CN203548392U - 液压系统和钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液压系统（10），包括第一液压回路（100），其包括：由动力源驱动的第一液压泵（110），由第一液压泵驱动的第一液压马达（120），以及第一可变泄压阀（130），第一可变泄压阀设置在第一液压泵与第一液压马达之间的回路中并且至少具有第一最大压力设定和第一降低的压力设定；液压系统还包括控制器（30），控制器能够被操作以将第一可变泄压阀控制为第一最大压力设定或第一降低的压力设定，其中当第一可变泄压阀处于第一最大压力设定时，第一液压马达以最大的功率被驱动，而当第一可变泄压阀处于第一降低的压力设定时，第一液压马达以降低的功率被驱动。本实用新型还涉及一种包括液压系统的钻机。

Description

液压系统和钻机

技术领域

本实用新型涉及一种液压系统以及包括该液压系统的钻机。

背景技术

本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

在诸如钻机的机械设备中经常使用液压系统来驱动机械设备的做功部件。例如，在一种已知的水平钻机中，分别使用不同的液压回路来驱动钻机的旋转系统和推力系统。当钻机处于不同的工作状态时，旋转系统和推力系统所需要的功率是不同的。在这种情况下，已经提出在液压回路中采用可变流量液压泵来适配所需功率的变化。然而，可变流量液压泵的成本比定流量液压泵的成本高得多。因此，需要一种既能够适配所需功率的变化又成本较低的液压系统或包括这种液压系统的钻机。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种能够适配所需功率的变化的液压系统。

本实用新型的另一个目的是提供一种成本较低的液压系统。

本实用新型的又一个目的是提供一种能够适配所需功率的变化和/或成本较低的钻机。

上述目的中的一个或多个可以通过下述方案实现：一种液压系统，其特征在于包括：第一液压回路，所述第一液压回路可以包括：第一液压泵，所述第一液压泵由动力源驱动，第一液压马达，所述第一液压马达由所述第一液压泵驱动，以及第一可变泄压阀，所述第一可变泄压阀设置在所述第一液压泵与所述第一液压马达之间的回路中，所述第一可变泄压阀至少具有第一最大压力设定和第一降低的压力设定；所述液压系统还包括控制器，所述控制器能够被操作以将所述第一可变泄压阀控制为所述第一最大压力设定或所述第一降低的压力设定，其中当所述第一可变泄压阀处于所述第一最大压力设定时，所述第一液压马达以最大的功率被驱动，而当所述第一可变泄压阀处于所述第一降低的压力设定时，所述第一液压马达以降低的功率被驱动。

在上述构造中，当第一液压泵输出的流量一定时，可以通过改变第一可变泄压阀的压力设定来改变第一液压马达的功率输出。例如，当第一可变泄压阀处于第一最大压力设定时，第一液压回路中的压力处于最大设定值，因此第一液压马达以最大的功率被驱动。当第一可变泄压阀处于低于第一最大压力设定的第一降低的压力设定时，第一液压回路中的压力被降低，因此第一液压马达以降低的功率被驱动。本领域技术人员应该理解，上述第一可变泄压阀可以仅设置为包括第一最大压力设定和降低的压力设定在内的二档，也可以设置为包括第一最大压力设定和一系列降低的压力设定在内的多档以使第一液压马达提供更多的可变的功率输出。因此，在上述构造中，可以通过成本低廉的定流量液压泵以及成本同样低廉的可变泄压阀的组合来实现整个液压回路和/或液压系统的可变功率输出，相对于可变流量液压泵与固定泄压阀的组合而言，成本得以大幅降低，并且整个系统的可靠性得以提高。

优选地，所述第一降低的压力设定可以为所述第一最大压力设定的大约40%-60%。取决于液压系统所应用的设备及其常见运转工况，采用上述设定可以在满足大多数运转工况的情况下优化整个液压系统的效率。

优选地，所述液压系统可以进一步包括设置在所述第一液压泵与所述第一液压马达之间的第一方向控制阀，所述第一方向控制阀能够被操作以改变所述第一液压马达的旋转方向。进一步优选地，所述第一方向控制阀可以进一步构造成能够中断所述第一液压泵向所述第一液压马达的液压供给。采用上述构造，不但能够控制第一液压马达的旋转方向，而且可以方便地使第一液压马达停止旋转而无需停止第一液压泵，从而为整个系统提供了更加方便和灵活的操作性。

优选地，所述第一液压泵可以为定流量液压泵。如上所述，采用定流量液压泵能够大幅降低成本。

优选地，所述液压系统还可包括第三液压马达以及用于连接所述第一液压马达和所述第三液压马达的第一控制回路，所述第一控制回路能够进行控制以使得所述第一液压马达和所述第三液压马达彼此串联或并联。根据上述构造，当第一控制回路能够进行控制以使得第一液压马达和第三液压马达彼此串联或并联时，由第一液压马达和第三液压马达构成的整个驱动装置能够实现不同的转速和扭矩，因此整个液压系统不但能够实现功率输出的调节而且能够实现转速的调节。

优选地，所述液压系统可以进一步包括：第二液压回路，所述第二液压回路可包括：第二液压泵，所述第二液压泵由所述动力源驱动，第二液压马达，所述第二液压马达由所述第二液压泵驱动，以及第二可变泄压阀，所述第二可变泄压阀设置在所述第二液压泵与所述第二液压马达之间的回路中，所述第二可变泄压阀至少具有第二最大压力设定和第二降低的压力设定；所述控制器能够被操作以将所述第二可变泄压阀控制为所述第二最大压力设定或所述第二降低的压力设定，其中当所述第二可变泄压阀处于所述第二最大压力设定时，所述第二液压马达以最大的功率被驱动，而当所述第二可变泄压阀处于所述第二降低的压力设定时，所述第二液压马达以降低的功率被驱动。

优选地，所述第二降低的压力设定可以为所述第二最大压力设定的大约40%-60%。

优选地，所述液压系统可以进一步包括设置在所述第二液压泵与所述第二液压马达之间的第二方向控制阀，所述第二方向控制阀能够被操作以改变所述第二液压马达的旋转方向。

优选地，所述第二方向控制阀进一步构造成能够中断所述第二液压泵向所述第二液压马达的液压供给。

优选地，所述第二液压泵为定流量液压泵。

优选地，所述控制器构造成能够将所述第一可变泄压阀和所述第二可变泄压阀控制为如下状态中的一种：i）所述第一可变泄压阀处于所述第一最大压力设定且所述第二可变泄压阀处于所述第二降低的压力设定；ii）所述第一可变泄压阀处于所述第一降低的压力设定且所述第二可变泄压阀处于所述第二最大压力设定；以及iii）所述第一可变泄压阀处于所述第一降低的压力设定且所述第二可变泄压阀处于所述第二降低的压力设定。

优选地，所述液压系统设置在钻机中。

优选地，所述第一液压马达用于驱动所述钻机的旋转系统，所述第二液压马达用于驱动所述钻机的推力系统。

在上述构造中，第一液压回路和第二液压回路可以设定为用于不同的做功部件。例如，在钻机的情况下，第一液压回路可以用于旋转系统，而第二液压回路可以用于推力系统。在此，推力系统应该广义理解为提供轴向力，包括远离钻机的轴向推力以及朝向钻机的轴向拉力。在钻机中，通常旋转系统和推力系统不会同时以最大的功率运转。例如，当进行回拉扩孔作业时，旋转系统需要以最大功率运转以为转头提供最大的扭矩（此时钻头的直径较大），而推力系统需要以降低的功率运行以为钻头提供小的推力或进给力。而当进行先导钻孔的钻进时，推力系统需要以最大功率运行以为钻头提供较大的推力或进给力，而旋转系统需要以降低的功率运转（因此此时钻头的直径较小，所以所需扭矩也较小）。由于第一液压泵和第二液压泵都由相同的驱动源（例如，钻机的发动机）驱动，因此，在驱动源的输出功率不变的情况下，降低第一液压回路（第一液压马达）的输出功率将导致第二液压回路（第二液压马达）的输出功率增加，相反，降低第二液压回路（第二液压马达）的输出功率将导致第一液压回路（第一液压马达）的输出功率增加。由此，采用上述系统，除了能够调节各液压回路的输出功率之外，还能够使得整个液压系统的总功率在各个液压回路之间合理分配，进一步优化了系统的整体性能。

优选地，所述控制器可以为能够由操作员操作的三位开关。采用该构造，能够降低控制器的成本并且能够使得整个液压系统在上述i）、ii）和iii）中的任一种状态下运转。

优选地，所述控制器还可以为能够由操作员操作的两位开关。采用该构造，能够降低控制器的成本并且能够使得整个液压系统在上述i）、或ii）的状态下运转。

优选地，所述第一可变泄压阀和所述第二可变泄压阀可以均为电磁线圈控制的泄压阀。在上述构造中，第一可变泄压阀和第二可变泄压阀均可以构造成在电磁线圈加电时处于最大压力设定而在电磁线圈断电时处于降低的压力设定，或者在电磁线圈加电时处于降低的压力设定而在电磁线圈断电时处于最大压力设定。另外，第一可变泄压阀的压力设定的切换方式可以与第二可变泄压阀的压力设定的切换方式相同或不同。由此，上述控制器可以仅构造成向第一可变泄压阀和第二可变泄压阀的电磁线圈供给或不供给电力，并且上述控制器可以仅为普通的两位或三位开关。由此，进一步降低了系统的成本。

优选地，所述第一最大压力设定与所述第一降低的压力设定之间的差除以所述第二最大压力设定与所述第二降低的压力设定之间的差可以等于所述第二液压泵的流量除以所述第一液压泵的流量。由此能够进一步优化系统的性能。

优选地，第一液压泵的流量可以大于所述第二液压泵的流量。由此能够进一步优化系统的性能。

优选地，所述液压系统还可包括第四液压马达以及用于连接所述第二液压马达和所述第四液压马达的第二控制回路，所述第二控制回路能够进行控制以使得所述第二液压马达和所述第四液压马达彼此串联或并联。由此，在第二液压回路中，由第二液压马达和第四液压马达构成的驱动装置也能够实现不同的转速和扭矩，因此整个液压系统不但能够实现功率输出在两个液压回路之间的可变的分配而且能够在各个液压回路中实现转速的调节。

本实用新型还提供了一种包括上述液压系统的钻机。优选地，所述钻机为水平钻机。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本实用新型的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一种实施方式的液压系统的示意图；

图2是根据本实用新型另一种实施方式的液压系统的示意图；

图3是根据本实用新型又一种实施方式的液压系统的示意图；以及

图4是图3的局部放大图。

具体实施方式

下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。

在诸如水平钻机的钻机中通常包括如下三个主要系统：1）推力系统，其用于在钻柱上施加受控的推力以使钻柱纵向移动；2）旋转系统，其用于在钻头上施加受控扭矩以使其旋转；以及3）流体系统，其用于将已知为“泥浆”的钻进流体泵送通过钻柱。泥浆通常是由主要为水的流体以及各种添加剂构成的混合物。添加剂包括粘土以及其他用于特定目的的成分。

各个系统所需的功率通常是与其他系统相关的。例如，流体需求与扭矩和推力相关，因为流体系统仅在通常需要旋转和推力的钻进和回拉扩孔时使用。一些钻进过程利用流体系统为位于钻头附近的泥浆马达提供加压的流体流，泥浆马达将流体的能量转换为旋转动力以使钻头转动。在这种情况下，在利用泥浆马达钻进时，使用推力系统移动钻进工具，而使用流体系统旋转钻头。在这种类型的钻进中，流体系统所需的功率和推力系统所需的功率之间具有一定的关系，而旋转系统此时不需要功率。

在其他类型的钻头利用钻柱的旋转而被转动的旋转钻进中，流体系统的功率需求与旋转系统或推力系统的功率需求并不直接相关。流体系统所需的功率会由于下列因素而变化：对于不同钻进过程，所用流体的流量发生变化；流体限制发生了变化；所用钻进工具的类型发生变化；钻柱的长度发生变化。这些变化绝大多数都独立于旋转系统或推力系统的功率需求。

本实用新型将主要集中于利用钻柱来转动钻头的旋转钻进，该旋转钻进过程可以包括控制钻柱的旋转以及控制推力系统。针对这种钻进类型所解释的原理也可以应用于其他钻进形式，包括利用泥浆马达转动钻头的形式。本文中所使用的术语“旋转系统”应作宽泛的解释以同时包括旋转钻柱的机械旋转系统以及结合使用泥浆马达的流体旋转系统。该原理并不局限于特定类型的钻进。

对于利用钻柱来转动钻头的旋转钻进而言，旋转系统所需的功率和推力系统所需的功率是相关的，但是二者之间的关系根据钻进过程的不同阶段而变化。典型的水平钻机可以包括如下阶段：1）钻进阶段，此时通过钻柱推进相对小直径的钻头以形成先导孔，该形成过程包括两种模式：a）直线钻进：钻头通过钻柱旋转同时钻柱被向前推进；b）转向或偏斜钻进：钻头被保持在特定的旋转定向或者钻头在特定的旋转定向下轻微震荡，而钻柱被向前推进；2）回拉扩孔阶段，此时在钻柱上连接相对大直径的切割工具（也称之为回拉扩孔器），并且在钻柱旋转的同时沿着先导孔回拉切割工具以扩大先导孔的直径；以及3）推拉阶段，此时在钻柱上连接待安装的产品，使用钻柱将该产品拉入所钻的孔中，此时钻柱无需旋转。

在上述这些阶段或过程中，旋转系统所需功率与推力系统所需功率之间具有可预计的关系。

对于绝大多数水平钻机而言，旋转系统和推力系统中的一者或二者通常使用可变流量的液压系统，其允许液压系统调节液压流量以及旋转系统和/或推力系统中的马达的最终速度从而匹配需要，由此使得所消耗的功率匹配总的所需功率。使用可变流量泵的液压系统比使用定流量泵的液压系统更加昂贵。然而，定流量泵不能为系统提供匹配可变速度需要的灵活性，从而在需要可变速度的系统中定流量泵会导致较低的效率。在本实用新型中，通过使用改进的控制系统，能够在诸如水平钻机的设备中使用低成本的定流量泵实现效率最大化和/或总体功率需求最小化。下面将参照附图更加详细地描述本实用新型的具体构造和有益效果。

图1示出了根据本实用新型的第一实施方式的液压系统10的示意图。该液压系统10可以是应用于钻机特别是水平钻机的液压系统，但是本实用新型并不局限于，相反，该液压系统可以应用于任何需要进行输出功率调节的设备和/或需要在不同的液压回路之间进行了输出功率分配的设备。

如图1所示，液压系统10可以包括第一液压回路100。第一液压回路100可以包括第一液压泵110。第一液压泵100可以由未示出的动力源驱动。该动力源可以例如为发动机等。第一液压回路100还可以包括第一液压马达120。第一液压马达120由第一液压泵110驱动。更具体地，第一液压泵110从油槽S抽吸流体并且经由管路P1和P2将流体输送到第一液压马达120，从第一液压马达120排出的流体经由管路P3返回到油槽S。本领域技术人员应该理解，虽然在图1中为了图示简单示出多个油槽S，但是这些油槽S可以为相同的一个油槽。第一液压泵110可以为定流量液压泵或其他类型的液压泵。

第一液压回路100还可以包括第一可变泄压阀130。第一可变泄压阀130设置在第一液压泵110与第一液压马达120之间的回路中。第一可变泄压阀130可以至少具有第一最大压力设定和第一降低的压力设定。第一可变泄压阀130可以为电磁线圈控制的泄压阀。更具体地，第一液压阀130可以包括电磁线圈132。第一可变泄压阀可以构造成在电磁线圈132加电时处于最大压力设定而在电磁线圈132断电时处于降低的压力设定，或者在电磁线圈132加电时处于降低的压力设定而在电磁线圈132断电时处于最大压力设定。

液压系统10还可以包括控制器30。控制器30能够被操作以将第一可变泄压阀130控制为第一最大压力设定或第一降低的压力设定。例如，控制器30可以仅为一个两位或三位开关以控制向第一可变泄压阀130的电磁线圈132的电力供给。例如，在图1所示的示例中，当控制器30的拨杆L处于C1位置时，电池40的电力能够供给到电磁线圈132，而当拨杆L处于C2或C3位置时，电池40的电力不能供给到电磁线圈132。

当第一可变泄压阀130处于第一最大压力设定时，管路P1和P2中的流体仅在压力超过该第一最大压力设定时才会从第一液压回路100中释放，即经由管路P4释放到油槽S中，因此第一液压回路100中能够维持小于等于第一最大压力设定的液压压力。此时，第一液压马达120以最大的功率被驱动。当第一可变泄压阀130处于第一降低的压力设定时，管路P1和P2中的流体仅在压力超过该第一降低的压力设定时才会从第一液压回路100中释放，因此第一液压回路100中能够维持小于等于第一降低的压力设定的液压压力。此时，第一液压马达120以降低的功率被驱动。

在上述液压回路100中，当第一液压泵110输出的流量一定时，通过改变第一可变泄压阀130的压力设定能够改变第一液压马达120的功率输出。本领域技术人员应该理解，第一可变泄压阀130可以仅设置为包括第一最大压力设定和降低的压力设定在内的二档，也可以设置为包括第一最大压力设定和一系列降低的压力设定在内的多档以使第一液压马达120提供更多的可变的功率输出。

优选地，第一降低的压力设定可以为第一最大压力设定的大约40%-60%。

本实用新型的液压系统10还可以包括第二液压回路200。第二液压回路200可以包括与第一液压回路100基本相同的构造和部件。更具体地，第二液压回路200可包括：第二液压泵210，第二液压泵210可以由未示出的相同的动力源驱动；第二液压马达220，第二液压马达220可以由第二液压泵210驱动，以及第二可变泄压阀230，第二可变泄压阀230可以设置在第二液压泵210与第二液压马达220之间的回路中。第二液压泵210可以为定流量液压泵或其他类型的液压泵。

第二可变泄压阀230可以至少具有第二最大压力设定和第二降低的压力设定。控制器30能够被操作以将第二可变泄压阀230控制为第二最大压力设定或第二降低的压力设定。当第二可变泄压阀230处于第二最大压力设定时，第二液压马达220以最大的功率被驱动，而当第二可变泄压阀230处于第二降低的压力设定时，第二液压马达220以降低的功率被驱动。

第二液压泵210可以经由管路P1’、P2’将流体供给到第二液压马达220，并且从第二液压马达220排出的流体可以经由管路P3’释放到油槽S。另外，从第二可变泄压阀230排出的流体可以经由管路P4’释放到油槽S。第二可变泄压阀230可以包括电磁线圈232。第二可变泄压阀232可以构造成在电磁线圈232加电时处于最大压力设定而在电磁线圈232断电时处于降低的压力设定，或者在电磁线圈232加电时处于降低的压力设定而在电磁线圈232断电时处于最大压力设定。例如，在图1所示的示例中，当控制器30的拨杆L处于C2位置时，电池40的电力能够供给到电磁线圈232，而当拨杆L处于C1或C3位置时，电池40的电力不能供给到电磁线圈232。此处，当拨杆L处于C3位置时，电池40的电力既不能供给到电磁线圈132也不能供给到电磁线圈232。

优选地，第二降低的压力设定也可以设定为第二最大压力设定的大约40%-60%。

在所述液压系统10中，控制器30可以构造成能够将第一可变泄压阀130和第二可变泄压阀230控制为如下状态中的一种：i）第一可变泄压阀130处于第一最大压力设定且第二可变泄压阀处于第二降低的压力设定（例如，该状态可以对应于控制器30的拨杆处于C1的位置）；ii）第一可变泄压阀130处于第一降低的压力设定且第二可变泄压阀230处于第二最大压力设定（例如，该状态可以对应于控制器30的拨杆处于C2的位置）；以及iii）第一可变泄压阀130处于第一降低的压力设定且第二可变泄压阀230处于第二降低的压力设定（例如，该状态可以对应于控制器30的拨杆处于C3的位置）。由此，当控制器为能够由操作员操作的三位开关（即包括C1、C2和C3三个位置）时，控制器能够使整个液压系统在上述i）、ii）和iii）中的任一种状态下运转。当控制器为能够由操作员操作的两位开关（即包括C1和C2两个位置）时，控制器能够使整个液压系统在上述i）或ii）的状态下运转。

优选地，当所述液压系统10应用于钻机特别是水平钻机的情况下，第一液压马达120可以用于驱动钻机的旋转系统，而第二液压马达220可以用于驱动钻机的推力系统。

例如，当进行先导钻孔的钻进时，推力系统需要以最大功率运行以为钻头提供较大的推力或进给力，而旋转系统需要以降低的功率运转（因此此时钻头的直径较小，所以所需扭矩也较小）。此时，可以通过将控制器30的拨杆L设置到位置C2以提供低扭矩高推力。

当进行回拉扩孔作业时，旋转系统需要以最大功率运转以为转头提供最大的扭矩（此时钻头的直径较大），而推力系统需要以降低的功率运行以为钻头提供小的推力或进给力。此时，可以通过将控制器30的拨杆L设置到位置C1以提供高扭矩低推力。

当进行其他需要低扭矩低推力的作业时，可以将控制器30的拨杆L设置到位置C23。

在此需要指出的是，由于第一液压泵110和第二液压泵210都由相同的驱动源（例如，钻机的发动机）驱动，因此，在驱动源的输出功率不变的情况下，降低第一液压回路100（第一液压马达120）的输出功率可以导致第二液压回路200（第二液压马达220）的输出功率增加，相反，降低第二液压回路200（第二液压马达220）的输出功率可以导致第一液压回路100（第一液压马达120）的输出功率增加。由此，采用上述系统，除了能够调节各液压回路的输出功率之外，还能够使得整个液压系统的总功率在各个液压回路之间合理分配，进一步优化了系统的整体性能。

此外，优选地，第一最大压力设定与第一降低的压力设定之间的差除以第二最大压力设定与第二降低的压力设定之间的差可以等于第二液压泵210的流量除以第一液压泵110的流量。另外，第一液压泵110的流量可以大于第二液压泵210的流量。

下面的表1以特定示例示出了本实用新型的上述液压系统当应用于水平钻机时所实现的有益效果，表1还示出了对比示例的情况。

表1

表1示出了在具有控制器30的情况下和没有控制器30的情况下的功率需求的对比。通过使用控制器5并且与各个泄压阀130、230结合，实现旋转系统或推力系统的最大功率的总功率需求为130马力。相反，在不使用控制器30的情况下，总功率需求为160马力。因此，通过增加该控制器30，在实现同样高的扭矩或同样高的推力的情况下，总功率需求可以降低大约20%。

下面参照图2描述根据本实用新型第二实施方式的液压系统10。在图2中采用了与图1相同的附图标记来指代相同的部件，因此将省略对这些部件的重复描述。

在第二实施方式中，在第一液压回路100和第二液压回路200中分别增加了方向控制机构。例如，在第一液压回路100中，在第一液压泵110和第一液压马达120之间的增加了第一方向控制阀140，在第二液压泵210和第二液压马达220之间的增加了第二方向控制阀240。

第一方向控制阀140能够被操作以改变第一液压马达120的旋转方向。进一步地，第一方向控制阀140可以中断第一液压泵110向第一液压马达120的液压供给。具体地，第一方向控制阀140可以包括三个位置，S1、S2和S3。当方向控制阀140中的阀芯处于位置S1时，第一液压马达120沿第一方向旋转。当方向控制阀140中的阀芯处于位置S2时，第一液压马达120沿与第一方向相反的第二方向旋转。当方向控制阀140中的阀芯处于位置S3时，中断了第一液压泵110向第一液压马达120的液压供给，所以第一液压马达120不旋转。本领域技术人员应该理解，操作者能够通过将方向控制阀140交替置于位置S1（S2）或S3来控制第一液压马达120的旋转速度。

同理，第二方向控制阀240能够被操作以改变第二液压马达220的旋转方向。进一步地，第二方向控制阀240可以中断第二液压泵210向第二液压马达220的液压供给。具体地，第二方向控制阀240可以包括三个位置，S1’、S2’和S3’。当方向控制阀240中的阀芯处于位置S1’时，第二液压马达220沿第一方向旋转。当方向控制阀240中的阀芯处于位置S2’时，第二液压马达220沿与第一方向相反的第二方向旋转。当方向控制阀240中的阀芯处于位置S3’时，中断了第二液压泵210向第二液压马达220的液压供给，所以第二液压马达220不旋转。本领域技术人员应该理解，操作者能够通过将方向控制阀240交替置于位置S1’（S2’）或S3’来控制第二液压马达220的旋转速度。

第一方向控制阀140的位置S1、S2和S3的切换可以通过第一切换机构320A实现。例如，第一切换机构320A接收液压泵300的液压供给并且通过控制杆330A的控制而分别经由管路B1供给到第一方向控制阀140的第一端以及经由管路B2供给到第一方向控制阀140的第二端。当第一方向控制阀140的第一端的压力大于第二端的压力时，方向控制阀140的阀芯移动到第二端从而处于位置S1。当第一方向控制阀140的第一端的压力小于第二端的压力时，方向控制阀140的阀芯移动到第一端从而处于位置S2。当第一方向控制阀140的第一端的压力等于第二端的压力时，方向控制阀140的阀芯移动到中间位置从而处于位置S3。

同理，第二方向控制阀240的位置S1’、S2’和S3’的切换可以通过第二切换机构320B实现。例如，第二切换机构320B接收液压泵300的液压供给并且通过控制杆330B的控制而分别经由管路B1’供给到第二方向控制阀240的第一端以及经由管路B2’供给到第二方向控制阀240的第二端。当第二方向控制阀240的第一端的压力大于第二端的压力时，方向控制阀240的阀芯移动到第二端从而处于位置S1’。当第二方向控制阀240的第一端的压力小于第二端的压力时，方向控制阀240的阀芯移动到第一端从而处于位置S2’。当第二方向控制阀240的第一端的压力等于第二端的压力时，方向控制阀240的阀芯移动到中间位置从而处于位置S3’。

本领域技术人员应该理解，可以采用其他构造来控制第一方向控制阀140以及第二方向控制阀240。例如，第一方向控制阀140以及第二方向控制阀240也可以采用电动控制。

下面参照图3描述根据本实用新型的又一实施方式的构造。在本实施方式中，图3中的泵1和1’分别对应于图1和图2中的泵110和210；图3中的马达4-1和4-1’分别对应于图1和图2中的马达120和220；图3中的泄压阀2和2’分别对应于图1和图2中的泄压阀130和230；图3中的控制器5对应于图1和图2中的控制器30；图3中的方向控制阀3-1和3’-1分别对应于图2中的方向控制阀140和240；图3中的切换机构6和6’分别对应于图2中的切换机构320A和320B；图3中的泵1’’对应于图2中的泵300。

在图3的实施方式中进一步包括了虎钳油缸8、8’和8’’。虎钳油缸8、8’和8’’的夹紧和释放分别通过泵1’’输出的流体经由虎钳控制阀9-1、9-2和9-3以及方向控制阀3-2、3’-2和3’-3来控制。此外，图中的3-3和3’-4表示泄压阀，以提供进一步的系统安全性。

在图3的实施方式中进一步包括了第三液压马达4-2和第四液压马达4’-2。用于旋转系统的第一液压马达4-1和第三液压马达4-2经由包括速度控制阀组件7的第一控制回路连接，第一控制回路能够进行控制以使得第一液压马达4-1和第三液压马达4-2彼此串联或并联。例如，当速度控制阀组件7切换到右侧的连接时，第一液压马达4-1和第三液压马达4-2彼此并联运转由此导致低的旋转速度。当速度控制阀组件7切换到左侧的连接时，第一液压马达4-1和第三液压马达4-2彼此串联运转由此导致高的旋转速度。

更具体地，参照图4，速度控制阀组件7可以包括速度控制阀7-1。速度控制阀7-1的位置通过位置控制阀7-2来控制。在图4所示的状态下，第一液压马达4-1和第三液压马达4-2彼此并联连接。具体地，来自方向控制阀3-1的液压流体经由管路L1供给并且在分支点B1处分支。分支点B1处的向上延伸的回路L3经由速度控制阀7-1将液压流体供给到第三液压马达4-2，从第三液压马达4-2排出的液压流体经由管路L4返回到方向控制阀3-1。同时，分支点B1处的向右延伸的回路L6将液压流体供给到第一液压马达4-1，从第一液压马达4-1排出的液压流体经由管路L5和速度控制阀7-1返回到方向控制阀3-1。管路L4和L5在分支点B2处汇合。

当速度控制阀7-1受到控制而切换到左侧的连接时，第一液压马达4-1和第三液压马达4-2彼此串联连接。更具体地，来自方向控制阀3-1的液压流体经由管路L1供给到分支点B1处。分支点B1处的向上延伸的回路被中断，因此液压流体将从分支点B1经由管路L6供给到第一液压马达4-1，从第一液压马达4-1排出的液压流体经由管路L5以及速度控制阀7-1而进入管路L3。管路L3的液压流体进入第三液压马达4-2并且随后经由管路L4返回到方向控制阀3-1。

速度控制阀组件7中还可以包括泄压阀7-3和7-4以提供进一步的安全性。

另外，用于推力系统的第二液压马达4’-1和第四液压马达4’-2经由包括速度控制阀组件7’的第二控制回路连接，第二控制回路能够进行控制以使得第二液压马达4’-1和第四液压马达4’-2彼此串联或并联。例如，当速度控制阀组件7’切换到右侧的连接时，第二液压马达4’-1和第四液压马达4’-2彼此并联运转由此导致低的旋转速度。当速度控制阀组件7’切换到左侧的连接时，第二液压马达4’-1和第四液压马达4’-2彼此串联运转由此导致高的旋转速度。速度控制阀组件7’的构造和运行原理与速度控制阀组件7的构造和运行原理相同，在此不再赘述。

由此通过切换速度控制阀组件7和7’，可以切换由液压马达4-1、4-2构成的液压马达组件4以及液压马达4’-1、4’-2构成的液压马达组件4’的旋转速度。本领域技术人员应该理解液压马达或液压马达组件的速度的切换也可以通过机械式变速器来实现。

在上述各个实施方式中，如果方向控制阀140或3-1被完全偏置，则来自泵110或1的所有流体流量将被传输到马达（组件）120或4，然后回流到油槽S。所需的功率将取决于旋转钻头所需的扭矩，泵的压力将仅仅与产生所需扭矩所需要的压力相同，直到压力需求达到或超过泄压阀的压力设定，此时，液压流体将旁通马达并且经过泄压阀。泄压阀将限定旋转系统产生的最大扭矩。

如果需要旋转但不是全速的旋转，则可以使用切换机构320A（或控制杆330A）或6来控制流量的泵的压力，方向控制阀将处于中间位置（S3），由此泵的压力降增加到泄压阀130或2限定的压力，并且一部分液压流体将流过方向控制阀和泄压阀。在这种情况下，旋转系统所需的功率将由泄压阀的压力设定来限定。不管在哪种情况下，在需要旋转时，最大功率和最大扭矩都由泄压阀的压力设定来限定。

钻进的不同阶段需要不同的旋转功率或推拉功率。在作业过程中，操作者可以通过控制控制器5来改变泄压阀130或2以及230或2’的压力设定来获得更大的旋转扭矩或推拉力。在任何情况下，速度都没有关系，因为不管速度需求如何液压泵都将以最大的流量运行。

如上所述，当本实用新型具体实施为水平钻机时，其能够控制旋转系统和推力系统以最优化整个设备的性能，所述优化是通过平衡旋转系统和推力系统之间的可预计的需求来满足各个阶段的需求。

具体地，在钻机先导孔期间，旋转系统通常全速运转，因此所需功率直接由旋转钻头所需的扭矩限定。旋转系统的液压回路中的压力通常不是最大值，但是当钻头被卡住或者地下状况变化很快时该液压回路中可能达到最大压力。在旋转系统全速运转的情况下，推力系统通常以低于全速的状态运转。在这种情况下，推力系统的液压泵将以该系统中的泄压阀所限定的压力来运转。在该作业阶段，有利的是，减小推力系统的泄压阀压力设定以降低推力系统所要求的功率，并且增加旋转系统的泄压阀压力设定以在高扭矩需求情况出现时提供更高的扭矩。

在回拉扩孔过程中，对于小直径的扩孔，旋转以高速度但是低扭矩（低压力）的方式进行。通常将使用低的推拉速度和低的推拉力（低压力）。可以使用任一种模式。控制器不会给任何一个泄压阀加电。在使用3位开关的情况下，该开关可处以位置C3以提供低扭矩和低推力，从而降低发动机的功率消耗从而节省燃料。对于大直径的扩孔，需要中低旋转速度和高扭矩（高压力）。这将使用低推拉速度和中低推力9（低压力）。此时可以使用高扭矩低推力模式。

在回拉或产品拖拉过程中，需要低或高的旋转速度，但是需要低的旋转扭矩（低压力）。将使用低的推拉速度但是高的推拉力（高压力）。可以使用低扭矩高推力模式。在该阶段，有利的是降低旋转系统的泄压阀压力设定以降低旋转系统所要求的功率，并且增加推力系统的泄压阀压力设定以提供更高的推力功率来满足高推力需求。

尽管在此已详细描述本实用新型的各种实施方式，但是应该理解本实用新型并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本实用新型的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本实用新型的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。

Claims (22)

1.一种液压系统（10），其特征在于包括：第一液压回路（100），所述第一液压回路包括：

第一液压泵（110），所述第一液压泵由动力源驱动，

第一液压马达（120），所述第一液压马达由所述第一液压泵驱动，以及

第一可变泄压阀（130），所述第一可变泄压阀设置在所述第一液压泵与所述第一液压马达之间的回路中，所述第一可变泄压阀至少具有第一最大压力设定和第一降低的压力设定；

所述液压系统还包括控制器（30），所述控制器能够被操作以将所述第一可变泄压阀控制为所述第一最大压力设定或所述第一降低的压力设定，其中当所述第一可变泄压阀处于所述第一最大压力设定时，所述第一液压马达以最大的功率被驱动，而当所述第一可变泄压阀处于所述第一降低的压力设定时，所述第一液压马达以降低的功率被驱动。

2.如权利要求1所述的液压系统，其中所述第一降低的压力设定为所述第一最大压力设定的大约40%-60%。

3.如权利要求1所述的液压系统，进一步包括设置在所述第一液压泵与所述第一液压马达之间的第一方向控制阀（140），所述第一方向控制阀能够被操作以改变所述第一液压马达的旋转方向。

4.如权利要求3所述的液压系统，其中所述第一方向控制阀进一步构造成能够中断所述第一液压泵向所述第一液压马达的液压供给。

5.如权利要求1所述的液压系统，其中所述第一液压泵为定流量液压泵。

6.如权利要求1所述的液压系统，还包括第三液压马达以及用于连接所述第一液压马达和所述第三液压马达的第一控制回路，所述第一控制回路能够进行控制以使得所述第一液压马达和所述第三液压马达彼此串联或并联。

7.如权利要求1-6中任一项所述的液压系统，进一步包括：第二液压回路（200），所述第二液压回路包括：

第二液压泵（210），所述第二液压泵由所述动力源驱动，

第二液压马达（220），所述第二液压马达由所述第二液压泵驱动，以及

第二可变泄压阀（230），所述第二可变泄压阀设置在所述第二液压泵与所述第二液压马达之间的回路中，所述第二可变泄压阀至少具有第二最大压力设定和第二降低的压力设定；

所述控制器（30）能够被操作以将所述第二可变泄压阀控制为所述第二最大压力设定或所述第二降低的压力设定，其中当所述第二可变泄压阀处于所述第二最大压力设定时，所述第二液压马达以最大的功率被驱动，而当所述第二可变泄压阀处于所述第二降低的压力设定时，所述第二液压马达以降低的功率被驱动。

8.如权利要求7所述的液压系统，其中所述第二降低的压力设定为所述第二最大压力设定的大约40%-60%。

9.如权利要求7所述的液压系统，进一步包括设置在所述第二液压泵与所述第二液压马达之间的第二方向控制阀（240），所述第二方向控制阀能够被操作以改变所述第二液压马达的旋转方向。

10.如权利要求9所述的液压系统，其中所述第二方向控制阀进一步构造成能够中断所述第二液压泵向所述第二液压马达的液压供给。

11.如权利要求7所述的液压系统，其中所述第二液压泵为定流量液压泵。

12.如权利要求7所述的液压系统，其中所述控制器（30）构造成能够将所述第一可变泄压阀（130）和所述第二可变泄压阀（230）控制为如下状态中的一种：

i）所述第一可变泄压阀处于所述第一最大压力设定且所述第二可变泄压阀处于所述第二降低的压力设定；

ii）所述第一可变泄压阀处于所述第一降低的压力设定且所述第二可变泄压阀处于所述第二最大压力设定；以及

iii）所述第一可变泄压阀处于所述第一降低的压力设定且所述第二可变泄压阀处于所述第二降低的压力设定。

13.如权利要求12所述的液压系统，其中所述液压系统设置在钻机中。

14.如权利要求13所述的液压系统，其中所述第一液压马达（120）用于驱动所述钻机的旋转系统，所述第二液压马达（220）用于驱动所述钻机的推力系统。

15.如权利要求12所述的液压系统，其中所述控制器为能够由操作员操作的三位开关。

16.如权利要求7所述的液压系统，其中所述控制器为能够由操作员操作的两位开关。

17.如权利要求7所述的液压系统，其中所述第一可变泄压阀（130）和所述第二可变泄压阀（230）均为电磁线圈控制的泄压阀。

18.如权利要求7所述的液压系统，其中所述第一最大压力设定与所述第一降低的压力设定之间的差除以所述第二最大压力设定与所述第二降低的压力设定之间的差等于所述第二液压泵的流量除以所述第一液压泵的流量。

19.如权利要求7所述的液压系统，其中第一液压泵（110）的流量大于所述第二液压泵（210）的流量。

20.如权利要求7所述的液压系统，还包括第四液压马达以及用于连接所述第二液压马达和所述第四液压马达的第二控制回路，所述第二控制回路能够进行控制以使得所述第二液压马达和所述第四液压马达彼此串联或并联。

21.一种钻机，其特征在于包括如权利要求1-20中任一项所述的液压系统。

22.如权利要求21所述的钻机，其中所述钻机为水平钻机。

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