CN211737046U - 一种煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，包括液压泵和油箱，与所述的液压泵连接设置有动力液压系统和制动液压系统；动力液压系统至少设置钻机液压马达，制动液压系统包括制动储能油路和换向辅助油路，所述的制动储能油路维持钻机液压马达制动状态下的液压油压；换向辅助油路为钻机液压马达的换向提供制动状态下的液压油。本实用新型解决了煤矿井下定向钻进过程中制动装置持续供油造成的液压资源占用或系统溢流发热等问题，减少了定向钻进过程中的操作辅助时间，提高了定向钻进的效率和可靠性，保证了定向造斜轨迹的精准性，使钻孔达到预先设计要求。

Description

一种煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统

技术领域

本实用新型属于煤矿井下定向钻机定向钻进技术领域，具体涉及一种煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统。

背景技术

煤矿井下钻探技术主要分为回转钻进和定向钻进，近些年来定向钻进技术以其轨迹精准可控、钻遇率高、施工量小、一孔多用、可开分支等特点逐渐在各大矿区推广应用。

定向钻进其施工工艺原理为：孔口的高压介质(水或空气)通过钻杆内部通道抵达孔底螺杆马达，驱动孔底螺杆马达钻头回转碎岩，孔底螺杆马达其结构上在头部带有1°左右的弯角，可在钻机给进油缸的推动施压下实现定向造斜，造斜过程需保证螺杆孔底钻具的工具面向角(即孔底螺杆马达弯角在周向上的方位)不变，但孔底螺杆马达钻头回转的过程中会产生一定大小的反扭矩并通过钻杆传递作用于孔口动力头，为了防止动力头出现转动而引起孔底马达工具面向角变动，就要求钻机具备动力头主轴制动功能，即定向钻进施工时钻机处于定向钻进状态(制动状态)；当施工一段孔深时，需要测量钻孔实钻轨迹，当钻孔轨迹与设计轨迹出现偏差时，需使钻机进入回转钻进状态(非制动状态)，通过对动力头回转带动孔内钻具，进行孔底螺杆马达工具面向角的调整。

在实际定向钻进施工过程中，每进行一次钻具的加卸或工具面向角的调整，就需要在定向钻进状态(制动状态)与回转钻进状态(非制动状态)间切换1次，切换操作相当频繁。现有的定向钻机液压系统基本都采用持续向制动装置供给压力油的方式，占用了一定的系统资源并带来系统溢流发热，此外，在进行定向钻进状态(制动状态)与回转钻进状态(非制动状态)间切换的过程中操作步骤相对繁琐，往往需要多个操作；并且由于操作的繁琐，较易出现制动状态下误操作回转动作，导致制动装置与主动轴摩擦力剧增，长时间会影响制动装置的制动效果，并改变既定的工具面向角，进而大大影响定向钻孔轨迹的精准性，严重的还会损坏孔底马达，造成巨大的经济损失。

发明内容

为了解决以上问题，本实用新型提供了一种煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，液压系统制动装置采用点动保压式供油方式，无需占用系统持续压力油源，提高了液压资源的利用率，减少了制动状态下高压管路的数量，也避免了可能发生的系统溢流发热。液压系统附带回转防误操作保护功能，有效的避免的误操作对制动装置的冲击损坏。

为解决上述问题，本实用新型采取的技术方案包括：

一种煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，包括液压泵和油箱，与所述的液压泵连接设置有动力液压系统和制动液压系统；动力液压系统至少设置钻机液压马达，制动液压系统包括制动储能油路和换向辅助油路，所述的制动储能油路维持钻机液压马达制动状态下的液压油压；换向辅助油路为钻机液压马达的换向提供制动状态下的液压油。

可选的，所述的制动液压系统设置与液压泵依次连接的制动换向阀和液控单向阀，与液控单向阀连接分别为制动储能油路和换向辅助油路；制动换向阀为三通阀。

可选的，所述的制动储能油路包括依次连接的蓄能器和制动装置，制动装置为钻机液压马达提供制动力。

可选的，所述的制动装置为摩擦片式制动装置。

可选的，所述的换向辅助油路包括与液控单向阀连接的正转液控换向阀和反转液控换向阀，正转液控换向阀和反转液控换向阀控制钻机液压马达的转向。

可选的，所述的动力液压系统还设置与液压泵连接的回转换向阀，与回转换向阀连接依次为正转液控换向阀和反转液控换向阀，正转液控换向阀和反转液控换向阀控制钻机液压马达的正转和反转。

可选的，在所述的液压系统中还设置安全阀，安全阀设置在动力液压系统与油箱之间。

一种煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，包括液压泵和油箱，与所述的液压泵连接设置有动力液压系统和制动液压系统；

所述的制动液压系统设置与液压泵依次连接的制动换向阀和液控单向阀，与液控单向阀连接分别为制动储能油路和换向辅助油路；

所述的制动储能油路包括依次连接的蓄能器和制动装置，制动装置为钻机液压马达提供制动力；

所述的换向辅助油路包括与液控单向阀连接的正转液控换向阀和反转液控换向阀，正转液控换向阀和反转液控换向阀控制钻机液压马达与制动装置的联动功能；

所述的动力液压系统还设置与液压泵连接的回转换向阀，与回转换向阀连接依次为正转液控换向阀和反转液控换向阀，正转液控换向阀和反转液控换向阀控制钻机液压马达的正转和反转。

一种定向钻机，所述的定向钻机采用本公开所述的煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统提供液压油。

可选的，所述的定向钻机设置有动力头，动力头上安装主轴和制动装置，与所述的主轴沿轴向依次连接有定向钻杆、螺杆马达和钻头，在定向钻杆上套设卡盘。

本实用新型达到的技术效果：

本实用新型解决了煤矿井下定向钻进过程中液压系统定向钻进状态(制动状态)与回转钻进状态(非制动状态)间切换过程中操作繁琐，以及定向钻进状态(制动状态) 下误操作回转联手把易导致的液压系统憋压、制动装置与主动轴烧结，制动装置持续供油占用系统资源或造成系统溢流发热等问题，减少了定向钻进过程中的操作辅助时间，提高了定向钻进的效率，并且提高了定向钻进的可靠性，保证了定向造斜轨迹的精准性，使钻孔达到预先设计要求。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，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公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统结构图；

图1中：A-动力液压系统、B-制动液压系统、B1-制动储能油路、B2-换向辅助油路；

1-回转换向阀、2-制动换向阀、3-液控单向阀、4-蓄能器、5-第一制动装置、6-钻机液压马达、7-正转液控换向阀、8-反转液控换向阀、9-安全阀、10-液压泵、11-油箱。

图2是定向钻机结构图；

图2中：a-动力头、b-主轴、c-第二制动装置、d-卡盘、e-定向钻杆、f-螺杆马达、 g-钻头。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

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、左、右、前、后”通常对应于车辆的上、下、左、右、前、后，其中，“上、下”对应于竖直方向或高度方向，“左、右”对应于横向方向，其中，“升、降”是指相应的部件在竖直方向上向上或向下的运动。但上述方位词仅用于解释和说明本公开，并不用于限制。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

结合图1，本实用新型的煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，包括液压泵10和油箱11，与液压泵10连接设置有动力液压系统A和制动液压系统B；动力液压系统A至少设置钻机液压马达6，制动液压系统B包括制动储能油路B1和换向辅助油路B2，制动储能油路B1维持钻机液压马达制动状态下的液压油压；换向辅助油路B2 为钻机液压马达6的换向提供制动状态下的液压油。在通常的液压系统中，插装式液控换向阀由于其体积小、安装方便被广泛应用，其内部为滑阀结构，密封面采用的机械密封形式存在微小的内部泄露，即液控换向阀的三个油路腔体，存在从高压腔体向低压腔体缓慢泄露的现象。常规的定向钻机采用持续供给高压油的方式解决滑阀的泄漏，一定程度上浪费了液压系统资源。本实用新型的制动液压系统B采用点动保压式供油方式，即将制动液压系统B划分为制动储能油路B1和换向辅助油路B2，通过对压力油能量的储存，可保障制动系统一直保持制动状态，消除了液控滑阀内泄对于制动状态的影响，同时保证了在制动状态下，换向辅助油路B2为钻机液压马达6的换向提供制动状态下的稳定的液压油压的要求。

在本公开的实施例中，制动液压系统B设置与液压泵10依次连接的制动换向阀2和液控单向阀3，与液控单向阀3连接分别为制动储能油路B1和换向辅助油路B2；制动换向阀2为三通阀。优选的，制动储能油路B1包括依次连接的蓄能器4和第一制动装置5，第一制动装置5为钻机液压马达6提供制动力。操作制动换向阀2置于前位可使液压泵10产生的高压油进入制动液压系统B管路，高压油经过液控单向阀3和蓄能器4后通往第一制动装置5，而动力头a的卡盘d与主轴b通过柱销连接并同步，卡盘 d在定向钻进工作状态下有足够大的力紧紧抱住孔底钻具，所以主轴b的制动就保障了孔底螺杆马达工具面向角的固定。当第一制动装置5内腔压力建立后，将制动换向阀2 置于中位，由于制动液压系统B中拥有液控单向阀3，故此前制动油路内建立起的压力被锁定，第一制动装置5持续处于制动状态，故系统无需持续向制动装置供油。当第一制动装置5处于制动状态时，操作制动换向阀2置于后位可使油泵产生的高压油通过制动换向阀2通往第一制动装置5的油路中的液控单向阀3并将其打开，原制动系统中的高压油通过制动换向阀2阀芯卸荷，此时，第一制动装置5腔体及蓄能器4压力卸荷，主轴b不受摩擦阻力，即第一制动装置5的制动状态解除。

在本公开的实施例中，第一制动装置5为摩擦片式制动装置。第一制动装置5采用摩擦片式制动原理，高压油进入第一制动装置5腔体内克服弹簧力建立起压力，摩擦片在高压油的作用下形变，与主轴b牢牢贴近，由于摩擦片摩擦系数较高，可确保主轴b 处于制动状态。

在本公开的实施例中，换向辅助油路B2包括与液控单向阀3连接的正转液控换向阀7和反转液控换向阀8，正转液控换向阀7和反转液控换向阀8控制钻机液压马达6 的转向。当第一制动装置5处于制动状态时，液控单向阀3后油路处于高压状态。此时制动液压系统B中分别有两路信号油通往正转液控换向阀7及反转液控换向阀8，高压信号油可推动正转液控换向阀7及反转液控换向阀8发生换向，可将正转或反转油路更改，油液不再经过钻机液压马达6，而是直接通往油箱11，此时操作回转换向阀1，不发生任何动作。当第一制动装置5处于非制动状态时，正转液控换向阀7及反转液控换向阀8压力信号为零，阀芯处于常位，操作回转换向阀1，液压泵10产生的高压油分别经过正转液控换向阀7及反转液控换向阀8通往钻机液压马达6。

在本公开的实施例中，动力液压系统A还设置与液压泵10连接的回转换向阀1，与回转换向阀1连接依次为正转液控换向阀7和反转液控换向阀8，正转液控换向阀7和反转液控换向阀8控制钻机液压马达6的正转和反转。

在本公开的实施例中，在动力液压系统A中还设置安全阀9，安全阀9设置在动力液压系统A与油箱11之间。安全阀9处于常闭状态，当管道内的液压油压力升高超过规定值时，通过向系统外排放液压油来防止管道压力超过规定数值。

一种优选的实施例，结合图1，本实施例的煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，包括液压泵10和油箱11，与液压泵10连接设置有动力液压系统A和制动液压系统B；制动液压系统B设置与液压泵10依次连接的制动换向阀2和液控单向阀3，与液控单向阀3连接分别为制动储能油路B1和换向辅助油路B2；制动储能油路B1包括依次连接的蓄能器4和第一制动装置5，第一制动装置5为钻机液压马达6提供制动力；换向辅助油路B2包括与液控单向阀3连接的正转液控换向阀7和反转液控换向阀8，正转液控换向阀7和反转液控换向阀8控制钻机液压马达6的转向；动力液压系统A还设置与液压泵10连接的回转换向阀1，与回转换向阀1连接依次为正转液控换向阀7和反转液控换向阀8，正转液控换向阀7和反转液控换向阀8控制钻机液压马达6的正转和反转。安全阀9设置在动力液压系统A与油箱11之间。

结合图2，一种定向钻机，定向钻机采用本公开的煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统提供液压油。在本公开的实施例中，定向钻机设置有动力头a，动力头a上安装主轴b和第二制动装置c，与主轴b沿轴向依次连接有定向钻杆e、螺杆马达f和钻头g，在定向钻杆e上套设卡盘d。

本公开具有以下三个优点：

制动系统点动保压式供油：在满足回转误操作保护功能所需的多种液控滑阀使用的同时，采用点动保压式供油，即让制动液压系统B压力达到一定值即可停止供油，并通过系统中的液控单向阀3及蓄能器4为后续制动系统的压力维持提供可靠保障。这种点动保压式供油不占用系统持续压力油源，提高了液压资源的利用率，减少了制动状态下高压管路的数量，也避免了可能发生的系统溢流发热、功耗浪费等负面影响，提高了液压系统寿命及可靠性。

操作简便：本系统进入制动状态及解除均只需要将制动换向阀2置于前位或后位即可，均只需操作一次即可。而现有的制动装置液压系统，大多采用持续压力油源供给，但又无法实现专泵供给，故造成了往往需要2-3次换向操作才能实现动力头主轴制动，造成制动系统操作的复杂繁琐。在实际定向钻进施工过程中，每进行一次钻具的加卸或工具面向角调节就需要在制动状态和非制动状态间切换一次，操作频率较大，本系统采用点动保压式供油，大大简化了制动操作，提高了施工效率。

回转误操作保护功能：在定向钻进施工的过程中，一旦工具面向角调定后，不允许钻具进行转动。虽然理论上制动状态下，第二制动装置c能够有效的与主轴b贴紧摩擦，发挥制动作用，但这种设计主要为克服孔底定向钻具在钻进过程中的反扭矩，一旦误操作正转或反转，动力头会产生主动回转的趋势，这种主动趋势远远大于孔内定向钻具的反扭矩，长时间以来很容易增大制动装置与主轴的磨损，导致制动失效。此时，一旦在定向状态下误操作回转换向阀1，就会操作孔内钻具跟随动力头a转动，导致调定的工具面向发生变化，这种误操作轻则需要重新调定工具面向角，影响施工效率和定向钻孔轨迹的精准度，重则会对孔底定向螺杆马达造成冲击并致其损坏。而定向螺杆马达作为定向钻具系统中较为昂贵的部分，这也给施工带来的巨大的经济风险。而本系统在制动状态下可实现回转回路的安全卸荷，即使误操作也不会对定向钻进施工造成影响。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (8)

1.一种煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，包括液压泵(10)和油箱(11)，其特征在于，与所述的液压泵(10)连接设置有动力液压系统(A)和制动液压系统(B)；

动力液压系统(A)至少设置钻机液压马达(6)，制动液压系统(B)包括制动储能油路(B1)和换向辅助油路(B2)，所述的制动储能油路(B1)维持钻机液压马达(6)制动状态下的液压油压；换向辅助油路(B2)为钻机液压马达(6)的换向提供制动状态下的液压油。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，其特征在于，所述的制动液压系统(B)设置与液压泵(10)依次连接的制动换向阀(2)和液控单向阀(3)，与液控单向阀(3)连接分别为制动储能油路(B1)和换向辅助油路(B2)；

制动换向阀(2)为三通阀。

3.根据权利要求2所述的煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，其特征在于，所述的制动储能油路(B1)包括依次连接的蓄能器(4)和第一制动装置(5)，第一制动装置(5)为钻机液压马达(6)提供制动力。

4.根据权利要求3所述的煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，其特征在于，所述的第一制动装置(5)为摩擦片式制动装置。

5.根据权利要求2所述的煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，其特征在于，所述的换向辅助油路(B2)包括与液控单向阀(3)连接的正转液控换向阀(7)和反转液控换向阀(8)，正转液控换向阀(7)和反转液控换向阀(8)控制钻机液压马达(6)与制动装置的联动。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，其特征在于，所述的动力液压系统(A)还设置与液压泵(10)连接的回转换向阀(1)，与回转换向阀(1)连接依次为正转液控换向阀(7)和反转液控换向阀(8)，正转液控换向阀(7)和反转液控换向阀(8)控制钻机液压马达(6)的正转和反转。

7.根据权利要求6权利要求所述的煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，其特征在于，在所述的动力液压系统(A)中还设置安全阀(9)，安全阀(9)设置在动力液压系统(A)与油箱(11)之间。

8.一种煤矿井下定向钻机用动力头主轴制动配套液压系统，包括液压泵(10)和油箱(11)，其特征在于，与所述的液压泵(10)连接设置有动力液压系统(A)和制动液压系统(B)；

所述的制动液压系统(B)设置与液压泵(10)依次连接的制动换向阀(2)和液控单向阀(3)，与液控单向阀(3)连接分别为制动储能油路(B1)和换向辅助油路(B2)；

所述的制动储能油路(B1)包括依次连接的蓄能器(4)和第一制动装置(5)，第一制动装置(5)为钻机液压马达(6)提供制动力；

所述的换向辅助油路(B2)包括与液控单向阀(3)连接的正转液控换向阀(7)和反转液控换向阀(8)，正转液控换向阀(7)和反转液控换向阀(8)控制钻机液压马达(6)与第一制动装置(5)的联动功能；

所述的动力液压系统(A)还设置与液压泵(10)连接的回转换向阀(1)，与回转换向阀(1)连接依次为正转液控换向阀(7)和反转液控换向阀(8)，正转液控换向阀(7)和反转液控换向阀(8)控制钻机液压马达(6)的正转和反转。

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