CN103821451A - 凿岩机防卡钎液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种凿岩机防卡钎液压控制系统，包括LS控制的变量泵、凿岩冲击阀块、推进控制阀组、推进调压阀块、防卡钎阀块和先导手柄控制阀组；本发明在凿岩机旋转压力上升时，具备凿岩机推进油缸压力自动降低、停止推进、凿岩机自动返回外，还具备凿岩机返回时自动停止冲击的功能，和现有技术比较，控制功能最为齐全。并且这一控制系统全部采用变量泵LS控制功能，具有自动控制性能好、液压元件通用性强、节能高效的特点。

Description

凿岩机防卡钎液压控制系统

技术领域

本发明涉及一种液压控制系统，特别涉及凿岩机的液压控制系统，可以实现对凿岩机轻、重冲击功率间连续可调。

背景技术

凿岩机在工程机械的岩石施工设备中，具有举足轻重的作用，是主要的岩石钻孔机械，液压凿岩机由于其凿岩速度快、功率大、效率高、污染小，占据着凿岩机的主导地位，液压凿岩机广泛地应用在黑色与有色矿山的地下采矿与巷道掘进、铁路与公路隧道甚至城市地铁的掘进、煤矿以及军事工程施工等场合。

一般液压凿岩机都需要配有钎杆、钎头及联接套，利用钎头破碎岩石而钻孔，在工作时，凿岩机的钎头除了冲击岩石以外，还需要旋转和推进，以便实现高速钻孔和减少钎头的磨损。除了小功率的手持式液压凿岩机外，液压凿岩机由于功率大、速度快，本身的重量也大，因此通常配置在可以移动的车辆（凿岩钻车）上，以实现对岩石的快速钻孔。

众所周知，岩石并非均匀物质，在一个钻孔中，难免会出现岩石的裂隙、硬度不一、夹层等岩石性质变化的现象。由于以上原因，钻头的前进方向会发生偏斜，使钻杆弯曲。这样因钻孔位置的偏斜影响了施工质量，钻杆弯曲严重时会卡住，钎杆和钻头无法取出，形成废孔。因此，一般的凿岩钻车对凿岩机都有一种防卡钎的控制技术，防止以上事故的发生。

一般的凿岩钻车，常用的防卡钎装置是当钻杆的旋转扭矩超过某一设定值时，凿岩机的推进器会停止推进并向后返回，当扭矩减少到一定值时便自动再次推进。功能比较齐全的Atlas Copco公司的DCS-12液压控制系统中，当凿岩机的旋转扭矩增加到一定值时，能够减少推进器的推进压力，如果旋转扭矩继续增加到更高值时，再采用推进器返回退出的方法。其工件原理参见图1。

推进器推进油缸020的推进压力（压力表030）是由减压阀610来控制的，减压阀610本身可以控制最高输出压力，另外通过控制油口300P，还可以减低减压阀的输出压力，即推进器的推进压力。

凿岩机旋转马达的旋转压力（压力表050），通过控制防卡钎阀800中的一个液控节流阀820，对减压阀610的控制油口300P的压力施加影响。当旋转压力高于阀820的设定压力时，阀820移位，控制油300P的压力通过阀820的节流孔的泄漏变低，减压阀610的输出压力同样变低，因此推进器上推进油缸的推进力减小，凿岩机减慢了钻孔推进的速度。

当上述防卡钎措施仍然不能排除故障，凿岩机的旋转压力继续升高，超过由溢流阀830设定的推进器返回压力时，防卡钎阀中的两位五通液动阀810换向，将推进操作阀710供给推进油缸020无杆腔的液压油020A切换、供给推进油缸020的有杆腔020B油口，实现了推进油缸的换向，即推进器由推进变成了后退返回。当上述旋转压力减少时，会逐步恢复到原始工作状态，实现了自动防止卡钎的控制要求。

DCS-12液压系统，使用的是LS控制（Load Sinser control、负载传感控制）的变量泵010，将LS控制装置只作为减压启动装置使用。当电动机启动完毕，液压系统工作时，电磁阀630通电，变量泵工作在恒压变量状态下，操作阀件（710、720）用的是开式系统的多路阀，没有充分发挥LS控制的优越性。

虽然DCS-12的防卡钎技术比较先进，使用也比较有效，但其开式多路阀操作，恒压泵降压控制冲击及推进，存在着能耗高，防卡钎阀组结构复杂、标准化程度低等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凿岩机防卡钎液压控制系统，在凿岩机旋转压力上升时，具备凿岩机推进油缸压力自动降低、停止推进、凿岩机自动返回外，还具备凿岩机返回时自动停止冲击的功能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种凿岩机防卡钎液压控制系统，包括LS控制的变量泵、凿岩冲击阀块、推进控制阀组、推进调压阀块、防卡钎阀块和先导手柄控制阀组；

变量泵的出口和推进控制阀组的进油口、凿岩冲击阀块中的减压阀连接，所述减压阀的输出作为先导手柄的先导控制油源，控制凿岩机重冲击手柄的先导油通过防卡钎阀块的液动方向阀控制后，和轻冲击控制手柄的先导油一起连接到凿岩冲击控制阀块的第一梭阀的两端，所述梭阀的输出则控制了凿岩冲击阀块的液动方向阀，该液动方向阀又控制了推进调压阀块的输出压力信号与推进控制阀组的压力信号连接与否。凿岩冲击阀块的第二梭阀的两端连接着推进控制阀组上的压力信号和推进控制阀组内部的另一个凿岩机压力信号，所述第二梭阀的输出则和凿岩冲击阀块的溢流阀的压力油口连接，同时还连接着变量泵的LS控制油口；

操作推进油缸推进和返回手柄的先导油经过防卡钎阀块的液动两位四通阀控制后，连接到了推进控制阀组中推进方向阀的控制端，其中和操作推进油缸推进先导油连接的还有防卡钎阀块的液动方向阀的控制口，通过该液动方向阀控制凿岩机重冲击手柄的先导油的通断。推进方向阀的进油口通过推进压力补偿阀后和变量泵的出油口连接。推进方向阀的两个出油口分别与两个溢流阀连接后接到推进油缸的两端。推进方向阀的压力信号油可以分别接通两个压力控制阀并且将压力信号通过外部管线连接到凿岩冲击阀块的第二梭阀上；

防卡钎阀块中，凿岩机旋转马达正向旋转压力油和两个溢流阀的压力油口连接，两个溢流阀的回油口又分别连接一个节流孔后与控制回油管连接。一个节流孔与溢流阀的连接处控制了防卡钎阀块的液动两位四通阀，所述两位四通液动阀控制了推进方向阀推进和返回手柄的先导油常态或者反向操作。另一个节流孔与溢流阀的连接处和的推进调压阀块上的平衡阀的控制油口相连接；

推进调压阀块中，输出压力信号和推进调压阀块的平衡阀、推进调压阀块的溢流阀以及推进调压阀块的液动方向阀的一个油口连接，所述液动方向阀常态下还可以使输出压力信号和推进调压阀块上的第二溢流阀的压力油口连接。液动方向阀的控制油口和凿岩控制阀块上的控制凿岩机重冲击手柄的先导油相连接。

进一步的，可以简化防卡钎推进器自动返回时自动停止凿岩机冲击的功能，不设防卡钎阀块中的液动方向阀，使控制凿岩机重冲击手柄的先导油不受其控制。以及其他相应地简化推进器自动降低压力功能等方法。

进一步的，凿岩控制阀块中的减压阀，可以由液压系统中其他的先导油源替代。

进一步的，先导手柄，可用电液比例阀等其他的先导控制阀替代。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种新型的凿岩机防卡钎控制系统，在凿岩机旋转压力上升时，具备凿岩机推进油缸压力自动降低、停止推进、凿岩机自动返回外，还具备凿岩机返回时自动停止冲击的功能，和现有技术比较，控制功能最为齐全。并且这一控制系统全部采用变量泵LS控制功能，具有自动控制性能好、液压元件通用性强、节能高效的特点。

附图说明

图1为Atlas Copco公司的DCS-12液压控制系统中防卡钎部分的原理图；

图2为本发明的一种凿岩机防卡钎控制系统具体实施方式的原理图；

其中图1中：010、LS控制的变量泵，020、凿岩机推进器的推进油缸，030推进压力表，040、凿岩机旋转马达，050凿岩机正向旋转压力表，020A各油口为:推进油缸推进压力油，020B回退压力油，040a凿岩机旋转马达正转压力油，040b反转压力油，P10、变量泵压力油，LS、变量泵控制油，T、主回油，t、控制回油；300P、减压阀控制油，720C、轻冲击控制油，710、A推进操作阀推进压力油，710B、退回压力油，S10、冲击压力油；370、液控单向阀，380节流孔，600、减压阀块，610、外控型减压阀，620、单向阀，630、电磁换向阀，710、推进操作主阀，720、凿岩机冲击操作阀，730、节流阀，740、节流阀，800、防卡钎阀组，810、两位五通液动阀，820、液控节流阀，830溢流阀，840、850、节流孔。

图2中：01、变量泵，02、凿岩机推进器的推进油缸，03、推进压力表，04、凿岩机旋转马达，05、凿岩机正向旋转压力表；P2、推进阀供油口，Pc、先导控制油源，LS1、推进控制阀组压力信号，LS2、推进调压阀块输出压力信号，LS3、凿岩机压力信号，20a、推进先导油，20b、推进返回先导油，C1、凿岩机重冲击先导油，C2、轻冲击先导油，K1、推进调压信号；10、凿岩冲击阀块，11、溢流阀，12、液动方向阀，13减压阀，14、梭阀，15、梭阀，20、推进控制阀组，21a、推进压力阀，21b、退回压力阀，22a、推进压力溢流阀，21b、退回压力溢流阀，23、推进方向阀，24、推进压力补偿阀，30、推进调压阀块，31、液动方向阀，32、溢流阀，33、溢流阀，34、平衡阀，40、防卡钎阀块，41、液动方向阀，44、两位四通液动阀， 42、溢流阀，43、溢流阀，45、节流孔，46、节流孔，50、先导手柄，51a、推进手柄，51b、推进返回手柄，52a、重冲击手柄，52b、轻冲击手柄。

具体实施方式

如图2所示，一种凿岩机防卡钎液压控制系统，包括LS控制的变量泵01、凿岩冲击阀块10、推进控制阀组20、推进调压阀块30、防卡钎阀块40和先导手柄控制阀组50。

变量泵01的出口和推进控制阀组20的进油口、凿岩冲击阀块10中的减压阀13连接，所述减压阀的输出作为先导手柄的先导控制油源Pc，控制凿岩机重冲击手柄的先导油通过防卡钎阀块40的液动方向阀41控制后，和轻冲击控制手柄的先导油一起连接到凿岩冲击阀块10的梭阀15的两端，所述梭阀的输出则控制了凿岩冲击阀块10的液动方向阀12，该液动方向阀又控制了推进调压阀块30的输出压力信号与推进控制阀组20的压力信号连接与否。凿岩冲击阀块10的梭阀14的两端连接着推进控制阀组20上的压力信号和推进控制阀组20内部的另一个凿岩机压力信号，所述梭阀14的输出则和凿岩冲击阀块10的溢流阀11的压力油口连接，同时还连接着变量泵01的LS控制油口。

操作推进油缸推进和返回手柄的先导油经过防卡钎阀块40的两位四通液动阀44控制后，连接到了推进控制阀组20中推进方向阀23的控制端，其中和操作推进油缸推进先导油连接的还有防卡钎阀块40的液动方向阀41的控制口，通过该液动方向阀控制凿岩机重冲击手柄的先导油的通断。推进方向阀23的进油口通过推进压力补偿阀24后和变量泵01的出油口连接。推进方向阀23的两个出油口分别与两个溢流阀22a、22b连接后接到推进油缸的两端。推进方向阀23的压力信号油可以分别接通两个压力控制阀21a、21b并且将压力信号通过外部管线连接到凿岩冲击阀块的梭阀上；

防卡钎阀块40中，凿岩机旋转马达04正向旋转压力油和两个溢流阀42、43的压力油口连接，两个溢流阀的回油口又分别连接一个节流孔45、46后与控制回油管连接。一个节流孔46与溢流阀43的连接处控制了防卡钎阀块的两位四通液动阀44，所述两位四通液动阀44控制了推进方向阀推23进和返回手柄的先导油常态或者反向操作。另一个节流孔45与溢流阀42的连接处和推进调压阀块30上的平衡阀34的控制油口相连接；

推进调压阀块30中，输出压力信号和推进调压阀块30的平衡阀34、推进调压阀块30的溢流阀33以及推进调压阀块30的液动方向阀31的一个油口连接，所述液动方向阀常态下还可以使输出压力信号和推进调压阀块30上的溢流阀34的压力油口连接，所述液动方向阀的控制油口和先导控制阀块50上的控制凿岩机重冲击手柄的先导油相连接。

进一步，可以简化防卡钎推进器自动返回时自动停止凿岩机冲击的功能，不设防卡钎阀块中的液动方向阀，使控制凿岩机重冲击手柄的先导油不受其控制，以及其他相应地简化推进器自动降低压力功能等方法，凿岩控制阀块中的减压阀，可以由液压系统中其他的先导油源替代；先导手柄，可用电液比例阀等其他的先导控制阀替代。

下面结合本系统实际操作中的具体实施方式进一步说明本发明是如何实现的：

变量泵01提供的压力油由P1油口供给凿岩冲击阀块10作为动力源，通过推进阀供油口P2再向推进控制阀组20供油，在凿岩冲击阀块10内，减压阀13由P1油口供油，减压阀13的输出由先导控制油源Pc油口作为先导手柄的先导控制阀块50的油源。

凿岩机轻冲击手柄52b通过轻冲击先导油C2连接到凿岩冲击阀块10中梭阀15的一端，重冲击手柄52a的压力油在推进控制阀组处于推进状态，防卡钎阀块40内的两位四通液动阀44换向接通凿岩机重冲击先导油C1再连通到梭阀15的另一端，同时还控制了推进调压阀块30内的液动方向阀31换向，切除溢流阀32对推进推进调压阀块30输出压力的控制。重冲击手柄52a和轻冲击手柄52b控制着凿岩机的冲击，通过梭阀15控制液动方向阀12换向，使推进调压阀块的输出压力信号LS2接到推进控制阀组压力信号LS1上，参与推进压力控制。图2的凿岩冲击阀块10内部只表示了内部凿岩机冲击的凿岩机压力信号LS3，有关凿岩机冲击控制的其他部分图中未表示。

推进手柄51a和推进返回手柄51b的操作通过防卡钎阀块40中液动方向阀41控制后，由推进先导油20a、推进返回先导油20b接到推进控制阀组20，控制推进方向阀23换向。

凿岩机不工作时，旋转马达正转04a无压力，阀41如图2所示处于常态，推进手柄51a的压力油和推进先导油20a连通，推进方向阀23换向，推进阀供油口P2的液压油通过推进压力补偿阀24、推进方向阀阀23进入02A，推进油缸伸出，同时推进压力阀21a接入到推进控制阀组压力信号LS1中，经过梭阀14后加载到变量泵的LS油口，控制变量泵01的输出压力。溢流阀11与LS油口相连通，溢流阀11的溢流压力，限止了变量泵01的最高输出压力，即本系统的最高工作压力。推进返回手柄51b则连通推进返回先导油20b，推进阀供油口P2的液压油由推进方向阀23控制进入02B，推进油缸缩回，同时退回压力溢流阀21b 接入到推进控制阀组压力信号LS1中。

凿岩工作时，凿岩机正向旋转（04a供油）与冲击同时工作，推进手柄51a使推进油缸处于推进位置。在推进先导油20a的作用下，两位四通液动阀44换向，将重冲击手柄52a的输出接到凿岩机重冲击先导油C1，可以控制液动方向阀31的换向。

开口时，凿岩机轻冲击手柄52b工作，由于重冲击手柄52a无输出压力，液动方向阀31不换向。轻冲击手柄52b的压力油经过梭阀15使液动方向阀12换向，推进调压阀块的输出信号LS2和推进控制阀组压力信号LS1连通，再通过梭阀14将其连接到变量泵的LS口。由溢流阀32设定的凿岩开口的推进压力，比溢流阀33及平衡阀34设定的压力低，因此变量泵01的LS压力由溢流阀32决定，为较低的凿岩开口的推进压力，凿岩机处于轻冲击状态。

当凿岩机重冲击手柄52a工作，同样通过梭阀15使液动方向阀12换向，并且液动方向阀31也换向。将溢流阀32与溢流阀33切断。溢流阀33及平衡阀34设定的压力和变量泵01的LS压力连通，凿岩机的推进压力升高，凿岩机处于重冲击高推进压力的高速凿岩的工作状态。

防卡钎阀块40中，溢流阀42的设定压力为凿岩机最高的正常旋转压力，溢流阀43的设定压力为推进器返回的凿岩机旋转压力，比阀42设定的压力要高得多。

在高速凿岩的工作状态下，如果出现卡钎现象，凿岩机旋转马达04a的压力（扭矩）上升，这一压力加载到防卡钎阀块40的两个溢流阀42、43的压力油口。当高于溢流阀42的设定压力时，溢流阀42开始泄漏，其压力差加载到了节流孔45上，这一压力差通过推进调压信号K1加载到平衡阀34的控制口，使平衡阀34的溢流压力即推进调压阀块输出压力信号LS2按比例下降，通过推进控制阀组压力信号LS1控制推进压力补偿阀24使推进阀组02A的输出压力随之下降，达到了自动降低推进压力的目标。当K1的压力足够大，使平衡阀34全部开启，压降为零时，02A的压力降到零，推进器便停止推进。

当凿岩机旋转马达04a的压力继续上升，高于溢流阀43的设定压力时，溢流阀43开始泄漏，其压力差加载到了节流孔46上，使两位四通液动阀44换向，液动方向阀41的换向，将推进返回手柄51a输出连通到推进返回先导油20b，推进方向阀23从推进位置换到返回位置，推进阀供油口P2的液压油和02B连通，推进油缸缩回，凿岩机返回。实现了自动返回的控制目标。由于液动方向阀41的换向，液动换向阀41控制油口失去了控制压力，两位四通液动阀44回位，切断了重冲击手柄52a到C1的通路，在凿岩冲击阀块中，自动切断了凿岩机的冲击油源，凿岩机停止冲击。与此同时，液动方向阀12失去了控制压力回位，切断了推进调压阀块输出压力信号LS2与推进控制阀组压力信号LS1之间的连接。推进调压阀块的输出压力LS2不再参与推进控制阀组20的控制，推进返回时的压力由退回压力阀21b来控制。溢流阀43的溢流，达到了推进器自动返回、自动停止冲击两个控制目标。

由于自动防卡钎功能的作用，当凿岩机旋转马达04a的压力下降时，液压控制系统便自动地按上述相反的程序恢复到重冲击与全压力推进的高速凿岩工作状态。

本发明提供了一种新型的凿岩机防卡钎控制系统，在凿岩机旋转压力上升时，具备凿岩机推进油缸压力自动降低、停止推进、凿岩机自动返回外，还具备凿岩机返回时自动停止冲击的功能，和现有技术比较，控制功能最为齐全。并且这一控制系统全部采用变量泵LS控制功能，具有自动控制性能好、液压元件通用性强、节能高效的特点。

以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种凿岩机防卡钎液压控制系统，包括LS控制的变量泵、凿岩冲击阀块、推进控制阀组、推进调压阀块、防卡钎阀块和先导手柄控制阀组，其特征在于：变量泵的出口和推进控制阀组的进油口、凿岩冲击阀块中的减压阀连接，所述减压阀的输出作为先导手柄的先导控制油源，控制凿岩机重冲击手柄的先导油通过防卡钎阀块的液动方向阀控制后，和轻冲击控制手柄的先导油一起连接到凿岩冲击控制阀块的第一梭阀的两端，所述梭阀的输出则控制了凿岩冲击阀块的液动方向阀，该液动方向阀又控制了推进调压阀块的输出压力信号与推进控制阀组的压力信号连接与否，凿岩冲击阀块的第二梭阀的两端连接着推进控制阀组上的压力信号和推进控制阀组内部的另一个凿岩机压力信号，所述第二梭阀的输出则和凿岩冲击阀块的溢流阀的压力油口连接，同时还连接着变量泵的LS控制油口；

操作推进油缸推进和返回手柄的先导油经过防卡钎阀块的液动两位四通阀控制后，连接到了推进控制阀组中推进方向阀的控制端，其中和操作推进油缸推进先导油连接的还有防卡钎阀块的液动方向阀的控制口，通过该液动方向阀控制凿岩机重冲击手柄的先导油的通断，推进方向阀的进油口通过推进压力补偿阀后和变量泵的出油口连接，推进方向阀的两个出油口分别与两个溢流阀连接后接到推进油缸的两端，推进方向阀的压力信号油可以分别接通两个压力控制阀并且将压力信号通过外部管线连接到凿岩冲击阀块的第二梭阀上；

防卡钎阀块中，凿岩机旋转马达正向旋转压力油和两个溢流阀的压力油口连接，两个溢流阀的回油口又分别连接一个节流孔后与控制回油管连接，一个节流孔与溢流阀的连接处控制了防卡钎阀块的液动两位四通阀，所述两位四通液动阀控制了推进方向阀推进和返回手柄的先导油常态或者反向操作，另一个节流孔与溢流阀的连接处和的推进调压阀块上的平衡阀的控制油口相连接；

推进调压阀块中，输出压力信号和推进调压阀块的平衡阀、推进调压阀块的溢流阀以及推进调压阀块的液动方向阀的一个油口连接，所述液动方向阀常态下还可以使输出压力信号和推进调压阀块上的第二溢流阀的压力油口连接，液动方向阀的控制油口和凿岩控制阀块上的控制凿岩机重冲击手柄的先导油相连接。

2.根据权利要求1所述一种凿岩机防卡钎液压控制系统，其特征在于：可以简化防卡钎推进器自动返回时自动停止凿岩机冲击的功能，不设防卡钎阀块中的液动方向阀，使控制凿岩机重冲击手柄的先导油不受其控制，以及其他相应地简化推进器自动降低压力功能等方法。

3.根据权利要求1所述一种凿岩机防卡钎液压控制系统，其特征在于：凿岩控制阀块中的减压阀，可以由液压系统中其他的先导油源替代。

4.根据权利要求1所述一种凿岩机防卡钎液压控制系统，其特征在于：先导手柄，可用电液比例阀等其他的先导控制阀替代。

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