凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路及控制方法，由负载敏感变量泵、负载敏感比例多路阀、推进执行机构等组成推进控制主油路，由第一负载敏感比例多路阀的推进联及其负载敏感外控口、耦合控制阀块、回转压力反馈管路等组成推进压力独立液压远控及回转液压无级控制推进回路。采用推进压力液压远控、平衡阀耦合两溢流阀设定值、回转压力无级控制平衡阀开度等技术措施，实现凿岩钻机回转推进无级耦合控制，全液压自适应，可靠性高，且功能回路清晰、简洁。通过推进联、溢流阀、负载敏感变量泵等的特殊匹配设计，实现推进压力独立液压远控，与其它工作联互不影响，提高液压功能回路的可靠性。
【专利说明】凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种凿岩钻机钻进过程自适应液压控制回路，尤其涉及一种凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路，本发明还涉及该凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路的控制方法。
【背景技术】
[0002]气动潜孔钻机、液压顶锤钻机、牙轮钻机和切削钻机为凿岩钻机的主流机型，回转、推进为上述凿岩钻机的关键作业动作，回转和推进的耦合控制为凿岩钻机液压控制技术关键点之一。凿岩作业钻进过程复杂，不同的岩层硬度需要不同的推进力；岩层较硬时，钻头较难吃进岩层，需要较大的推进力；岩层较软时，钻头较易吃进岩层，需要较小的的推进力。钻进过程中，岩层硬度是变化的，岩层变硬时，需增大推进力，反之需减小推进力。回转力变化能够反映岩层硬度的变化，回转力增大时，岩层变软，反之岩层变硬。推进力自适应与岩层变化，即可转化为推进力自适应与回转力变化，依据回转力变化主动控制推进力；控制工况为，回转力增大时，控制推进力减小，反之控制推进力增大。可靠的回转控制推进的控制回路及控制方法是实现上述控制需求的基础。
[0003]可靠的实现回转控制推进具有一定的技术难度，目前，国内品牌凿岩钻机大都没有回转控制推进功能。国外著名品牌At I ase凿岩钻机推进力控制采用远控负载敏感主泵的方法，但主泵不只给推进油路供油，同时并联给其他油路供油，这就使得不同油路、不同工况工作下主泵压力的远控逻辑复杂，电液逻辑功能阀块应用较多，液压系统故障检测及维修技术难以掌握，维护成本高。国内凿岩钻机开发过程中也存在仿制国外品牌钻机液压控制系统现象，但液压回路的复杂性致使电液逻辑功能阀块的仿制及系统集成匹配细节等很难到位，制约整机作业性能及可靠性。液压控制技术的提升已成为国内凿岩钻机发展的技术核心之一，需要适应液压件及系统匹配技术现状的液压控制技术创新。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能实现推进压力独立液压无级远控、通过回转压力控制平衡阀开度、实现回转压力无级控制推进压力、通过全液压方式实现回转推进自适应无级耦合控制的凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路。
[0005]本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种该凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路的控制方法。
[0006]为了解决上述第一技术问题，本发明提供的凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路，包括由第一负载敏感变量泵、第一负载敏感比例多路阀、推进执行机构、液压油箱组成的推进控制主油路，包括由第二液压泵、第二液压换向阀、回转马达、液压油箱组成的回转控制主油路，所述的第一负载敏感比例多路阀包括推进联，所述的推进联的第一油口(Al)设有负载敏感外控口(LsAl);所述的第一负载敏感变量泵的负载敏感口(L Si)与所述的第一负载敏感比例多路阀的负载敏感口(Lsr )连接；耦合控制阀块包括平衡阀、第一溢流阀、第二溢流阀、进油口(C2)和先导口(Cl)，所述的负载敏感外控口(L sAl)与所述的耦合控制阀块的所述的进油口(C2)连接，所述的回转控制主油路的回转压力反馈管路与所述的耦合控制阀块的所述的先导口(Cl)连接，所述的耦合控制阀块的集成泄油及回油口与所述的液压油箱连接。
[0007]所述的推进联内设有压差补偿器和负载反馈梭阀，所述的压差补偿器的负载反馈口(L s3)通过所述的推进联的阀芯的下位与所述的负载敏感外控口(LsAl)连接，所述的负载反馈口(L s3)与所述的负载反馈梭阀的第一进油口(L31)连接，所述的负载反馈梭阀的第二进油口(L32)与所述的液压油箱连接，所述的负载反馈梭阀出油口(L3)与所述的负载敏感口(L Si')连接，所述的电比例溢流阀的设定值依次通过所述的推进联的阀芯、压差补偿器、负载反馈梭阀、负载敏感口(L Si')反馈至所述的负载敏感口(L Si)。
[0008]所述的耦合控制阀块内部匹配及连接为:所述的第一溢流阀的第一进油口(A4)与所述的第二溢流阀的第二进油口(A5)并联连接后与所述的进油口(C2)连接，所述的第二溢流阀的第二回油口(B5)与所述的平衡阀的第三进油口(A3)连接，所述的平衡阀的控制端与所述的先导口(Cl)连接，所述的平衡阀的第三回油口(B3)及第三泄油口(D3)、所述的第二溢流阀的第二泄油口(D5)、所述的第一溢流阀的第一回油口(B4)及第一泄油口(D4)均与所述的液压油箱连接。
[0009]所述的耦合控制阀块内部匹配及连接为:第一溢流阀的第一进油口(A4)与所述的平衡阀的第三进油口(A3)连接并与所述的进油口(C2)连接，所述的平衡阀的第三回油口(B3)与所述的第二溢流阀的第二进油口(A5)连接，所述的平衡阀的控制端与所述的先导口(Cl)连接，所述的第一溢流阀的第一回油口(B4)及第一泄油口(D4)、所述的第二溢流阀的第二回油口(B5)及第二泄油口(D5)、所述的平衡阀的第三泄油口(D3)均与所述的液压油箱连接。
[0010]为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路的控制方法，推进压力通过所述的耦合液压阀块无级远控，所述的耦合液压阀块的第一溢流阀设定值为强推推进压力，所述的第二溢流阀设定值为弱推推进压力，强推推进压力、弱推推进压力依据凿岩钻进工况需求；所述的耦合液压阀块设定值由所述的第一溢流阀、第二溢流阀和平衡阀耦合设定，所述的平衡阀的开起压力、全开压力设定值依据回转控制推进工况需求，开起压力为回转推进自适应耦合控制起始点，全开压力为回转推进自适应耦合控制终止点；回转压力小于所述的平衡阀开起压力设定值时，推进压力由所述的耦合液压阀块的第一溢流阀远控；回转压力大于所述的平衡阀全开压力设定值时，推进压力由所述的耦合液压阀块的第二溢流阀远控；回转压力大于所述的平衡阀开启压而小于所述平衡阀全开压力时，推进压力由所述的耦合液压阀块设定值远控，回转压力由所述的平衡阀开起压力增大至全开压力，所述的耦合液压阀块设定值由所述的第一溢流阀设定值无级减小至所述的第二溢流阀设定值，反之，所述的耦合液压阀块设定值由所述第二溢流阀设定值无级增大至第一溢流阀设定值。
[0011]采用上述技术方案的凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路及控制方法，通过推进联、溢流阀、平衡阀、负载敏感变量泵等的匹配设计，实现推进压力独立液压无级远控；通过回转压力控制平衡阀开度，实现回转压力无级控制推进压力；通过全液压方式实现回转推进自适应无级耦合控制。本发明具有以下优点:
[0012]1、采用推进压力液压远控、平衡阀耦合两溢流阀设定值、回转压力无级控制平衡阀开度等技术措施，实现凿岩钻机回转推进无级耦合控制，全液压自适应，可靠性高，且功能回路清晰、简洁。
[0013]2、通过推进联、溢流阀、负载敏感变量泵的匹配设计，实现推进压力独立液压远控，与其它工作联互不影响，提高液压功能回路的可靠性。
[0014]综上所述，本发明是一种能实现推进压力独立液压无级远控、通过回转压力控制平衡阀开度、实现回转压力无级控制推进压力、通过全液压方式实现回转推进自适应无级耦合控制的凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路及控制方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的原理图。
[0016]图2是本发明推进联的放大图。
[0017]图3为本发明耦合控制阀块第一方案放大图。
[0018]图4为本发明耦合控制阀块第二方案放大图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0020]参见图1，由第一负载敏感变量泵1、第一负载敏感比例多路阀3、推进执行机构5、液压油箱8组成推进控制主油路；由第二液压泵2、第二液压换向阀4、回转马达6、液压油箱8组成的回转控制主油路，由第一负载敏感比例多路阀3的推进联31及其负载敏感外控口 LsAl、耦合控制阀块7、回转压力反馈管路组成推进压力独立液压远控及回转液压无级控制推进回路。第一负载敏感比例多路阀I包括推进联31，推进联31的第一油口 Al设有负载敏感外控口 L sAI ;耦合控制阀阀7块包括平衡阀71、第一溢流阀72、第二溢流阀73、进油口 C2和先导口 Cl。第一负载敏感变量泵I的进油口与液压油箱8连接，第一负载敏感变量泵I的出油口 Pl与第一负载敏感比例多路阀3的首联进油口 Pl,连接，第一负载敏感变量泵I的负载敏感口 L Si与第一负载敏感比例多路阀3的负载敏感口 L Si'连接，推进联31的第一油口 Al、第二油口 BI分别与推进执行机构5的第一主油口 ΑΓ、第二主油口BI'连接，负载敏感外控口 LsAl与耦合控制阀块7的进油口 C2连接，回转控制主油路的回转压力反馈管路与耦合控制阀块7的平衡阀71的先导口 Cl连接，耦合控制阀块7的集成泄油及回油口 T与液压油箱8连接。本文界定，推进执行机构5的第一主油口 Al'进油且第二主油口 ΒΓ回油时为推进下推动作，第二主油口 ΒΓ进油且第一主油口 Al'回油时为推进上提动作。
[0021]如图2所示，推进联31内设有压差补偿器311和负载反馈梭阀312，压差补偿器311的负载反馈口 L s3通过推进联31的阀芯的下位与负载敏感外控口 L sAl连接，压差补偿器311的负载反馈口 Ls3与负载反馈梭阀312的第一进油口 L31连接，本例中负载反馈梭阀312的第二进油口 L32与液压油箱10连接，推进联31的负载反馈梭阀312的出油口L3与负载敏比例感多路阀3的负载敏感口 L Si'连接，电比例溢流阀7的设定值依次通过推进联31的阀芯、压差补偿器311、负载反馈梭阀312、负载敏感比例多路阀3的Lsl' 口反馈至负载敏感变量泵I的负载敏感口 L Si。
[0022]如图3所示，耦合控制阀块7内部匹配及连接为:第一溢流阀72的第一进油口 A4与第二溢流阀73的第二进油口 A5并联连接后与进油口 C2连接，第二溢流阀73的第二回油口 B5与平衡阀71的第三进油口 A3连接，平衡阀71的控制端与先导口 Cl连接，平衡阀71的第三回油口 B3及第三泄油口 D3、第二溢流阀73的第二泄油口 D5、第一溢流阀72的第一回油口 B4及第一泄油口 D4均通过回油口 T与液压油箱(8)连接。
[0023]如图4所示，耦合控制阀块7内部匹配及连接为:第一溢流阀72的第一进油口 A4与平衡阀71的第三进油口 A3连接并与进油口 C2连接，平衡阀71的第三回油口 B3与第二溢流阀73的第二进油口 A5连接，平衡阀71的控制端与先导口 Cl连接，第一溢流阀72的第一回油口 B4及第一泄油口 D4、第二溢流阀73的第二回油口 B5及第二泄油口 D5、平衡阀71的第三泄油口 D3均通过回油口 T与液压油箱10连接。
[0024]由第二液压泵2、第二液压换向阀4、回转马达6、液压油箱8组成回转控制主油路。第二液压泵2的进油口与液压油箱8连接，第二液压泵2的出油口 P2与第二液压换向阀4的首联进油口 P2'连接，第二液压换向阀4的第一回转联油口 A2、第二回转联油口 B2分别与回转马达6的第三油口 A2'、第四油口 B2'连接。本文界定，回转马达的第三油口 A2'进油且第四油口 B2'回油时为回转正转动作，第四油口 B2'进油且第三油口 A2'回油时为回转反转动作。回转控制主油路可以是变量系统，也可以是定量系统，以实现回转动作主控制功能为原则，具体液压回路方式本例不作界定。
[0025]推进压力通过耦合液压阀块7远控。仅推进联31工作时，耦合液压阀块7的进油口 C2的设定值依次通过负载敏感外控口 L sAl、推进联31的阀芯阀体结构、压差补偿器311、负载反馈梭阀312、负载敏感比例多路阀3的负载敏感口 Lsl'反馈至负载敏感变量泵I的负载敏感口 L Si，实现负载敏感变量泵I的出口压力适应于电比例溢流阀7的设定值，进而控制推进力适应于电比例溢流阀7的设定值。推进联31与其它工作联并联同时工作时，若其它工作联的工作压力低于所述耦合液压阀块7的进油口 C2的设定值，则具体实施过程与仅推进联31工作时相同；若其它工作联的工作压力高于所述耦合液压阀块7的进油口 C2的设定值，则最高压力工作联工作压力通过负载敏感比例多路阀3各片的负载反馈梭阀312反馈至负载敏感变量泵I的负载敏感口 L Si，负载敏感变量泵I的输出压力适应于最高压力工作联工作压力；推进联31的压差补偿器311在最高压力工作联工作压力和电比例溢流阀7的设定值共同作用下，压差补偿器311连通进油联和推进联31的进油阀口关小，产生一定的压差补偿，从而控制推进联31的第一油口 Al的工作压力适应于电比例溢流阀7的的设定值，不受其它工作联工作压力影响，也不影响其它工作联工作压力。
[0026]耦合液压阀块7的进油口 C2的设定值以包含强推推进压力和弱推推进压力为准则；强推推进压力、弱推推进压力依据凿岩钻进工况而定，推进耦合控制阀块7的第一溢流阀72的设定值为强推推进压力，耦合控制阀块7的第二溢流阀73的设定值为弱推推进压力。耦合液压阀块7的进油口 C2的设定值由第一溢流阀72、第二溢流阀73和平衡阀71耦合设定；平衡阀71的开起压力、全开压力设定值依据回转控制推进工况而定，开起压力为回转推进自适应耦合控制起始点，全开压力为回转推进自适应耦合控制终止点。回转压力小于平衡阀71开起压力设定值时，平衡阀71处于关闭状态，进油口 C2仅与第一溢流阀72有效连通，进油口 C2的设定值为第一溢流阀72设定值；回转压力大于平衡阀71全开压力设定值时，平衡阀71处于全开状态，进油口 C2与第一溢流阀72、第二溢流阀73均连通，第一溢流阀72设定值大于第二溢流阀73设定值，第二溢流阀阀73起作用，进油口 C2设定值由第二溢流阀73设定；回转压力大于平衡阀71开启压而小于平衡阀71全开压力时，回转压力由平衡阀71开起压力增大至全开压力，平衡阀71开度由零增大至最大，阀口压差由大变小，进油口 C2的设定值由第一溢流阀72设定值无级减小至第二溢流阀73设定值；回转压力由平衡阀71全开压力减小至开启压力，平衡阀71开度由最大减小至零，阀口压差由小变大，进油口 C2的设定值由第二溢流阀73设定值无级增大至第一溢流阀72设定值。
【权利要求】
1.一种凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路，包括由第一负载敏感变量泵(I)、第一负载敏感比例多路阀(3)、推进执行机构(5)、液压油箱(8)组成的推进控制主油路，包括由第二液压泵2、第二液压换向阀4、回转马达6、液压油箱8组成的回转控制主油路，其特征是:所述的第一负载敏感比例多路阀(31)包括推进联(31)，所述的推进联(31)的第一油口(Al)设有负载敏感外控口(LsAl);所述的第一负载敏感变量泵(I)的负载敏感口(Lsl)与所述的第一负载敏感比例多路阀(3)的负载敏感口(Lsl')连接；耦合控制阀块(7)包括平衡阀(71)、第一溢流阀(72)和第二溢流阀(73)，所述的负载敏感外控口(LsAl)与所述的耦合控制阀块(7)的所述的第一溢流阀(71)的进油口(C2)连接，所述的回转控制主油路的回转压力反馈管路与所述的耦合控制阀块(7)的所述的平衡阀(71)先导口(Cl)连接，所述的耦合控制阀块(7)的集成泄油及回油口与所述的液压油箱(8)连接。
2.根据权利要求1所述的凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路，其特征是:所述的推进联(31)内设有压差补偿器(311)和负载反馈梭阀(312)，所述的压差补偿器(311)的负载反馈口(Ls3)通过所述的推进联(31)的阀芯的下位与所述的负载敏感外控口(LsAl)连接，所述的负载反馈口(Ls3)与所述的负载反馈梭阀(312)的第一进油口(L31)连接，所述的负载反馈梭阀(312)的第二进油口(L32)与所述的液压油箱(10)连接，所述的负载反馈梭阀(312)出油口(L3)与所述的负载敏感口(Lsl')连接，所述的电比例溢流阀(7)的设定值依次通过所述的推进联(31)的阀芯、压差补偿器(311)、负载反馈梭阀(312)、负载敏感口(Lsl')反馈至所述的负载敏感口(Lsl)。
3.根据权利要求1或2所述的凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路，其特征是:所述的耦合控制阀块(7)内部匹配及连接为:所述的第一溢流阀(72)的第一进油口(A4)与所述的第二溢流阀(73)的第二进油口(A5)并联连接后与所述的进油口(C2)连接，所述的第二溢流阀(73)的第二回油口(B5)与所述的平衡阀(71)的第三进油口(A3)连接，所述的平衡阀(71)的控制端与所述的先导口(Cl)连接，所述的平衡阀(71)的第三回油口(B3)及第三泄油口(D3)、所述的第二溢流阀(73)的第二泄油口(D5)、所述的第一溢流阀(72)的第一回油口(B4)及第一泄油口(D4)均与所述的液压油箱(8)连接。
4.根据权利要求1所述的凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路，其特征是:所述的耦合控制阀块(7)内部匹配及连接为:第一溢流阀(72)的第一进油口(A4)与所述的平衡阀(71)的第三进油口(A3)连接并与所述的进油口(C2)连接，所述的平衡阀(71)的第三回油口(B3)与所述的第二溢流阀(73)的第二进油口(A5)连接，所述的平衡阀(71)的控制端与所述的先导口(Cl)连接，所述的第一溢流阀(72)的第一回油口(B4)及第一泄油口(D4)、所述的第二溢流阀(73)的第二回油口(B5)及第二泄油口(D5)、所述的平衡阀(71)的第三泄油口(D3)均与所述的液压油箱(10)连接。
5.根据权利要求1所述的凿岩钻机回转推进全液压自适应耦合控制回路的控制方法，其特征是:推进压力通过所述的耦合液压阀块(7)无级远控，所述的耦合液压阀块(7)的第一溢流阀(72)设定值为强推推进压力，所述的第二溢流阀(73)设定值为弱推推进压力，强推推进压力、弱推推进压力依据凿岩钻进工况需求；所述的耦合液压阀块(7)设定值由所述的第一溢流阀(72)、第二溢流阀(73)和平衡阀(71)耦合设定，所述的平衡阀(71)的开起压力、全开压力设定值依据回转控制推进工况需求，开起压力为回转推进自适应耦合控制起始点，全开压力为回转推进自适应耦合控制终止点；回转压力小于所述的平衡阀(71)开起压力设定值时，推进压力由所述的耦合液压阀块(7)的第一溢流阀(72)远控；回转压力大于所述的平衡阀(71)全开压力设定值时，推进压力由所述的耦合液压阀块(7)的第二溢流阀(73)远控；回转压力大于所述的平衡阀(71)开启压而小于所述平衡阀全开压力时，推进压力由所述的耦合液压阀块(7)设定值远控，回转压力由所述的平衡阀(71)开起压力增大至全开压力，所述的耦合液压阀块(7)设定值由所述的第一溢流阀(72)设定值无级减小至所述的第二溢流阀(73)设定值，反之，所述的耦合液压阀块设定值由所述第二溢流阀(73)设定值无级增大至第一溢流阀(72)设定值。
【文档编号】F15B11/17GK104343433SQ201410605668
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】王东升, 林宏武, 郭勇, 赵俊波, 徐亮 申请人:山河智能装备股份有限公司