专利名称：顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于全液压驱动的顶驱式钻机的液压控制系统，尤其是一种顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统。
背景技术：
顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统一直是该类型钻机的设计难点，需要满足动力头运动的8种工况快速给进、快速提升、慢速给进、慢速提升、加压钻进、减压钻进、动力头浮动以及钻具称重。以往的液压系统多采用多泵系统，也就是说用多个液压泵对系统供油，每台液压泵仅能完成不超过3种工况，这样8个动作至少需要3台以上的液压泵。这不仅增加了钻机的成本，也使整机的能耗增加，降低了工作效率。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，采用最多两台液压泵甚至单台液压泵完成钻机工作所需要的动力头直线运动的多种工况，各种工况之间转换相当灵活。按照本实用新型提供的技术方案，所述顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，包括油缸、第一手动换向阀、第二手动换向阀、第一电磁换向阀和第二电磁换向阀，油缸的活塞杆固定、缸筒活动；特征是所述第一手动换向阀的进油口与第一压力油口连接，回油口与第一油箱连接，第一工作口与油缸的无杆腔连接，第二工作口与油缸的有杆腔连接；所述第二手动换向阀的进油口与第二压力油口连接，回油口与第二油箱连接，第一工作口与油缸的有杆腔连接，第二工作口与油缸的无杆腔连接。在所述油缸的无杆腔与第二压力油口之间设置第一电磁换向阀，第一电磁换向阀的进油口与第二压力油口连接，第一电磁换向阀的第一工作口与油缸的无杆腔连接，第一电磁换向阀的第二工作口与油缸的有杆腔连接；所述第一电磁换向阀置于右位时，第一电磁换向阀的进油口与第一电磁换向阀的第一工作口和第二工作口连通；所述第一电磁换向阀置于左位时，第一电磁换向阀的进油口与第一电磁换向阀的第一工作口和第二工作口断开。在所述第一电磁换向阀和第二压力油口之间设置第一减压溢流阀，第一减压溢流阀的进油口与第二压力油口连接，第一减压溢流阀的出油口与第一电磁换阀的进油口连接，第一减压溢流阀的回油口与第三油箱连接。在所述油缸与第二手动换向阀之间设置顺序阀，顺序阀的先导口分别与油缸的有杆腔、第二手动换向阀的第一工作口以及第一手动换向阀的第二工作口连接，顺序阀的外控口分别与油缸的无杆腔以及第二手动换向阀的第二工作口连接，顺序阀的出油口与第三油箱连接；所述顺序阀的外控口与第一电磁换向阀的第一工作口连接，顺序阀的先导口与第一电磁换向阀的第二工作口以及第二电磁换向阀的进油口连接，第二电磁换向阀的进油口与第一电磁换向阀的第二工作口连接，第二电磁换向阀的出油口与第四油箱连接。在所述第一手动换向阀的第一工作口与油缸的无杆腔之间设有单向阀。在所述第二手动换向阀的第二工作口的出口处设置调速阀。所述第一电磁换向阀的第一工作口分别与单向阀的出油口、调速阀的出油口连接，第一电磁换向阀的第二工作口分别与第二手动向阀的第一工作口以及第一手动换向阀的第二工作口连接。所述第二手动换向阀的第一工作口与第一手动换向阀的第二工作口连接；在所述第二手动换向阀与第二压力油口之间设置第二减压溢流阀，第二减压溢流阀的进油口与第二压力油口连接，第二减压溢流阀的出油口与第二手动换向阀的进油口连接，第二减压溢流阀的回油口与第二油箱连接。本实用新型所述的顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，采用最多两台液压泵甚至单台液压泵完成钻机工作所需要的动力头直线运动的8种工况，各种工况之间转换相当灵活；另外，动力头直线运动的8种工况中用得较多的减压钻进工况不消耗钻机动力头能量，大大降低了钻机的生产和使用成本。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本实用新型作进一步说明。如图所示顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统包括第一手动换向阀1、第一减压溢流阀2、第一电磁换向阀3、单向阀4、顺序阀5、第二电磁换向阀6、调速阀7、油缸8、第二手动换向阀9、第二减压溢流阀10、第一压力油口 11、第二压力油口 12、第一油箱13、第二油箱14、第三油箱15、第四油箱16等。本实用新型包括油缸8、第一手动换向阀I和第二手动换向阀9，油缸8的活塞杆固定、缸筒活动，钻机工作时，钻机动力头与缸筒固定在一起并随缸筒作上下运动；所述第一手动换向阀I的进油口 Pl与第一压力油口 11连接，回油口 Tl与第一油箱13连接，第一工作口 Al与油缸8的无杆腔连接，第二工作口 BI与油缸8的有杆腔连接；所述第一手动换向阀I为三位四通结构，第一手动换向阀I置于左位时，进油口 Pl与第一工作口 Al连通，回油口 Tl与第二工作口 BI连通；第一手动换向阀I置于右位时，进油口 Pl与第二工作口BI连通，回油口 Tl与第一工作口 Al连通；在所述第一手动换向阀I的第一工作口 Al与油缸8的无杆腔之间设有单向阀4 ；所述第二手动换向阀9的进油口 P9与第二压力油口 12连接，回油口 T9与第二油箱14连接，第一工作口 A9与油缸8的有杆腔、第一手动换向阀I的第二工作口 BI连接，第二工作口 B9与油缸8的无杆腔连接；所述第二手动换向阀9为三位四通结构，第二手动换向阀9置于左位时，进油口 P9与第二工作口 B9连通，回油口 T9与第一工作口 A9连通；第二手动换向阀9置于右位时，进油口 P9与第一工作口 A9连通，回油口 T9与第二工作口 B9连通；在所述第二手动换向阀9与第二压力油口 12之间设置第二减压溢流阀10，第二减压溢流阀10的进油口 IOa与第二压力油口 12连接，第二减压溢流阀10的出油口 IOb与第二手动换向阀9的进油口 P9连接，第二减压溢流阀10的回油口 IOc与第二油箱14连接；在所述第二手动换向阀9的第二工作口 B9的出口处设置调速阀7 ；在所述油缸8的无杆腔与第二压力油口 12之间设置第一电磁换向阀3，第一电磁换向阀3的进油口 P3与第二压力油口 12连接，第一电磁换向阀3的第一工作口 A3分别与油缸8的无杆腔、单向阀4的出油口以及调速阀7的出油口连接，第一电磁换向阀3的第二工作口 B3分别与油缸8的有杆腔、第二手动向阀9的第一工作口 A9以及第一手动换向阀I的第二工作口 BI连接；所述第一电磁换向阀3置于右位时，第一电磁换向阀3的进油口P3与第一电磁换向阀3的第一工作口 A3和第二工作口 B3连通；所述第一电磁换向阀3置于左位时，第一电磁换向阀3的进油口 P3与第一电磁换向阀3的第一工作口 A3和第二工作口 B3断开；在所述第一电磁换向阀3和第二压力油口 12之间设置第一减压溢流阀2，第一减压溢流阀2的进油口 2a与第二压力油口 12连接，第一减压溢流阀2的出油口 2b与第一电磁换阀3的进油口 P3连接，第一减压溢流阀2的回油口 2c与第三油箱15连接；在所述油缸8与第二手动换向阀9之间设置顺序阀5，顺序阀5的先导口 5c分别与油缸8的有杆腔、第二手动换向阀9的第一工作口 A9、第一手动换向阀I的第二工作口BI以及第一电磁换向阀3的第二工作口 B3连接，顺序阀5的外控口 5a分别与油缸8的无杆腔、第二手动换向阀9的第二工作口 B9以及第一电磁换向阀3的第一工作口 A3连接，顺序阀5的出油口 5b与第三油箱15连接；所述顺序阀5的先导口 5c与第二电磁换向阀6的进油口 6a连接，第二电磁换向阀6的进油口 6a与第一电磁换向阀3的第二工作口 B3连接，第二电磁换向阀6的出油口6b与第四油箱16连接。所述第一压力油口 11流量大，满足快速给进与提升的流量要求；第二压力油口 12流量相对较小，用来完成慢速给进、慢速提升、加压钻进、动力头浮动及称重的动作；减压钻进时不需要外供压力油。本实用新型完成各种工况的工作过程如下工况一快速提升；将第一电磁换向阀3和第二电磁换向阀6置于断电状态，将第二手动换向阀9置于中位；操作第一手动换向阀1，使第一手动换向阀I工作在左位，即第一手动换向阀I的进油口 Pl与第一工作口 Al连通，回油口 Tl与第二工作口 BI连通，液压泵输出的大流量的压力油由第一压力油口 11经单向阀4进入油缸8的无杆腔，无杆腔的容积增大，推动缸筒快速向上运动，同时有杆腔的容积减小，油液经第一手动换向阀I流回第一油箱13。工况二 快速给进(下降)；将第一电磁换向阀3和第二电磁换向阀6置于断电状态，将第二手动换向阀9置于中位；操作第一手动换向阀1，使第一手动换向阀I工作在右位，即第一手动换向阀I的进油口 Pl与第二工作口 BI连通，回油口 Tl与第一工作口 Al连通，液压泵输出的大流量的压力油由第一压力油口 11进入油缸8的有杆腔，有杆腔的容积增大，推动缸筒快速向下运动，同时压力油作用在顺序阀5的先导口 5c上，使顺序阀5的外控口 5a和出油口 5b相通，无杆腔的油液通过顺序阀5快速回到第三油箱15。在这种工况下，第一压力油口的压力油的压力必须足够大才能使顺序阀5的外控口 5a和出油口 5b相通，无杆腔的油液才能回到第三油箱15，否则快速给进动作不能实现。这样的好处是有效防止了快速给进时作用在缸筒上的负载(缸筒、动力头以及钻具的重量)在重力和液压力作用下过快下降，给施工带来危险。工况三慢速提升；将第一手动换向阀I置于中位，第一电磁换向阀3置于断电状态；操作第二手动换向阀9，使第二手动换向阀9工作在左位，即第二手动换向阀9的进油口 P9与第二工作口 B9连通，回油口 T9与第一工作口 A9连通，第二压力油口 12的压力油经第二减压溢流阀10减压后进入第二手动换向阀9的进油口 P9，然后经调速阀7进入油缸8的无杆腔，推动缸筒向上运动，有杆腔的油经第二手动换向阀9的第一工作口 A9转到回油口 T9后回到第二油箱14。慢速提升的压力可由第二减压溢流阀10的调节旋钮调节，慢速提升速度可由调速阀7的调节旋钮调节。工况四慢速给进；将第一手动换向阀I置于中位，第一电磁换向阀3置于断电状态；操作第二手动换向阀9，使第二手动换向阀9工作在右位，即第二手动换向阀9的进油口 P9与第一工作口 A9连通，回油口 T9与第二工作口 B9连通，第二压力油口 12的压力油经第二减压溢流阀10减压后进入第二手动换向阀9，然后经第二手动换向阀9的第一工作口 A9进入油缸8的有杆腔；同时，第二手动换向阀9的第一工作口 A9的压力油作用在顺序阀5的先导口 5c上，使顺序阀5的外控口 5a和出油口 5b相通；此时，油缸8有杆腔容积增大，推动缸筒向下运动，无杆腔的油由顺序阀5流回第三油箱15。跟快速给进一样，慢速给进也具有防止负载在重力和液压力的作用下过快下降的作用。工况五加压钻进；将第一手动换向阀I置于中位，第一电磁换向阀3置于断电状态；操作第二手动换向阀9，使第二手动换向阀9工作在右位，即第二手动换向阀9的进油口 P9与第一工作口 A9连通，回油口 T9与第二工作口 B9连通，第二压力油口 12的压力油经第二减压溢流阀10减压后进入第二手动换向阀9，然后经第二手动换向阀9的第一工作口 A9进入油缸8的有杆腔，同时，第二手动换向阀9的第一工作口 A9的压力油作用在顺序阀5的先导口 5c上，使顺序阀5的外控口 5a和出油口 5b相通。此时，油缸8的有杆腔容积增大，推动缸筒向下运动，无杆腔的油沿顺序阀5流回第三油箱15。通过调节第二减压溢流阀10的旋钮可对加压压力的大小进行调节，加压钻进的速度可通过调节调速阀7的旋钮进行调节。工况六减压钻进；所谓减压钻进是当钻孔达到较大深度时，钻具逐渐增加，作用在油缸8的缸筒上的负载增加。此时，缸筒还要维持慢速向下运动的状态以继续钻进工作，但必须在无杆腔内作用一定的压力来平衡钻具以及动力头的重量，否则会产生施工事故。此时，将第一手动换向阀I置于中位，第一电磁换向阀3置于断电状态；操作第二手动换向阀9，使第二手动换向阀9工作在左位，即第二手动换向阀9的进油口 P9与第二工作口 B9连通，回油口 T9与第一工作口 A9连通；钻具以及动力头的重量转化成作用在无杆腔内液压油的压力，无杆腔内的压力油经第二手动换向阀9的第二工作口 B9作用在第二减压溢流阀10的出油口上，当该压力超过减压溢流阀10的设定压力时，无杆腔内的液压油便从第二减压溢流阀10的回油口 IOc流回第二油箱14，缸筒向下运动，这样无杆腔内一直能维持一定的压力来平衡作用在缸筒上的一部分负载。此时，有杆腔容积增大，但能通过第二手动换向阀9的第一工作口 A9、回油口 T9从第二油箱14补油。工况七钻具称重；将第一手动换向阀I和第二手动换向阀9置于中位，第一电磁换向阀3置于断电状态；第二电磁换向阀6的电磁铁通电使其进入左位工作，即第二电磁换向阀6的进油口 6a与出油口 6b连通，从而油缸8的有杆腔与第四油箱16相通，此时油缸8的无杆腔处于与外界隔绝的状态，作用在缸筒上的负载转化成无杆腔内液压油的压力，并能从压力表上显示出来，从而实现称重功能。工况八钻进油缸的浮动；将第一手动换向阀I和第二手动换向阀9置于中位，第二电磁换向阀6置于断电状态；通电使第一电磁换向阀3的右位进入工作，即第一电磁换向阀3的进油口 P3与第一电磁换向阀3的第一工作口 A3和第二工作口 B3连通，此时油缸8的有杆腔与无杆腔的压力与第一减压溢流阀2的进油口 2a压力一致；这样，通过调节第一减压溢流阀3的设定压力就可以调节油缸8有杆腔与无杆腔内的压力。由于油缸8的无杆腔面积比有杆腔内的面积大，当第一减压溢流阀2的设定压力足够大时，通过有杆腔与无杆腔内的压力油作用在缸筒上的力的差值就可以平衡作用在缸筒上的负载重量，从而使缸筒维持在一个不上也不下的“浮动”状态，这个状态有利于装卸钻杆时的上扣或卸扣工作。
权利要求1.一种顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，包括油缸(8)、第一手动换向阀(1)、第二手动换向阀(9)、第一电磁换向阀(3 )和第二电磁换向阀(6 )，油缸(8 )的活塞杆固定、缸筒活动；其特征是所述第一手动换向阀(I)的进油口(Pl)与第一压力油口(11)连接，回油口(Tl)与第一油箱(13)连接，第一工作口(Al)与油缸(8)的无杆腔连接，第二工作口(BI)与油缸(8)的有杆腔连接；所述第二手动换向阀(9)的进油口(P9)与第二压力油口(12)连接，回油口(T9)与第二油箱(14)连接，第一工作口(A9)与油缸(8)的有杆腔连接，第二工作口(B9)与油缸(8)的无杆腔连接。
2.如权利要求1所述的顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，其特征是在所述油缸(8)的无杆腔与第二压力油口(12)之间设置第一电磁换向阀(3)，第一电磁换向阀(3)的进油口(P3)与第二压力油口(12)连接，第一电磁换向阀(3)的第一工作口(A3)与油缸(8)的无杆腔连接，第一电磁换向阀(3)的第二工作口(B3)与油缸(8)的有杆腔连接；所述第一电磁换向阀(3)置于右位时,第一电磁换向阀(3)的进油口(P3)与第一电磁换向阀(3)的第一工作口(A3)和第二工作口(B3)连通；所述第一电磁换向阀(3)置于左位时，第一电磁换向阀(3)的进油口(P3)与第一电磁换向阀(3)的第一工作口(A3)和第二工作口(B3)断开。
3.如权利要求2所述的顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，其特征是在所述第一电磁换向阀(3)和第二压力油口(12)之间设置第一减压溢流阀(2)，第一减压溢流阀(2)的进油口(2a)与第二压力油口(12)连接，第一减压溢流阀(2)的出油口(2b)与第一电磁换阀(3 )的进油口(P3 )连接，第一减压溢流阀(2 )的回油口( 2c )与第三油箱(15 )连接。
4.如权利要求1所述的顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，其特征是在所述油缸(8)与第二手动换向阀(9)之间设置顺序阀(5)，顺序阀(5)的先导口(5c)分别与油缸(8)的有杆腔、第二手动换向阀(9)的第一工作口(A9)以及第一手动换向阀(I)的第二工作口(BI)连接，顺序阀(5)的外控口(5a)分别与油缸(8)的无杆腔以及第二手动换向阀(9)的第二工作口(B9)连接，顺序阀(5)的出油口(5b)与第三油箱(15)连接。
5.如权利要求4所述的顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，其特征是所述顺序阀(5)的外控口(5a)与第一电磁换向阀(3)的第一工作口(A3)连接，顺序阀(5)的先导口(5c)与第一电磁换向阀(3)的第二工作口(B3)以及第二电磁换向阀(6)的进油口(6a)连接，第二电磁换向阀(6)的进油口(6a)与第一电磁换向阀(3)的第二工作口(B3)连接，第二电磁换向阀(6)的出油口(6b)与第四油箱(16)连接。
6.如权利要求1所述的顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，其特征是在所述第一手动换向阀(I)的第一工作口(Al)与油缸(8)的无杆腔之间设有单向阀(4)。
7.如权利要求1所述的顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，其特征是在所述第二手动换向阀(9)的第二工作口(B9)的出口处设置调速阀(7)。
8.如权利要求2所述的顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，其特征是所述第一电磁换向阀(3)的第一工作口(A3)分别与单向阀(4)的出油口、调速阀(7)的出油口连接，第一电磁换向阀(3 )的第二工作口(B3 )分别与第二手动向阀(9 )的第一工作口( A9 )以及第一手动换向阀(I)的第二工作口(BI)连接。
9.如权利要求4所述的顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，其特征是所述第二手动换向阀(9)的第一工作口(A9)与第一手动换向阀(I)的第二工作口(BI)连接。
10.如权利要求1所述的顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，其特征是在所述第二手动换向阀(9)与第二压力油口( 12)之间设置第二减压溢流阀(10)，第二减压溢流阀(10)的进油口(IOa)与第二压力油口(12)连接，第二减压溢流阀(10)的出油口(IOb)与第二手动换向阀(9)的进油口(P9)连接，第二减压溢流阀(10)的回油口(IOc)与第二油箱(14)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种顶驱式钻机动力头直线运动液压控制系统，包括油缸、第一手动换向阀、第二手动换向阀、第一电磁换向阀和第二电磁换向阀，油缸的活塞杆固定、缸筒活动；特征是所述第一手动换向阀的进油口与第一压力油口连接，回油口与第一油箱连接，第一工作口与油缸的无杆腔连接，第二工作口与油缸的有杆腔连接；所述第二手动换向阀的进油口与第二压力油口连接，回油口与第二油箱连接，第一工作口与油缸的有杆腔连接，第二工作口与油缸的无杆腔连接。本实用新型采用最多两台液压泵甚至单台液压泵完成钻机工作所需要的动力头直线运动的多种工况，各种工况之间转换相当灵活。
文档编号F15B13/04GK202833391SQ20122049482
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者周峰 申请人:无锡金帆钻凿设备股份有限公司