钻机轻推开孔、自适应能力和自动防卡转功能的实现

摘要

一种具有轻推开孔功能、自适应能力功能和自动防卡转功能的新型全液压钻机。它用于矿山和坑道中钻凿瓦斯抽放孔、排放孔、探水孔、通风孔、通讯孔、电缆孔、地质孔及其它工程用孔。解决了现有的钻机在开孔时，转矩、转速和推进力过大，不能准确定位，导致孔的位置发生偏差；钻进过程中，转矩和推进力靠人工控制，不能适应岩层性质的变化，导致钻进效率低或卡转；钻进过程中遇到特殊的地质条件出现突发性卡转，由于操作失误，造成钻杆丢失，使钻孔报废等问题。采用如图2所示的液压系统中的功能阀组9实现钻机轻推开孔功能、自适应能力功能和自动防卡转功能。

说明书

所属技术领域

本发明涉及用于矿山和坑道中钻凿瓦斯抽放孔、排放孔、探水孔、通风孔、通讯孔、电缆孔、地质孔及其它工程用孔的钻机。

背景技术

目前，在矿山和坑道施工的安全和生产中，钻机具有极其重要的作用。目前，钻机在使用过程中存在下列突出问题：

(一)钻机开孔时，转矩、转速和推进力过大，不能准确定位，导致孔的位置发生偏差。

(二)在钻进过程中，转矩和推进力靠人工控制，不能适应岩层性质的变化，导致钻进效率低或卡转，甚至丢失钻杆使钻孔报废。

(三)在钻进过程中，遇到特殊的地质条件时，极容易出现突发性卡转，由于操作失误，造成钻杆丢失，使钻孔报废。

发明内容

为了解决现有钻机在使用过程中存在的钻机开孔时，转矩、转速和推进力过大，不能准确定位，导致孔的位置发生偏差；钻进过程中，转矩和推进力靠人工控制，不能适应岩层性质的变化，导致钻进效率低或卡转，甚至丢失钻杆使钻孔报废；钻进过程中遇到特殊的地质条件时，极容易出现突发性卡转，由于操作失误，从而造成钻杆丢失，使钻孔报废等问题。本发明提供新型全液压钻机，钻机具有轻推开孔功能，保证开孔位置准确；钻机具有自适应能力，保证钻机在扭矩过大时，自动地降低推进力，从而降低钻机的扭矩，在钻机扭矩降低到一定值时，能自动增加推进力，提高推进速度；钻机具有自动防卡转能力，当出现突发性卡转时能自动后退，故障排除后推进系统能重新自动轻推前进，继续钻进。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：采用如图1所示的新型全液压钻机，整机由泵站、操作台、支撑框架、机架、钻具、动力头六大部分组成。泵站通过电动机将电能转换为机械能，再通过高压油泵组将机械能转换为液压能，为钻机提供旋转力和推进力；操作台上的高压油管共有两部分，一部分为操作台上各组件彼此连接用；另一部分与操作台外各组件相连接，进油管和回油管与泵站连接、工作油管分别与动力头上的液压马达和机架上的推进油缸连接；操作台上共有3个操作手把，其中旋转操作手把控制马达的正反转，正常进退操作手把控制推进油缸的正常进退，快速进退操作手把控制油缸的快速进退。机架主要由油缸、快换接头、拖板、机架体、导轨等组成；油缸筒体与机架体连接，活塞杆与拖板连接，动力头安装在拖板上。当对油缸给排油时，拖板、油缸在导轨上前后运动，实现动力头前进和后退。钻具由钻杆和钻头组成，用于钻孔和排渣。动力头主要由液压马达、壳体、水辫总成等三大部件组成，它的作用是将液压能转化为机械能，通过钻杆为钻头提供扭矩以切削岩石(煤)。

为了解决钻机在使用过程中存在的上述技术问题，采用了如图2所示的液压系统，其工作原理为：高压油泵组2产生的压力油P1、P2经控制阀组6可分别进入液压马达8和机架上的推进油缸10，使液压马达正反转和推进油缸正常进退，带动钻杆和钻头旋转、动力头前进和后退。当控制阀组6处于图示位置时，压力油P1经换向阀6-1、6-2回油箱，换向阀6-2处于左位或右位工作经换向阀6-3回油箱，高压油泵组卸载运行。当换向阀6-1处于左位或右位工作时，压力油P1分别进入液压马达8的上、下油口，使液压马达正反转，带动钻杆和钻头旋转；当换向阀6-3处于左位或右位工作时，压力油P2经换向阀6-3进入推进油缸10使推进油缸正常进退，带动动力头前进和后退。钻机正常工作。当换向阀6-1处于中位工作、换向阀6-2处于左位或右位工作时，压力油P1进入推进油缸10，同时压力油P2经换向阀6-3进入推进油缸10，实现推进油缸的快速进退。采用功能阀组9实现钻机轻推开孔功能、自适应能力功能和自动防卡转功能。

附图说明

图1是本发明的新型全液压钻机结构示意图。钻机由泵站1，操纵台2，辅助支撑4，动力头5，钻杆6，机架7，塔式组合钻头8，主支撑横梁9，主支撑10，船形底座11组成。

图2是本发明的新型全液压钻机液压系统图。包括油箱1，高压油泵组2，防爆电动机3，小泵溢流阀4，大泵溢流阀5，控制阀组6，冷却器7，液压马达8，功能阀组9，液压缸10。

具体实施方式

当钻机开始钻孔时，如图2所示的液压系统中，液控换向阀9-3处于右位工作，由于钻进阻力小，推进油缸10活塞腔油压低，溢流阀9-7关闭，液控单向阀9-4关闭；压力油P2经换向阀6-3，远控减压阀9-9，液控换向阀9-3，节流阀9-5进入推进油缸10的活塞腔，由于节流阀9-5的节流作用，进入推进油缸10活塞腔的压力油流量小，压力低，使推进油缸的活塞杆推进速度慢、推进力小，实现钻机轻推开孔功能，保证开孔位置准确。

当钻机正常工作时，如图2所示的液压系统中，换向阀6-1处于左位工作，压力油P1进入液压马达8的上油口，使液压马达正转，带动钻杆和钻头旋转；钻机在扭矩过大时，压力油P1油压增大，P1与远控减压阀9-9的远控口连接，使远控减压阀出口压力降低，进入推进油缸10的活塞腔的压力油P2压力降低，自动地降低推进力，从而降低钻机扭矩；在钻机扭矩降低到一定值时，压力油P1油压降低，远控减压阀出口压力增大，进入推进油缸10的活塞腔的压力油P2压力增大，自动增加推进力，提高推进速度；防止了钻机转矩和推进力靠人工控制，不能适应岩层性质的变化，导致钻进效率低或卡转，甚至丢失钻杆使钻孔报废的问题；实现钻机自适应能力功能。

当钻机钻进过程中遇到特殊的地质条件，出现突发性卡转时，如图2所示的液压系统中，压力油P1油压突然增大，溢流阀9-1开启，压力油P1进入液控换向阀9-3的远控口，液控换向阀9-3左位工作，压力油P2进入推进油缸10的活塞杆腔，使活塞杆退回，带动动力头、钻杆后退；故障排除后，压力油P1油压降低，溢流阀9-1关闭，液控换向阀9-3右位工作，压力油P2进入推进油缸10的活塞腔使活塞杆伸出，带动动力头、钻杆重新自动轻推前进，继续钻进。实现钻机自动防止突发性卡转功能。