鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路及控制方法，由負載敏感變量泵、負載敏感比例多路閥、推進執行機構等組成推進控制主油路，由第一負載敏感比例多路閥的推進聯及其負載敏感外控口、耦合控制閥塊、回轉壓力反饋管路等組成推進壓力獨立液壓遠控及回轉液壓無級控制推進回路。采用推進壓力液壓遠控、平衡閥耦合兩溢流閥設定值、回轉壓力無級控制平衡閥開度等技術措施，實現鑿巖鉆機回轉推進無級耦合控制，全液壓自適應，可靠性高，且功能回路清晰、簡潔。通過推進聯、溢流閥、負載敏感變量泵等的特殊匹配設計，實現推進壓力獨立液壓遠控，與其它工作聯互不影響，提高液壓功能回路的可靠性。
【專利說明】鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鑿巖鉆機鉆進過程自適應液壓控制回路，尤其涉及一種鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路，本發明還涉及該鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路的控制方法。
【背景技術】
[0002]氣動潛孔鉆機、液壓頂錘鉆機、牙輪鉆機和切削鉆機為鑿巖鉆機的主流機型，回轉、推進為上述鑿巖鉆機的關鍵作業動作，回轉和推進的耦合控制為鑿巖鉆機液壓控制技術關鍵點之一。鑿巖作業鉆進過程復雜，不同的巖層硬度需要不同的推進力；巖層較硬時，鉆頭較難吃進巖層，需要較大的推進力；巖層較軟時，鉆頭較易吃進巖層，需要較小的的推進力。鉆進過程中，巖層硬度是變化的，巖層變硬時，需增大推進力，反之需減小推進力。回轉力變化能夠反映巖層硬度的變化，回轉力增大時，巖層變軟，反之巖層變硬。推進力自適應與巖層變化，即可轉化為推進力自適應與回轉力變化，依據回轉力變化主動控制推進力；控制工況為，回轉力增大時，控制推進力減小，反之控制推進力增大。可靠的回轉控制推進的控制回路及控制方法是實現上述控制需求的基礎。
[0003]可靠的實現回轉控制推進具有一定的技術難度，目前，國內品牌鑿巖鉆機大都沒有回轉控制推進功能。國外著名品牌At I ase鑿巖鉆機推進力控制采用遠控負載敏感主泵的方法，但主泵不只給推進油路供油，同時并聯給其他油路供油，這就使得不同油路、不同工況工作下主泵壓力的遠控邏輯復雜，電液邏輯功能閥塊應用較多，液壓系統故障檢測及維修技術難以掌握，維護成本高。國內鑿巖鉆機開發過程中也存在仿制國外品牌鉆機液壓控制系統現象，但液壓回路的復雜性致使電液邏輯功能閥塊的仿制及系統集成匹配細節等很難到位，制約整機作業性能及可靠性。液壓控制技術的提升已成為國內鑿巖鉆機發展的技術核心之一，需要適應液壓件及系統匹配技術現狀的液壓控制技術創新。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種能實現推進壓力獨立液壓無級遠控、通過回轉壓力控制平衡閥開度、實現回轉壓力無級控制推進壓力、通過全液壓方式實現回轉推進自適應無級耦合控制的鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路。
[0005]本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種該鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路的控制方法。
[0006]為了解決上述第一技術問題，本發明提供的鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路，包括由第一負載敏感變量泵、第一負載敏感比例多路閥、推進執行機構、液壓油箱組成的推進控制主油路，包括由第二液壓泵、第二液壓換向閥、回轉馬達、液壓油箱組成的回轉控制主油路，所述的第一負載敏感比例多路閥包括推進聯，所述的推進聯的第一油口(Al)設有負載敏感外控口(LsAl);所述的第一負載敏感變量泵的負載敏感口(L Si)與所述的第一負載敏感比例多路閥的負載敏感口(Lsr )連接；耦合控制閥塊包括平衡閥、第一溢流閥、第二溢流閥、進油口(C2)和先導口(Cl)，所述的負載敏感外控口(L sAl)與所述的耦合控制閥塊的所述的進油口(C2)連接，所述的回轉控制主油路的回轉壓力反饋管路與所述的耦合控制閥塊的所述的先導口(Cl)連接，所述的耦合控制閥塊的集成泄油及回油口與所述的液壓油箱連接。
[0007]所述的推進聯內設有壓差補償器和負載反饋梭閥，所述的壓差補償器的負載反饋口(L s3)通過所述的推進聯的閥芯的下位與所述的負載敏感外控口(LsAl)連接，所述的負載反饋口(L s3)與所述的負載反饋梭閥的第一進油口(L31)連接，所述的負載反饋梭閥的第二進油口(L32)與所述的液壓油箱連接，所述的負載反饋梭閥出油口(L3)與所述的負載敏感口(L Si')連接，所述的電比例溢流閥的設定值依次通過所述的推進聯的閥芯、壓差補償器、負載反饋梭閥、負載敏感口(L Si')反饋至所述的負載敏感口(L Si)。
[0008]所述的耦合控制閥塊內部匹配及連接為:所述的第一溢流閥的第一進油口(A4)與所述的第二溢流閥的第二進油口(A5)并聯連接后與所述的進油口(C2)連接，所述的第二溢流閥的第二回油口(B5)與所述的平衡閥的第三進油口(A3)連接，所述的平衡閥的控制端與所述的先導口(Cl)連接，所述的平衡閥的第三回油口(B3)及第三泄油口(D3)、所述的第二溢流閥的第二泄油口(D5)、所述的第一溢流閥的第一回油口(B4)及第一泄油口(D4)均與所述的液壓油箱連接。
[0009]所述的耦合控制閥塊內部匹配及連接為:第一溢流閥的第一進油口(A4)與所述的平衡閥的第三進油口(A3)連接并與所述的進油口(C2)連接，所述的平衡閥的第三回油口(B3)與所述的第二溢流閥的第二進油口(A5)連接，所述的平衡閥的控制端與所述的先導口(Cl)連接，所述的第一溢流閥的第一回油口(B4)及第一泄油口(D4)、所述的第二溢流閥的第二回油口(B5)及第二泄油口(D5)、所述的平衡閥的第三泄油口(D3)均與所述的液壓油箱連接。
[0010]為了解決上述第二個技術問題，本發明提供的鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路的控制方法，推進壓力通過所述的耦合液壓閥塊無級遠控，所述的耦合液壓閥塊的第一溢流閥設定值為強推推進壓力，所述的第二溢流閥設定值為弱推推進壓力，強推推進壓力、弱推推進壓力依據鑿巖鉆進工況需求；所述的耦合液壓閥塊設定值由所述的第一溢流閥、第二溢流閥和平衡閥耦合設定，所述的平衡閥的開起壓力、全開壓力設定值依據回轉控制推進工況需求，開起壓力為回轉推進自適應耦合控制起始點，全開壓力為回轉推進自適應耦合控制終止點；回轉壓力小于所述的平衡閥開起壓力設定值時，推進壓力由所述的耦合液壓閥塊的第一溢流閥遠控；回轉壓力大于所述的平衡閥全開壓力設定值時，推進壓力由所述的耦合液壓閥塊的第二溢流閥遠控；回轉壓力大于所述的平衡閥開啟壓而小于所述平衡閥全開壓力時，推進壓力由所述的耦合液壓閥塊設定值遠控，回轉壓力由所述的平衡閥開起壓力增大至全開壓力，所述的耦合液壓閥塊設定值由所述的第一溢流閥設定值無級減小至所述的第二溢流閥設定值，反之，所述的耦合液壓閥塊設定值由所述第二溢流閥設定值無級增大至第一溢流閥設定值。
[0011]采用上述技術方案的鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路及控制方法，通過推進聯、溢流閥、平衡閥、負載敏感變量泵等的匹配設計，實現推進壓力獨立液壓無級遠控；通過回轉壓力控制平衡閥開度，實現回轉壓力無級控制推進壓力；通過全液壓方式實現回轉推進自適應無級耦合控制。本發明具有以下優點:
[0012]1、采用推進壓力液壓遠控、平衡閥耦合兩溢流閥設定值、回轉壓力無級控制平衡閥開度等技術措施，實現鑿巖鉆機回轉推進無級耦合控制，全液壓自適應，可靠性高，且功能回路清晰、簡潔。
[0013]2、通過推進聯、溢流閥、負載敏感變量泵的匹配設計，實現推進壓力獨立液壓遠控，與其它工作聯互不影響，提高液壓功能回路的可靠性。
[0014]綜上所述，本發明是一種能實現推進壓力獨立液壓無級遠控、通過回轉壓力控制平衡閥開度、實現回轉壓力無級控制推進壓力、通過全液壓方式實現回轉推進自適應無級耦合控制的鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路及控制方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的原理圖。
[0016]圖2是本發明推進聯的放大圖。
[0017]圖3為本發明耦合控制閥塊第一方案放大圖。
[0018]圖4為本發明耦合控制閥塊第二方案放大圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0020]參見圖1，由第一負載敏感變量泵1、第一負載敏感比例多路閥3、推進執行機構5、液壓油箱8組成推進控制主油路；由第二液壓泵2、第二液壓換向閥4、回轉馬達6、液壓油箱8組成的回轉控制主油路，由第一負載敏感比例多路閥3的推進聯31及其負載敏感外控口 LsAl、耦合控制閥塊7、回轉壓力反饋管路組成推進壓力獨立液壓遠控及回轉液壓無級控制推進回路。第一負載敏感比例多路閥I包括推進聯31，推進聯31的第一油口 Al設有負載敏感外控口 L sAI ;耦合控制閥閥7塊包括平衡閥71、第一溢流閥72、第二溢流閥73、進油口 C2和先導口 Cl。第一負載敏感變量泵I的進油口與液壓油箱8連接，第一負載敏感變量泵I的出油口 Pl與第一負載敏感比例多路閥3的首聯進油口 Pl,連接，第一負載敏感變量泵I的負載敏感口 L Si與第一負載敏感比例多路閥3的負載敏感口 L Si'連接，推進聯31的第一油口 Al、第二油口 BI分別與推進執行機構5的第一主油口 ΑΓ、第二主油口BI'連接，負載敏感外控口 LsAl與耦合控制閥塊7的進油口 C2連接，回轉控制主油路的回轉壓力反饋管路與耦合控制閥塊7的平衡閥71的先導口 Cl連接，耦合控制閥塊7的集成泄油及回油口 T與液壓油箱8連接。本文界定，推進執行機構5的第一主油口 Al'進油且第二主油口 ΒΓ回油時為推進下推動作，第二主油口 ΒΓ進油且第一主油口 Al'回油時為推進上提動作。
[0021]如圖2所示，推進聯31內設有壓差補償器311和負載反饋梭閥312，壓差補償器311的負載反饋口 L s3通過推進聯31的閥芯的下位與負載敏感外控口 L sAl連接，壓差補償器311的負載反饋口 Ls3與負載反饋梭閥312的第一進油口 L31連接，本例中負載反饋梭閥312的第二進油口 L32與液壓油箱10連接，推進聯31的負載反饋梭閥312的出油口L3與負載敏比例感多路閥3的負載敏感口 L Si'連接，電比例溢流閥7的設定值依次通過推進聯31的閥芯、壓差補償器311、負載反饋梭閥312、負載敏感比例多路閥3的Lsl' 口反饋至負載敏感變量泵I的負載敏感口 L Si。
[0022]如圖3所示，耦合控制閥塊7內部匹配及連接為:第一溢流閥72的第一進油口 A4與第二溢流閥73的第二進油口 A5并聯連接后與進油口 C2連接，第二溢流閥73的第二回油口 B5與平衡閥71的第三進油口 A3連接，平衡閥71的控制端與先導口 Cl連接，平衡閥71的第三回油口 B3及第三泄油口 D3、第二溢流閥73的第二泄油口 D5、第一溢流閥72的第一回油口 B4及第一泄油口 D4均通過回油口 T與液壓油箱(8)連接。
[0023]如圖4所示，耦合控制閥塊7內部匹配及連接為:第一溢流閥72的第一進油口 A4與平衡閥71的第三進油口 A3連接并與進油口 C2連接，平衡閥71的第三回油口 B3與第二溢流閥73的第二進油口 A5連接，平衡閥71的控制端與先導口 Cl連接，第一溢流閥72的第一回油口 B4及第一泄油口 D4、第二溢流閥73的第二回油口 B5及第二泄油口 D5、平衡閥71的第三泄油口 D3均通過回油口 T與液壓油箱10連接。
[0024]由第二液壓泵2、第二液壓換向閥4、回轉馬達6、液壓油箱8組成回轉控制主油路。第二液壓泵2的進油口與液壓油箱8連接，第二液壓泵2的出油口 P2與第二液壓換向閥4的首聯進油口 P2'連接，第二液壓換向閥4的第一回轉聯油口 A2、第二回轉聯油口 B2分別與回轉馬達6的第三油口 A2'、第四油口 B2'連接。本文界定，回轉馬達的第三油口 A2'進油且第四油口 B2'回油時為回轉正轉動作，第四油口 B2'進油且第三油口 A2'回油時為回轉反轉動作。回轉控制主油路可以是變量系統，也可以是定量系統，以實現回轉動作主控制功能為原則，具體液壓回路方式本例不作界定。
[0025]推進壓力通過耦合液壓閥塊7遠控。僅推進聯31工作時，耦合液壓閥塊7的進油口 C2的設定值依次通過負載敏感外控口 L sAl、推進聯31的閥芯閥體結構、壓差補償器311、負載反饋梭閥312、負載敏感比例多路閥3的負載敏感口 Lsl'反饋至負載敏感變量泵I的負載敏感口 L Si，實現負載敏感變量泵I的出口壓力適應于電比例溢流閥7的設定值，進而控制推進力適應于電比例溢流閥7的設定值。推進聯31與其它工作聯并聯同時工作時，若其它工作聯的工作壓力低于所述耦合液壓閥塊7的進油口 C2的設定值，則具體實施過程與僅推進聯31工作時相同；若其它工作聯的工作壓力高于所述耦合液壓閥塊7的進油口 C2的設定值，則最高壓力工作聯工作壓力通過負載敏感比例多路閥3各片的負載反饋梭閥312反饋至負載敏感變量泵I的負載敏感口 L Si，負載敏感變量泵I的輸出壓力適應于最高壓力工作聯工作壓力；推進聯31的壓差補償器311在最高壓力工作聯工作壓力和電比例溢流閥7的設定值共同作用下，壓差補償器311連通進油聯和推進聯31的進油閥口關小，產生一定的壓差補償，從而控制推進聯31的第一油口 Al的工作壓力適應于電比例溢流閥7的的設定值，不受其它工作聯工作壓力影響，也不影響其它工作聯工作壓力。
[0026]耦合液壓閥塊7的進油口 C2的設定值以包含強推推進壓力和弱推推進壓力為準則；強推推進壓力、弱推推進壓力依據鑿巖鉆進工況而定，推進耦合控制閥塊7的第一溢流閥72的設定值為強推推進壓力，耦合控制閥塊7的第二溢流閥73的設定值為弱推推進壓力。耦合液壓閥塊7的進油口 C2的設定值由第一溢流閥72、第二溢流閥73和平衡閥71耦合設定；平衡閥71的開起壓力、全開壓力設定值依據回轉控制推進工況而定，開起壓力為回轉推進自適應耦合控制起始點，全開壓力為回轉推進自適應耦合控制終止點。回轉壓力小于平衡閥71開起壓力設定值時，平衡閥71處于關閉狀態，進油口 C2僅與第一溢流閥72有效連通，進油口 C2的設定值為第一溢流閥72設定值；回轉壓力大于平衡閥71全開壓力設定值時，平衡閥71處于全開狀態，進油口 C2與第一溢流閥72、第二溢流閥73均連通，第一溢流閥72設定值大于第二溢流閥73設定值，第二溢流閥閥73起作用，進油口 C2設定值由第二溢流閥73設定；回轉壓力大于平衡閥71開啟壓而小于平衡閥71全開壓力時，回轉壓力由平衡閥71開起壓力增大至全開壓力，平衡閥71開度由零增大至最大，閥口壓差由大變小，進油口 C2的設定值由第一溢流閥72設定值無級減小至第二溢流閥73設定值；回轉壓力由平衡閥71全開壓力減小至開啟壓力，平衡閥71開度由最大減小至零，閥口壓差由小變大，進油口 C2的設定值由第二溢流閥73設定值無級增大至第一溢流閥72設定值。
【權利要求】
1.一種鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路，包括由第一負載敏感變量泵(I)、第一負載敏感比例多路閥(3)、推進執行機構(5)、液壓油箱(8)組成的推進控制主油路，包括由第二液壓泵2、第二液壓換向閥4、回轉馬達6、液壓油箱8組成的回轉控制主油路，其特征是:所述的第一負載敏感比例多路閥(31)包括推進聯(31)，所述的推進聯(31)的第一油口(Al)設有負載敏感外控口(LsAl);所述的第一負載敏感變量泵(I)的負載敏感口(Lsl)與所述的第一負載敏感比例多路閥(3)的負載敏感口(Lsl')連接；耦合控制閥塊(7)包括平衡閥(71)、第一溢流閥(72)和第二溢流閥(73)，所述的負載敏感外控口(LsAl)與所述的耦合控制閥塊(7)的所述的第一溢流閥(71)的進油口(C2)連接，所述的回轉控制主油路的回轉壓力反饋管路與所述的耦合控制閥塊(7)的所述的平衡閥(71)先導口(Cl)連接，所述的耦合控制閥塊(7)的集成泄油及回油口與所述的液壓油箱(8)連接。
2.根據權利要求1所述的鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路，其特征是:所述的推進聯(31)內設有壓差補償器(311)和負載反饋梭閥(312)，所述的壓差補償器(311)的負載反饋口(Ls3)通過所述的推進聯(31)的閥芯的下位與所述的負載敏感外控口(LsAl)連接，所述的負載反饋口(Ls3)與所述的負載反饋梭閥(312)的第一進油口(L31)連接，所述的負載反饋梭閥(312)的第二進油口(L32)與所述的液壓油箱(10)連接，所述的負載反饋梭閥(312)出油口(L3)與所述的負載敏感口(Lsl')連接，所述的電比例溢流閥(7)的設定值依次通過所述的推進聯(31)的閥芯、壓差補償器(311)、負載反饋梭閥(312)、負載敏感口(Lsl')反饋至所述的負載敏感口(Lsl)。
3.根據權利要求1或2所述的鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路，其特征是:所述的耦合控制閥塊(7)內部匹配及連接為:所述的第一溢流閥(72)的第一進油口(A4)與所述的第二溢流閥(73)的第二進油口(A5)并聯連接后與所述的進油口(C2)連接，所述的第二溢流閥(73)的第二回油口(B5)與所述的平衡閥(71)的第三進油口(A3)連接，所述的平衡閥(71)的控制端與所述的先導口(Cl)連接，所述的平衡閥(71)的第三回油口(B3)及第三泄油口(D3)、所述的第二溢流閥(73)的第二泄油口(D5)、所述的第一溢流閥(72)的第一回油口(B4)及第一泄油口(D4)均與所述的液壓油箱(8)連接。
4.根據權利要求1所述的鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路，其特征是:所述的耦合控制閥塊(7)內部匹配及連接為:第一溢流閥(72)的第一進油口(A4)與所述的平衡閥(71)的第三進油口(A3)連接并與所述的進油口(C2)連接，所述的平衡閥(71)的第三回油口(B3)與所述的第二溢流閥(73)的第二進油口(A5)連接，所述的平衡閥(71)的控制端與所述的先導口(Cl)連接，所述的第一溢流閥(72)的第一回油口(B4)及第一泄油口(D4)、所述的第二溢流閥(73)的第二回油口(B5)及第二泄油口(D5)、所述的平衡閥(71)的第三泄油口(D3)均與所述的液壓油箱(10)連接。
5.根據權利要求1所述的鑿巖鉆機回轉推進全液壓自適應耦合控制回路的控制方法，其特征是:推進壓力通過所述的耦合液壓閥塊(7)無級遠控，所述的耦合液壓閥塊(7)的第一溢流閥(72)設定值為強推推進壓力，所述的第二溢流閥(73)設定值為弱推推進壓力，強推推進壓力、弱推推進壓力依據鑿巖鉆進工況需求；所述的耦合液壓閥塊(7)設定值由所述的第一溢流閥(72)、第二溢流閥(73)和平衡閥(71)耦合設定，所述的平衡閥(71)的開起壓力、全開壓力設定值依據回轉控制推進工況需求，開起壓力為回轉推進自適應耦合控制起始點，全開壓力為回轉推進自適應耦合控制終止點；回轉壓力小于所述的平衡閥(71)開起壓力設定值時，推進壓力由所述的耦合液壓閥塊(7)的第一溢流閥(72)遠控；回轉壓力大于所述的平衡閥(71)全開壓力設定值時，推進壓力由所述的耦合液壓閥塊(7)的第二溢流閥(73)遠控；回轉壓力大于所述的平衡閥(71)開啟壓而小于所述平衡閥全開壓力時，推進壓力由所述的耦合液壓閥塊(7)設定值遠控，回轉壓力由所述的平衡閥(71)開起壓力增大至全開壓力，所述的耦合液壓閥塊(7)設定值由所述的第一溢流閥(72)設定值無級減小至所述的第二溢流閥(73)設定值，反之，所述的耦合液壓閥塊設定值由所述第二溢流閥(73)設定值無級增大至第一溢流閥(72)設定值。
【文檔編號】F15B11/17GK104343433SQ201410605668
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】王東升, 林宏武, 郭勇, 趙俊波, 徐亮 申請人:山河智能裝備股份有限公司