自动接卸杆液压控制系统及钻机动力头

1063 编辑：中冶有色技术网来源：湖南创远高新机械有限责任公司

2024-01-12 14:08:37

权利要求书： 1.一种自动接卸杆液压控制系统，其特征在于，包括：回转马达、用于给所述回转马达供油的回转液压泵、推进油缸、用于给所述推进油缸供油的推进液压泵，所述回转液压泵和推进液压泵的出油口处分别并联有电比例调压阀；所述推进油缸和推进液压泵之间还设有用于控制所述推进油缸换向的第一电比例换向阀，所述第一电比例换向阀的两个工作油口分别通过比例减压溢流阀与所述推进油缸的有杆腔和无杆腔连通，所述比例减压溢流阀用于调整溢流压力以平衡钻机动力头的自重和摩擦阻力；所述回转马达和回转液压泵之间还设有用于控制所述回转液压泵换向的第二电比例换向阀，所述第二电比例换向阀的两个工作油口分别连通所述回转马达的进出油口，用于控制所述回转马达的换向；接卸杆过程中,控制所述回转马达转动，所述推进油缸自动跟随接卸杆动作。

2.根据权利要求1所述的一种自动接卸杆液压控制系统，其特征在于，所述第一电比例换向阀和第二电比例换向阀均为三位四通换向阀。

3.根据权利要求2所述的一种自动接卸杆液压控制系统，其特征在于，所述第一电比例换向阀处于第一工作位时，液压油能够进入所述推进油缸的有杆腔，所述第一电比例换向阀处于第二工作位时，液压油能够进入所述推进油缸的无杆腔，所述第一电比例换向阀处于第三工作位时，处于中间保压状态。

4.根据权利要求2或3所述的一种自动接卸杆液压控制系统，其特征在于，所述第二电比例换向阀处于第一工作位时，液压油能够进入所述回转马达的第一油口并进行正转，所述第二电比例换向阀处于第二工作位时，液压油能够进入所述回转马达的第二油口并进行反转，所述第二电比例换向阀处于第三工作位时，处于中间保压状态。

5.根据权利要求4所述的一种自动接卸杆液压控制系统，其特征在于，所述回转马达的回转速度由所述第二电比例换向阀两端的比例电磁铁电流大小控制。

6.根据权利要求1、2、3、5任意一项所述的一种自动接卸杆液压控制系统，其特征在于，所述比例减压溢流阀为电磁式比例溢流减压阀。

7.根据权利要求6所述的一种自动接卸杆液压控制系统，其特征在于，所述比例减压溢流阀的溢流压力通过控制设置在其端部的比例电磁铁电流的大小进行调节。

8.根据权利要求1、2、3、5任意一项所述的一种自动接卸杆液压控制系统，其特征在于，所述电比例调压阀为直动式比例溢流阀。

9.根据权利要求1、2、3、5任意一项所述的一种自动接卸杆液压控制系统，其特征在于，所述电比例调压阀的溢流压力通过控制其端部的电磁铁电流的大小进行调节。

10.一种钻机动力头，其特征在于，包括钻机动力头液压控制系统，所述钻机动力头液压控制系统具体为如权利要求1?9任意一项所述的自动接卸杆液压控制系统。

说明书：自动接卸杆液压控制系统及钻机动力头技术领域[0001] 本发明涉及天井钻机技术领域，具体涉及一种自动接卸杆液压控制系统及钻机动力头。

背景技术[0002] 天井钻机在施工过程接卸钻杆的辅助时间的长短影响到作业效率的快慢。传统的接卸杆液压电气控制有两种方式，第一种方式，人工操作推进油缸的手动换向阀实现推进

和反提，同时人工操作回转马达的手动换向阀实现正转和反转，控制好速度即可实现接杆

和卸杆，此种操作虽然简单，但接卸杆质量取决于操作人员的熟练程度；第二种方式，采用

电动换向阀替代手动换向阀，实现推进油缸的自动推进和反提，以及回转马达的自动正转

和反转，这样使用电控操作手柄更灵活，可实现一键自动接卸杆，无需两手柄同时匹配接卸

杆，可实现接卸杆程序化和自动化，但当环境变化需要调整参数时，对操作手的技能要求更

高，如若不及时调整相关参数，会损坏钻杆螺纹。

[0003] 因此，亟需一种既能够实现自动接卸杆，又能避免损坏钻杆螺纹的液压控制系统。发明内容[0004] 为了解决上述问题，本发明提供一种自动接卸杆液压控制系统及钻机动力头，既能够实现自动接卸杆，又能够避免损坏钻杆螺纹。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供一种自动接卸杆液压控制系统，包括：回转马达、用于给所述回转马达供油的回转液压泵、推进油缸、用于给所述推进油缸供油的推进液压

泵，所述回转液压泵和推进液压泵的出油口处分别并联有电比例调压阀，用于调定推进油

缸和回转马达的系统压力；所述推进油缸和推进液压泵之间还设有用于控制所述推进油缸

换向的第一电比例换向阀，所述第一电比例换向阀的两个工作油口分别通过比例减压溢流

阀与所述推进油缸的有杆腔和无杆腔连通，所述比例减压溢流阀用于调整溢流压力以平衡

钻机动力头的自重和摩擦阻力；所述回转马达和回转液压泵之间还设有用于控制所述回转

液压泵换向的第二电比例换向阀，所述第二电比例换向阀的两个工作油口分别连通所述回

转马达的进出油口，用于控制所述回转马达的换向。

[0006] 进一步地，所述电比例调压阀为直动式比例溢流阀，用于设定钻孔和接卸杆不同工况下不同的系统压力，防止系统压力超出限定值。

[0007] 进一步地，所述电比例调压阀的溢流压力通过控制其端部电磁铁电流的大小进行调节。

[0008] 进一步地，所述第一电比例换向阀和第二电比例换向阀均为三位四通换向阀。[0009] 进一步地，所述第一电比例换向阀处于第一工作位时，液压油能够进入所述推进油缸的有杆腔，所述第一电比例换向阀处于第二工作位时，液压油能够进入所述推进油缸

的无杆腔，所述第一电比例换向阀处于第三工作位时，处于中间保压状态。

[0010] 进一步地，所述第二电比例换向阀处于第一工作位时，液压油能够进入所述回转马达的第一油口并进行正转，所述第二电比例换向阀处于第二工作位时，液压油能够进入

所述回转马达的第二油口并进行反转，所述第二电比例换向阀处于第三工作位时，处于中

间保压状态。

[0011] 进一步地，所述回转马达的回转速度由所述第二电比例换向阀两端的比例电磁铁的电流大小控制。

[0012] 进一步地，所述比例减压溢流阀为电磁式比例溢流减压阀。[0013] 进一步地，所述比例减压溢流阀的溢流压力通过控制其端部的比例电磁铁的电流的大小进行调节。

[0014] 本发明还提供一种钻机动力头，包括钻机动力头液压控制系统，所述钻机动力头液压控制系统具体为上述任意一项所述的自动接卸杆液压控制系统。

[0015] 由于本发明采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：[0016] 本发明的一种自动接卸杆液压控制系统，在用于控制推进油缸换向的第一电比例换向阀的两个工作油口分别通过比例减压溢流阀与所述推进油缸的有杆腔连通和无杆腔

连通，从而能够设定推进油缸两腔不同的压力，再通过两腔的压力乘以油缸活塞截面面积

差，计算得到推进油缸两腔受力差，用于平衡钻机动力头的自重和摩擦阻力，使得推进油缸

的活塞处于浮动状态，此时，在接卸杆过程中只需要控制所述回转马达转动，而所述推进油

缸自动跟随接卸杆动作，从而避免钻杆螺纹的损坏。与传统的通过同时主动控制推进油缸

和回转马达的接卸杆方式相比，无需匹配推进油缸和回转马达二者的运行速度，而本发明

则是通过回转马达主动控制，推进油缸从动跟随动作，避免了传统方式中二者匹配误差造

成伤害连接螺纹的隐患。与传统的油缸浮动控制相比(见附图2)，换向阀中位时推进油缸两

腔分别回油，推进油缸在外力作用下可自由移动，但此方式仅适用于油缸所受负载较轻的

情况下，而本钻机动力头的自重较大，很容易损坏钻杆丝扣，本发明的油缸浮动方式适用于

重载荷情况。

附图说明[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本

发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以

根据这些附图获得其他的附图；

[0018] 图1为本发明的一种自动接卸杆液压控制系统原理示意图；[0019] 图2为传统的油缸浮动液压控制原理示意图；[0020] 图3为本发明的钻机动力头的立体示例图：[0021] 附图标记如下：[0022] 1、回转马达；11、第一油口；12、第二油口；2、回转液压泵；3、推进油缸；31、活塞杆；32、缸筒；4、推进液压泵；5、电比例调压阀；6、第一电比例换向阀；61、第一比例电磁铁；62、

第二比例电磁铁；7、第二电比例换向阀；71、第三比例电磁铁；72、第四比例电磁铁；8、反提

比例减压溢流阀；81、第五比例电磁铁；9、推进比例减压溢流阀；91、第六比例电磁铁。

[0023] 010、底座；011、导向柱；012、齿轮箱；013、钻杆；014、机械手；015、插板。具体实施方式[0024] 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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

[0025] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如第一、第二、上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况

等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0026] 另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种

技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0027] 以下面结合附图以对本发明作进一步描述:[0028] 实施例1：[0029] 参照图1，本发明提供一种自动接卸杆液压控制系统，回转马达1、用于给回转马达1供油的回转液压泵2、推进油缸3、用于给推进油缸3供油的推进液压泵4，回转液压泵2和推

进液压泵4的出油口处分别并联有电比例调压阀5，分别用于调定推进油缸3和回转马达1的

系统压力；推进油缸3和推进液压泵4之间还设有用于控制推进油缸3换向的第一电比例换

向阀6，回转马达1和回转液压泵2之间还设有用于控制回转液压泵2换向的第二电比例换向

阀7；第二电比例换向阀7的两个工作油口分别连通回转马达1的进出油口，用于控制回转马

达1的换向；第一电比例换向阀6的两个工作油口分别通过比例减压溢流阀与推进油缸3的

有杆腔和无杆腔连通，所述比例减压溢流阀用于调整溢流压力达到平衡钻机动力头的自重

和摩擦阻力，具体的，通过反提比例减压溢流阀8与推进油缸3的无杆腔连接，通过推进比例

减压溢流阀9与推进油缸3的有杆腔连接，从而能够设定推进油缸两腔不同的压力，再通过

两腔的压力乘以油缸活塞截面面积差，计算得到推进油缸两腔受力差，用于平衡钻机动力

头的自重和摩擦阻力，使得推进油缸的活塞处于浮动状态，此时，在接卸杆过程中只需要控

制所述回转马达转动，而所述推进油缸自动跟随接卸杆动作，从而避免钻杆螺纹的损坏。

[0030] 作为优选地实施例，电比例调压阀5为直动式比例溢流阀，用于设定钻孔和接卸杆不同工况下不同的系统压力，防止系统压力超出限定值；电比例调压阀5的溢流压力通过控

制其端部电磁铁电流的大小进行调节。

[0031] 作为优选地实施例，第一电比例换向阀6和第二电比例换向阀7均为三位四通换向阀。

[0032] 具体的，第一电比例换向阀6处于第一工作位时，其进油口P连通第二工作油口B，回油口T连通第一工作油口A，使得高压液压油能够进入推进油缸3的有杆腔，无杆腔内的低

压油流回油箱，推进油缸3缩回；第一电比例换向阀6处于第二工作位时，其进油口P连通第

一工作油口A，回油口T连通第二工作油口B，高压液压油能够进入推进油缸3的无杆腔，有杆

腔内的低压油流回油箱，推进油缸3伸出；所述第一电比例换向阀处于第三工作位时，进油

口P和回油口T均与第一工作油口A和第二工作油口B互不连通，使得推进油缸3内的液压油

处于中间保压状态。

[0033] 具体的，第二电比例换向阀7处于第一工作位时，其进油口P连通第二工作油口B，回油口T连通第一工作油口A，使得高压液压油能够进入回转马达1的第一油口11并进行正

转；所述第二电比例换向阀处于第二工作位时，其进油口P连通第一工作油口A，回油口T连

通第二工作油口B，高压液压油能够进入回转马达1的第二油口12并进行反转；所述第二电

比例换向阀处于第三工作位时，进油口P和回油口T均与第一工作油口A和第二工作油口B互

不连通，使得回转马达1内的液压油处于中间保压状态。

[0034] 作为优选地实施例，推进油缸3的推进或者反提速度由第一电比例换向阀6两端的第一比例电磁铁61和第二比例电磁铁62的电流大小控制。

[0035] 作为优选地实施例，回转马达1的回转速度由第二电比例换向阀7两端的第三比例电磁铁71和第四比例电磁铁72的电流大小控制。

[0036] 作为优选地实施例，比例减压溢流阀为电磁式比例溢流减压阀，具体在本实施例中，反提比例减压溢流阀8和推进比例减压溢流阀9均为电磁式比例溢流减压阀，且反提比

例减压溢流阀8的溢流压力通过控制设置在其端部的第五比例电磁铁81电流的大小进行调

节，推进比例减压溢流阀9的溢流压力通过控制设置在其端部的第六比例电磁铁81电流的

大小进行调节。

[0037] 钻机动力头的自动接卸杆操作过程如下：[0038] 首先分别调整设置在回转液压泵2和推进液压泵4出油口的电比例调压阀5，使其系统压力达到接卸杆状态；

[0039] 接杆时，控制中心同时给第一电比例换向阀6的第一比例电磁铁61和第二电比例换向阀7的第三比例电磁铁71发出得电信号(即第一电比例换向阀6和第二电比例换向阀7

分别处于第一工作位)，回转马达1的回转速度由第三比例电磁铁71电流决定，此时推进液

压泵4油源由第一电比例换向阀6换向后再经推进比例减压溢流阀9减压(减压压力由推进

减压溢流阀9的第六比例电磁铁91的电流决定)后进入推进油缸3的有杆腔，同时推进油缸3

无杆腔回油压力经反提比例减压溢流阀8调定(调定压力由反提减压溢流阀8的第五比例电

磁铁81的电流决定)后，并在此调定压力下进行回油，此时推进减压溢流阀9调定的减压压

力乘以有杆腔面积，加上动力头自重，略大于反提减压溢流阀8调定的无杆腔压力乘以无杆

腔压力加上摩擦阻力，此时推进油缸3可在自由状态下缓慢下降，在回转动作接触到钻杆

后，推进油缸3自动匹配回转速度而旋入钻杆螺纹，完成接杆工作。

[0040] 卸杆时，控制中心同时给第一电比例换向阀6的第二比例电磁铁62和第二电比例换向阀7的第四比例电磁铁72发出得电信号(即第一电比例换向阀6和第二电比例换向阀7

分别处于第二工作位)，回转马达1的回转速度由第四比例电磁铁72电流决定，此时推进液

压泵4油源由第一电比例换向阀6换向后再经反提比例减压溢流阀8减压(减压压力由反提

减压溢流阀8的第五比例电磁铁81的电流决定)后进入推进油缸3的无杆腔，同时推进油缸3

有杆腔回油压力经推进比例减压溢流阀9调定(调定压力由推进减压溢流阀9的第六比例电

磁铁91的电流决定)后，并在此调定压力下进行回油，此时反提减压溢流阀8调定的减压压

力乘以无杆腔面积，略大于推进减压溢流阀9调定的有杆腔压力乘以有杆腔压力加上动力

头自重和摩擦力，此时推进油缸3可在自由状态下缓慢上升，当同时动力头反转时，推进油

缸3自动匹配回转速度而旋出钻杆螺纹，完成卸杆工作。

[0041] 实施例2：[0042] 参照图3，本发明还提供一种钻机动力头，包括钻机动力头液压控制系统，所述钻机动力头液压控制系统具体为上述任意一项所述的自动接卸杆液压控制系统；钻机动力头

包括底座010、推进油缸3、导向柱011、回转马达1、齿轮箱012，底座010固定在地基上，以保

持钻孔时整机的稳定性，减少晃动并提高钻孔的精度；推进油缸3活塞杆31和导向柱011固

定在底座010上，组成四柱导向机构，推进油缸3缸筒32和回转马达1及齿轮箱012装配在一

起称为动力头，动力头和钻杆013通过螺纹连接，机械手014用来抓取和搬运钻杆013使用，

插板015固定在底座010上，通过插板油缸的移动，用来插进钻杆013的卡槽内固定钻杆013，

动力头通过推进油缸3缸筒32沿导向机构的上下移动及回转马达1的转动完成接卸杆工作，

具体为推进油缸3向下推进和回转马达1正转为接杆工作，推进油缸3向上反提和回转马达1

反转为卸杆工作。

[0043] 本发明的一种自动接卸杆液压控制系统，在用于控制推进油缸3换向的第一电比例换向阀6的两个工作油口分别通过比例减压溢流阀与推进油缸3的有杆腔连通和无杆腔

连通，从而能够设定推进油缸3两腔不同的压力，再通过两腔的压力乘以油缸活塞截面面积

差，计算得到推进油缸3两腔受力差，用于平衡钻机动力头的自重和摩擦阻力，使得推进油

缸3的活塞处于浮动状态，此时，在接卸杆过程中只需要控制回转马达1转动，而推进油缸3

自动跟随接卸杆动作，从而避免钻杆螺纹的损坏。与传统的通过同时主动控制推进油缸和

回转马达的接卸杆方式相比，无需匹配推进油缸3和回转马达1二者的运行速度，而本发明

则是通过回转马达1主动控制，推进油缸3从动跟随动作，避免了传统方式中二者匹配误差

造成伤害连接螺纹的隐患。与传统的油缸浮动控制相比(见附图2)，换向阀处于中位时推进

油缸两腔分别回油，推进油缸在外力作用下可自由移动，但此方式仅适用于油缸所受负载

较轻的情况下，而本钻机动力头的自重较大，很容易损坏钻杆丝扣，本发明的油缸浮动方式

适用于重载荷情况。

[0044] 以上是本发明的详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法以及核心思想。应当指

出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明

进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。