偿油缸运行为前进状态，凿岩机钎杆顶到岩层；

S2、启动连接旋转控制油路和冲击控制油路的泵，使凿岩机钎杆开始旋转冲击；通过第一电比例溢流阀设定并控制推进压力，通过第一溢流阀设定并控制旋转压力，通过第二电比例溢流阀设定并控制冲击压力；

S3、操作第三电磁换向阀使凿岩机钎杆正向旋转，操作第四电磁换向阀使凿岩机钎杆高压冲击；

S4、控制电比例推进阀组中的电比例换向阀得电而阀芯换位，进而液动比例换向阀和第一电磁换向阀因油压而阀芯换位，从而使推进油缸运行为推进状态，凿岩机钎杆在正向旋转和高压冲击状态下，开始推进前进，进行凿岩工作，钎杆慢慢进入岩层；同时由第一压力传感器实时测量推进压力值，第二压力传感器实时测量旋转压力值。

由于本实施例的方法是电气控制方式，操控简单，调控推进压力的第一电比例溢流阀35可以根据不同的岩层，改变推进压力上限；凿岩机电气系统的利用效率高，动作迅速可靠，因此能提高凿岩工作效率，降低凿岩工作难度。

正常凿岩工作过程中，会遇到以下三种异常工况：

1、凿岩推进时，突然遇到软岩或空洞；

2、凿岩推进时，由于水路不畅等原因，导致凿岩机的排渣不畅，使得钎杆的旋转阻力逐步加大；

3、凿岩推进时，突然遇到裂隙，钎头进入裂隙并到达下个实体时，会导致钎杆的旋转阻力突然加大。

本实施例中，遇到第1种异常工况时，需及时控制，避免空打现象；具体方法为：当第一压力传感器测量的推进压力值的降低速率达到凿岩机电气系统的速率变化阈值，或推进压力值低于最低设定值时，凿岩机电气系统发出指令，降低第一电比例溢流阀和第二电比例溢流阀的溢流压力上限。通过控制溢流压力上限的降低，相应的降低推进压力和冲击压力，从而有效避免空打卡钎的现象发生；由于是电气控制，因此反应迅速，动作可靠。

本实施例中，遇到第2、3种异常工况时，需及时控制，避免卡钎现象；具体方法为：当第一压力传感器测量的推进压力值超过第一电比例溢流阀的溢流压力上限时，第一电比例溢流阀开始溢流，使推进压力恒定；当第二压力传感器测量的旋转压力值超过第一溢流阀的溢流压力上限时，凿岩机电气系统发出指令，使第一电磁换向阀的阀芯换位，推进油缸工作状态变更为倒退；当旋转压力值降低至低于第一溢流阀的溢流压力上限时，凿岩机电气系统发出指令，使第一电磁换向阀的阀芯再次换位，推进油缸工作状态恢复为推进；在面临异常工况时，推进油缸工作状态的切换可往复进行，从而始终在主动避免卡钎的情况下尝试进行正常凿岩推进工作。

Claims (5)

1.一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制结构，包括连接泵(1)与推进油缸(2)的推进控制油路、连接泵(1)与旋转马达(3)的旋转控制油路，其特征在于：

推进控制油路上，设置有电比例推进阀组(10)，同时连接有第一压力传感器(11)，所述第一压力传感器(11)电连接凿岩机电气系统，所述凿岩机电气系统电连接所述电比例推进阀组(10)；

旋转控制油路上，设置有旋转控制阀组(20)，同时连接有第二压力传感器(21)，所述第二压力传感器(21)电连接所述凿岩机电气系统；

所述凿岩机电气系统，用于接收第一压力传感器(11)测量的推进压力值和第二压力传感器(21)测量的旋转压力值；还用于依据所述推进压力值，调节电比例推进阀组(10)的溢流压力；还用于依据所述旋转压力值，通过改变电比例推进阀组(10)的阀位状态来改变凿岩工作状态；

所述电比例推进阀组(10)包括依次相连的电比例换向阀(31)、液动比例换向阀(32)、第一电磁换向阀(33)和第一双单向节流阀(34)，所述电比例换向阀(31)连接至所述泵(1)，所述第一双单向节流阀(34)连接至所述推进油缸(2)；所述推进油缸(2)的回程油路上连接有第一电比例溢流阀(35)，所述第一电比例溢流阀(35)用于控制推进压力；所述凿岩机电气系统，还用于依据所述推进压力值，调节所述第一电比例溢流阀(35)的溢流压力；

所述电比例推进阀组(10)还包括依次相连的第二电磁换向阀(36)和第二双单向节流阀(37)；第二电磁换向阀(36)连接于所述液动比例换向阀(32)和所述第一电磁换向阀(33)之间的油路上，第二双单向节流阀(37)连接有补偿油缸(4)；

所述旋转控制阀组(20)包括第一溢流阀(41)、第三电磁换向阀(42)和第一节流阀(43)；所述第一溢流阀(41)用于控制旋转压力，所述凿岩机电气系统，还用于依据所述旋转压力值与所述第一溢流阀(41)的溢流压力值大小关系，改变所述第一电磁换向阀(33)的阀芯位置。

2.根据权利要求1所述的一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制结构，还包括连接泵(1)与冲击马达(5)的冲击控制油路，其特征在于：冲击控制油路上设置有第四电磁换向阀(51)，同时连接有第二电比例溢流阀(52)；所述第二电比例溢流阀(52)用于控制冲击压力，所述凿岩机电气系统，还用于依据所述推进压力值，调节第二电比例溢流阀(52)的溢流压力。

3.根据权利要求2所述的一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制结构，其特征在于：所述冲击控制油路还包括缓冲油腔(6)，所述缓冲油腔(6)通过缓冲阀组(60)连接至第四电磁换向阀(51)和冲击马达(5)之间的油路上；所述缓冲阀组(60)包括依次连接的第二节流阀(61)和减压阀(62)。

4.一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制方法，其特征在于，使用如权利要求3中的电控式凿岩机液压控制结构，控制方法包括如下步骤：

S1、启动连接推进控制油路的泵，控制电比例推进阀组，使补偿油缸运行为前进状态，凿岩机钎杆顶到岩层；

S2、启动连接旋转控制油路和冲击控制油路的泵，使凿岩机钎杆开始旋转冲击；通过第一电比例溢流阀设定并控制推进压力，通过第一溢流阀设定并控制旋转压力，通过第二电比例溢流阀设定并控制冲击压力；

S3、操作第三电磁换向阀使凿岩机钎杆正向旋转，操作第四电磁换向阀使凿岩机钎杆高压冲击；

S4、控制电比例推进阀组中的电比例换向阀得电而阀芯换位，进而液动比例换向阀和第一电磁换向阀因油压而阀芯换位，从而使推进油缸运行为推进状态，凿岩机钎杆在正向旋转和高压冲击状态下，开始推进前进，进行凿岩工作，同时由第一压力传感器实时测量推进压力值，第二压力传感器实时测量旋转压力值；

凿岩工作时，当第一压力传感器测量的推进压力值超过第一电比例溢流阀的溢流压力上限时，第一电比例溢流阀开始溢流，使推进压力恒定；

当第二压力传感器测量的旋转压力值超过第一溢流阀的溢流压力上限时，凿岩机电气系统发出指令，使第一电磁换向阀的阀芯换位，推进油缸工作状态变更为倒退；当旋转压力值降低至低于第一溢流阀的溢流压力上限时，凿岩机电气系统发出指令，使第一电磁换向阀的阀芯再次换位，推进油缸工作状态恢复为推进。

5.根据权利要求4所述的一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制方法，其特征在于：凿岩工作时，当第一压力传感器测量的推进压力值的降低速率达到凿岩机电气系统的速率变化阈值，或推进压力值低于最低设定值时，凿岩机电气系统发出指令，降低第一电比例溢流阀和第二电比例溢流阀的溢流压力上限。