一种防溶洞卡钎液压系统及凿岩台车的制作方法

1.本实用新型涉及工程机械领域，尤其涉及一种防溶洞卡钎液压系统及凿岩台车。


背景技术：

2.凿岩台车广泛应用于隧道、矿山机械化施工中，进行爆破前的钻孔作业。隧道、矿山施工环境复杂，岩层存在碎石、裂缝、泥渣、溶洞，且岩层硬度不一，凿岩台车钻孔时容易发生卡钎事故，包括裂缝卡钎、渐变卡钎、溶洞卡钎等。
3.其中，溶洞卡钎是指凿岩台车在钻进过程中突遇溶洞，钻进油缸快速推进。当钻进油缸重新抵住岩层时，由于其速度较快，极易造成钻头偏斜引起卡钎。卡钎后既要浪费大量时间来使钻机脱困，从而影响施工进度，又会导致钻具损坏甚至报废，导致凿岩台车的使用成本增加。
4.现有的全液压控制的凿岩台车不具备防溶洞卡钎的功能，存在上述缺陷。现有的全电脑控制的凿岩台车虽然能够实现防溶洞卡钎，但其购机和使用成本高，维护成本高，普及率远不及全液压控制的凿岩台车。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的之一是提供一种防溶洞卡钎液压系统。
6.本实用新型提供如下技术方案：
7.一种防溶洞卡钎液压系统，包括第一控制油源、钻进油缸、油箱、第一液控换向阀和第二控制油源；
8.所述第一控制油源通过液控节流阀与所述钻进油缸相连，所述液控节流阀的先导控制腔接有压力油源，所述压力油源还通过液控阀门与所述油箱相连；
9.所述第一液控换向阀一端的先导控制腔连通至所述第一控制油源与所述液控节流阀之间，另一端的先导控制腔连通至所述液控节流阀与所述钻进油缸之间；
10.所述第二控制油源通过所述第一液控换向阀与所述液控阀门的先导控制腔相连，以使所述液控阀门在所述第一液控换向阀换向时开启。
11.作为对所述防溶洞卡钎液压系统的进一步可选的方案，所述液控阀门采用液控单向阀，所述液控单向阀的进油口与所述油箱相连。
12.作为对所述防溶洞卡钎液压系统的进一步可选的方案，还包括手动换向阀、第二液控换向阀、第三控制油源和冲击控制回路；
13.所述第二控制油源通过所述第一液控换向阀与所述手动换向阀的先导控制腔相连，以使所述手动换向阀在所述第一液控换向阀换向时复位；
14.所述第二控制油源通过所述手动换向阀与所述第二液控换向阀的先导控制腔相连，以使所述第二液控换向阀在所述手动换向阀换向时换向；
15.所述第三控制油源在所述第二液控换向阀换向时通过高冲击压力控制阀与所述
冲击控制回路连通，以提供高冲击压力信号油，所述第三控制油源在所述第二液控换向阀复位时通过低冲击压力控制阀与所述冲击控制回路连通，以提供低冲击压力信号油。
16.作为对所述防溶洞卡钎液压系统的进一步可选的方案，所述液控节流阀的先导控制腔连通至所述高冲击压力控制阀与所述第二液控换向阀之间，所述压力油源为所述高冲击压力信号油。
17.作为对所述防溶洞卡钎液压系统的进一步可选的方案，所述第一控制油源与所述液控节流阀之间设有先导式减压阀。
18.作为对所述防溶洞卡钎液压系统的进一步可选的方案，还包括手动换向阀、第三液控换向阀、高推进压力控制阀和低推进压力控制阀；
19.所述第二控制油源通过所述第一液控换向阀与所述手动换向阀的先导控制腔相连，以使所述手动换向阀在所述第一液控换向阀换向时复位；
20.所述第二控制油源通过所述手动换向阀与所述第三液控换向阀的先导控制腔相连，以使所述第三液控换向阀在所述手动换向阀换向时换向；
21.所述高推进压力控制阀在所述第三液控换向阀换向时与所述先导式减压阀的先导控制腔连通，所述低推进压力控制阀在所述第三液控换向阀复位时与所述先导式减压阀的先导控制腔连通。
22.作为对所述防溶洞卡钎液压系统的进一步可选的方案，所述第一控制油源与所述液控节流阀之间设有压力补偿器；
23.所述第一液控换向阀一端的先导控制腔连通至所述第一控制油源与所述压力补偿器之间。
24.作为对所述防溶洞卡钎液压系统的进一步可选的方案，还包括第四控制油源，所述第四控制油源连通至所述钻进油缸的有杆腔，所述第一控制油源连通至所述钻进油缸的无杆腔。
25.作为对所述防溶洞卡钎液压系统的进一步可选的方案，所述第一控制油源与所述钻进油缸之间设有旁通回路，所述旁通回路上设有单向阀，以使所述钻进油缸内的液压油能够通过所述旁通回路回流至所述第一控制油源。
26.本实用新型的另一目的是提供一种凿岩台车。
27.本实用新型提供如下技术方案：
28.一种凿岩台车，包括上述防溶洞卡钎液压系统。
29.本实用新型的实施例具有如下有益效果：
30.钻机正常钻进过程中，液控阀门处于关闭状态，压力油源的压力直接作用于液控节流阀，使液控节流阀换向，节流开度开至最大，钻进速度达到最大值。当钻进过程中突遇溶洞时，钻进油缸内的压力快速下降，液控节流阀前后的压力差大于第一液控换向阀设定的换向压力，从而使第一液控换向阀换向。此时，第二控制油源中的先导信号油经第一液控换向阀流入液控阀门的先导控制腔，使液控阀门开启，进而将压力油源与油箱连通。压力油源的压力泄入油箱内，不对液控节流阀产生影响，液控节流阀快速复位，节流开度闭至最小，钻进速度因而降至最小值，避免钻头以过快的速度撞击在岩层上，进而避免钻头偏斜引起的卡钎状况。上述防溶洞卡钎液压系统不借助传感器等电控手段，实现液压自动控制，在防溶洞卡钎的同时有效地控制了成本。
31.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
33.图1示出了本实用新型实施例提供的一种防溶洞卡钎液压系统的整体结构示意图；
34.图2示出了本实用新型实施例提供的一种防溶洞卡钎液压系统中推进速度控制油路的结构示意图；
35.图3示出了本实用新型实施例提供的一种防溶洞卡钎液压系统中冲击压力控制油路的结构示意图；
36.图4示出了本实用新型实施例提供的一种防溶洞卡钎液压系统中推进压力控制油路的结构示意图。
37.主要元件符号说明：
38.1-第一控制油源；2-第二控制油源；3-第三控制油源；4-第四控制油源；5-钻进油缸；6-油箱；7-单向阀；8-先导式减压阀；9-压力补偿器；10-液控节流阀；11-第一液控换向阀；12-液控阀门；13-手动换向阀；14-第二液控换向阀；15-高冲击压力控制阀；16-低冲击压力控制阀；17-第三液控换向阀；18-高推进压力控制阀；19-低推进压力控制阀。
具体实施方式
39.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
40.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
41.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
43.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
44.实施例
45.请参阅图1，本实施例提供一种防溶洞卡钎液压系统(以下简称为“液压系统”)，应用于凿岩台车。该液压系统包括主油路、推进速度控制油路、冲击压力控制油路、推进压力控制油路、第一控制油源1、第二控制油源2、第三控制油源3、第四控制油源4、钻进油缸5和油箱6。
46.为了简化结构，推进速度控制油路、推进压力控制油路以及冲击压力控制油路之间共用部分元件。此外，图中实线表示流通有液压油的管路，图中虚线表示流通有信号油的管路。
47.具体地，钻进油缸5的活塞杆与钻机相连，带动钻机向前推进。钻机具有两种工作模式，分别是低推低冲低速的开孔模式和高推高冲高速的正常钻进模式。
48.钻孔时，第一控制油源1通过主油路与钻进油缸5的无杆腔连通，其内的液压油不断注入钻进油缸5的无杆腔，推动钻进油缸5的活塞右移，使钻进油缸5的活塞杆伸出，最终带动钻机向前推进。
49.进一步地，第四控制油源4与钻进油缸5的有杆腔连通，第一控制油源1与钻进油缸5的无杆腔之间还设有旁通回路，且旁通回路上设有单向阀7。
50.钻进油缸5钻进时，第一控制油源1内的液压油进入钻进油缸5的无杆腔，钻进油缸5的有杆腔内的液压油则进入第四控制油源4。钻进油缸5回退时，第四控制油源4内的液压油进入钻进油缸5的有杆腔，钻进油缸5的无杆腔内的液压油则通过单向阀7由旁通回路回流至第一控制油源1内。
51.具体地，主油路包括依次连接的先导式减压阀8、压力补偿器9和液控节流阀10，且先导式减压阀8的进油口与第一控制油源1连通，液控节流阀10的出油口与钻进油缸5的无杆腔连通。
52.先导式减压阀8受推进压力控制油路的控制，调节来自于第一控制油源1的液压油的油压，保证钻进油缸5输出的压力满足钻进要求。
53.压力补偿器9对液控节流阀10的进出口进行压力补偿，从而实现两种钻进状态下的速度要求，且压力补偿器9能够保证先导式减压阀8后的减压压力为低推压力或高推压力。
54.液控节流阀10受推进速度控制油路的控制，改变自身节流开度，从而改变钻进油缸5的活塞杆伸出的速度，进而改变钻机的钻进速度。液控节流阀10的节流开度越大，则钻进速度越大。
55.请参阅图2，具体地，推进速度控制油路由第一液控换向阀11、压力油源和液控阀门12组成。此外，第二控制油源2通过第一液控换向阀11与液控阀门12的先导控制腔相连，作为推进速度控制油路的先导信号油源。
56.第一液控换向阀11一端的先导控制腔连通至先导式减压阀8与压力补偿器9之间，第一换向阀另一端的先导控制腔连通至液控节流阀10与钻进油缸5之间，能够实现压差控制换向。
57.当第一液控换向阀11两端先导控制腔的压力差达到设定的换向压力时，第一液控换向阀11换向，使第二控制油源2中的先导信号油得以经第一液控换向阀11流入液控阀门12，进而使液控阀门12开启。
58.压力油源具体为高冲压力信号油源，既与液控节流阀10的先导控制腔相连，又通过液控阀门12与油箱6相连。
59.钻机正常钻进过程中，液控阀门12处于关闭状态，压力油源的压力直接作用于液控节流阀10，使液控节流阀10换向，节流开度开至最大，钻进速度达到最大值。当钻进过程中突遇溶洞时，钻进油缸5内的压力快速下降，第一液控换向阀11两端先导控制腔的压力差大于第一液控换向阀11设定的换向压力，从而使第一液控换向阀11换向。此时，第二控制油源2中的先导信号油经第一液控换向阀11流入液控阀门12的先导控制腔，使液控阀门12开启，进而将液控节流阀10的先导控制腔与油箱6连通，使液控节流阀10的先导信号油流入油箱6内，液控节流阀10快速复位至初始位置，节流开度闭至最小，钻进速度因而降至最小值，避免钻头以过快的速度撞击在岩层上，进而避免钻头偏斜引起的卡钎状况。
60.在本实施例中，液控阀门12采用液控单向阀，且液控单向阀的进油口与油箱6相连，从而保证液控阀门12在自身的先导控制腔不与第二控制油源2连通时始终保持关闭状态，以确保高冲压力信号油源的压力能够稳定地作用于液控节流阀10，继而使液控节流阀10始终保持最大开度。
61.在本技术的另一实施例中，液控阀门12也可以采用其它液控类换向元件。
62.请参阅图3，具体地，冲击压力控制油路由第一液控换向阀11、手动换向阀13、第二液控换向阀14、高冲击压力控制阀15、低冲击压力控制阀16和冲击控制回路(图中未示出)组成。
63.第三控制油源3通过第二液控换向阀14与高冲击压力控制阀15和低冲击压力控制阀16相连，进而通过高冲击压力控制阀15和低冲击压力控制阀16当中的一个与冲击控制回路相连，作为冲击控制回路的信号油源。
64.第二控制油源2既通过手动换向阀13与第二液控换向阀14的先导信号腔相连，作为第二液控换向阀14的先导信号油源，又通过第一液控换向阀11与手动换向阀13的先导信号腔相连，作为手动换向阀13的先导信号油源。
65.手动换向阀13为两位三通换向阀，通过手动进行换向，并可通过来自第二控制油源2的先导信号油使其复位。
66.第二液控换向阀14为两位四通换向阀，其在初始位置时，将第三控制油源3与低冲击压力控制阀16连通。有先导信号油进入第二液控换向阀14的先导信号腔时，第二液控换向阀14换向，将第三控制油源3与高冲击压力控制阀15连通。
67.当手动换向阀13处于初始位置时，第二控制油源2不与第二液控换向阀14的先导信号腔连通，第二液控换向阀14的先导信号油处于泄压状态。此时，第三控制油源3通过低冲击压力控制阀16连通至冲击控制回路，向冲击控制回路提供低冲击压力信号油，钻机处于低冲击压力模式。
68.当操作人员主动将手动换向阀13切换至另一工位，使手动换向阀13换向时，第二控制油源2中的先导信号油进入第二液控换向阀14的先导信号腔，使第二液控换向阀14换向。此时，第三控制油源3通过高冲击压力控制阀15连通至冲击控制回路，向冲击控制回路提供高冲击压力信号油，钻机处于高冲击压力模式。
69.当钻进过程中突遇溶洞时，第一液控换向阀11换向，使第二控制油源2中的先导信号油得以经第一液控换向阀11流入手动换向阀13的先导控制腔，从而使手动换向阀13复位，进而使钻机回到低冲击压力模式。
70.在本实施例中，上述高冲击压力控制阀15和低冲击压力控制阀16均为溢流阀。
71.进一步地，液控节流阀10的先导控制腔和液控阀门12均连通至高冲击压力控制阀15与第二液控换向阀14之间，以上述高冲击压力信号油为压力油源，无需额外设置压力油源，简化了整个液压系统的结构。
72.请参阅图4，具体地，推进压力控制油路由第一液控换向阀11、手动换向阀13、第三液控换向阀17、高推进压力控制阀18和低推进压力控制阀19组成。
73.第二控制油源2通过手动换向阀13与第三液控换向阀17的先导信号腔相连，作为第三液控换向阀17的先导信号油源。
74.第三液控换向阀17为两位四通换向阀，其在初始位置时，将先导式减压阀8的先导控制腔与低推进压力控制阀19连通。有先导信号油进入第三液控换向阀17的先导信号腔时，第三液控换向阀17换向，将先导式减压阀8的先导控制腔与高推进压力控制阀18连通。
75.当手动换向阀13处于初始位置时，第二控制油源2不与第三液控换向阀17的先导信号腔连通，第三液控换向阀17的先导信号油处于泄压状态。此时，低推进压力控制阀19连通至先导式减压阀8的先导控制腔，使第一控制油源1的液压油经先导式减压阀8减压后的压力为低压推进压力，钻机处于低推进压力模式。
76.当操作人员主动将手动换向阀13切换至另一工位，使手动换向阀13换向时，第二控制油源2中的先导信号油进入第三液控换向阀17的先导信号腔，使第三液控换向阀17换向。此时，高推进压力控制阀18连通至先导式减压阀8的先导控制腔，使第一控制油源1的液压油经先导式减压阀8减压后的压力为高压推进压力，钻机处于高推进压力模式。
77.当钻进过程中突遇溶洞时，第一液控换向阀11换向，使第二控制油源2中的先导信号油得以经第一液控换向阀11流入手动换向阀13的先导控制腔，从而使手动换向阀13复位，进而使钻机回到低推进压力模式。
78.在本实施例中，上述高推进压力控制阀18和低推进压力控制阀19均为溢流阀。
79.综上，该液压系统的工作过程为：
80.钻机空推前进，液控节流阀10、手动换向阀13、第二液控换向阀14和第三液控换向阀17均处于初始位置，第一控制油源1内的液压油经先导式减压阀8减压后的压力为低推进压力，钻机处于低推进压力状态。在钻头未贴紧岩层时，钻进油缸5的无杆腔内的压力很小，第一液控换向阀11两端的先导控制腔之间存在足够大的压差，使第一液控换向阀11换向，从而使液控阀门12打开，进而使液控节流阀10保持在初始位置。由于液控节流阀10的节流效果以及压力补偿器9对液控节流阀10的压力补偿，使钻机获得一个恒定的最小推进速度。
81.钻机继续前进并贴紧岩层时，钻进油缸5的无杆腔内的压力上升，第一液控换向阀11两端的先导控制腔之间的压差不足以使液控换向阀换向，故液控阀门12关闭，但压力油
源暂未产生，液控节流阀10仍保持在初始位置。钻进油缸5的无杆腔压力逐步升高至低推进压力设定值，外部操作系统使第三控制油源3的油经过第二液控换向阀14进入低冲击压力控制阀16，钻机进入低推低冲低速的开孔模式，能够获得较好的开孔效果。
82.完成开孔后，操作人员推动手动换向阀13换向，第二控制油源2作为信号油源使第二液控换向阀14和第三液控换向阀17换向，压力油源产生，钻机切换至高冲击压力、高推进压力状态。与此同时，高冲击压力信号油驱使液控节流阀10换向，液控节流阀10达到最大节流开度，钻机的推进速度达到最大，钻机进入高推高冲高速的正常钻进模式。
83.当钻进过程中突遇溶洞时，钻进油缸5的无杆腔内的压力快速下降，但先导式减压阀8后的压力仍为高推进压力，第一液控换向阀11两端先导控制腔的压力差再次大于第一液控换向阀11设定的换向压力，从而使第一液控换向阀11换向。在第二控制油源2中先导信号油的作用下，一方面，液控阀门12快速响应打开，使液控节流阀10在极短时间内快速复位并处于节流状态，进而使钻机的钻进速度降至最小值；另一方面，手动换向阀13复位，进而使第二液控换向阀14和第三液控换向阀17复位。此时，钻机进入低推进压力、低冲击压力和低推进速度的开孔模式，液压系统中所有液压元件的状态和开孔前的钻机空推前进状态一致，钻机重新进入开孔模式。
84.当钻机在溶洞区重新钻进开孔成功后，操作人员即可推动手动换向阀13换向，使钻机重新进入正常钻进模式。
85.总之，上述液压系统能够有效实现自动防溶洞卡钎的功能，提高防溶洞卡钎响应速度，降低溶洞卡钎几率。上述液压系统不借助传感器等电控手段，实现液压自动控制，在防溶洞卡钎的同时有效地控制了成本。当钻机空推前进或突遇溶洞时，上述液压系统能够自动减小凿岩机输出功率，实现冲击功率控制，并有效保护凿岩机及钎具，延长凿岩机的使用寿命。与此同时，上述液压系统的控制回路既可以使手动换向阀13始终处于初始位置，手动操作不能使手动换向阀13换向，或者换向困难，又可以使液控阀门12始终打开，钻机不会进入高冲高推高速的状态，避免由于人工干预操作而引发的卡钎故障。
86.本实施例还提供一种凿岩台车，包括上述防溶洞卡钎液压系统。
87.在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
88.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
89.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。