钻机液压控制系统及钻机系统

583 编辑：中冶有色技术网来源：湖南创远高新机械有限责任公司

2023-12-18 14:53:51

权利要求书： 1.一种钻机液压控制系统，其特征在于，包括：推进油缸(110)，用于安装马达减速箱总成(210)；

电比例背压阀(120)，其具有第一油口和第二油口，所述电比例背压阀(120)的第一油口与所述推进油缸(110)的无杆腔连接；

控制阀组(130)，其具有第一油口、第二油口、第三油口、第四油口，所述控制阀组(130)的第一油口用于连接液压泵(220)，第二油口用于连接主油箱(230)，第三油口与所述电比例背压阀(120)的第二油口连接，第四油口与所述推进油缸(110)的有杆腔连接；

单向阀(140)，其进油口与所述控制阀组(130)的第三油口连接，出油口与所述推进油缸(110)的无杆腔连接；

主控器，与所述电比例背压阀(120)电性连接。

2.根据权利要求1所述的钻机液压控制系统，其特征在于，还包括与所述主控器电性连接的压力传感器(150)，所述压力传感器(150)用于检测所述推进油缸(110)的无杆腔与所述电比例背压阀(120)的第一油口之间的油压。

3.根据权利要求1所述的钻机液压控制系统，其特征在于，所述电比例背压阀(120)采用反比例电动背压阀。

4.根据权利要求1所述的钻机液压控制系统，其特征在于，所述控制阀组(130)包括换向阀组。

5.一种钻机系统，其特征在于，包括：如权利要求1至4任一所述的钻机液压控制系统；

马达减速箱总成(210)，与所述主控器电性连接并设置于所述推进油缸(110)上；

至少一根钻杆(240)，其一端与所述马达减速箱总成(210)连接，用于在所述马达减速箱总成(210)驱动下转动；

钻头(250)，与所述钻杆(240)的另一端连接；

主油箱(230)，与所述控制阀组(130)的第二油口连接；

液压泵(220)，连接在所述主油箱(230)与所述控制阀组(130)的第一油口之间。

6.根据权利要求5所述的钻机系统，其特征在于，所述钻头(250)采用牙轮钻头。

说明书：一种钻机液压控制系统及钻机系统技术领域[0001] 本实用新型属于工程机械领域，具体涉及一种钻机液压控制系统及钻机系统。背景技术[0002] 天井钻机在导孔钻进施工时，马达减速箱总成驱动钻杆和钻头旋转，马达减速箱总成与推进油缸缸筒连接成一整体，控制阀组出口的液压油管与其中推进油缸的有杆腔、

无杆腔连接，通过控制阀组的换向，改变工作油管中液压油的工作流向，带动推进油缸的

上、下移动，从而带动马达减速箱总成的升降，将钻孔需要的轴压传递至钻头。

[0003] 但是在开孔过程中，随着钻孔深度的加深，马达减速箱总成、推进油缸、钻杆及钻头的总重量也越来越重，最终超过钻孔所需要的轴压，因此，在钻孔过程中能够平衡掉多余

的重量就显得尤为的重要，而目前平衡多余的重量的方式，主要是通过人工调节推进油缸

中油压来完成对多余的重量平衡，因此对操作人员的专业水平以及经验要求较高，且容易

出现因为人为操作而导致的失误。此外，因为只能通过人工进行调节，也难以满足日渐高要

求的智能化生产需求。

实用新型内容

[0004] 本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种钻机液压控制系统，解决了钻孔过程中平衡多余重量需要通过人工调节的问题。本

实用新型还提出了一种钻机系统。

[0005] 根据本实用新型第一方面实施例的钻机液压控制系统，包括：[0006] 推进油缸，用于安装马达减速箱总成；[0007] 电比例背压阀，其具有第一油口和第二油口，所述电比例背压阀的第一油口与所述推进油缸的无杆腔连接；

[0008] 控制阀组，其具有第一油口、第二油口、第三油口、第四油口，所述控制阀组的第一油口用于连接液压泵，第二油口用于连接主油箱，第三油口与所述电比例背压阀的第二油

口连接，第四油口与所述推进油缸的有杆腔连接；

[0009] 单向阀，其进油口与所述控制阀组的第三油口连接，出油口与所述推进油缸的无杆腔连接；

[0010] 主控器，与所述电比例背压阀电性连接。[0011] 根据本实用新型实施例的钻机液压控制系统，至少具有如下技术效果：通过控制阀组和单向阀可以向推进油缸有杆腔或无杆腔中的输入液压油，从而可以驱动推进油缸实

现对马达减速箱总成的提升和下降的控制。通过电比例背压阀可以调节推进油缸无杆腔中

油压，从而可以通过推进油缸保持钻头上压力的稳定，且通过主控器的进一步控制，可以在

钻头钻入不同深度时，自动调节电比例背压阀的设定压力值，以保证可以平衡掉多余的重

量，从而保证钻头钻孔时压力的稳定。本实用新型实施例的钻机液压控制系统相较于传统

的人工调节而言，具备了自动平衡多余重量的能力，降低了对操作人员的专业水平以及经

验的要求，适合进行产业化推广。

[0012] 根据本实用新型的一些实施例，上述钻机液压控制系统还包括与所述主控器电性连接的压力传感器，所述压力传感器用于检测所述推进油缸的无杆腔与所述电比例背压阀

的第一油口之间的油压。

[0013] 根据本实用新型的一些实施例，所述电比例背压阀采用反比例电动背压阀。[0014] 根据本实用新型的一些实施例，所述控制阀组包括换向阀组。[0015] 根据本实用新型第二方面实施例的钻机系统，包括：[0016] 如上述的钻机液压控制系统；[0017] 马达减速箱总成，与所述主控器电性连接并设置于所述推进油缸上；[0018] 至少一根钻杆，其一端与所述马达减速箱总成连接，用于在所述马达减速箱总成驱动下转动；

[0019] 钻头，与所述钻杆的另一端连接；[0020] 主油箱，与所述控制阀组的第二油口连接；[0021] 液压泵，连接在所述主油箱与所述控制阀组的第一油口之间。[0022] 根据本实用新型实施例的钻机系统，至少具有如下技术效果：通过采用上述的钻机液压控制系统，可以实现对钻进压力的自动平衡，避免了在钻进深度过深时，容易对钻头

在成损坏或引起其它故障。同时，采用上述的钻机液压控制系统，也使得本实用新型实施例

的钻机系统具备了自动平衡钻进过程中多余重量的问题，不再需要人工进行压力调节，具

备了智能化控制的基础。

[0023] 根据本实用新型的一些实施例，所述钻头采用牙轮钻头。[0024] 本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明[0025] 本实用新型的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0026] 图1是本实用新型实施例的钻机系统的结构简图。[0027] 附图标记：[0028] 推进油缸110、电比例背压阀120、控制阀组130、单向阀140、压力传感器150、[0029] 马达减速箱总成210、液压泵220、主油箱230、钻杆240、钻头250。具体实施方式[0030] 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。

[0031] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装

置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型

的限制。

[0032] 在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第

一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

[0033] 本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型

中的具体含义。

[0034] 下面参考图1描述根据本实用新型实施例的钻机液压控制系统。[0035] 根据本实用新型第一方面实施例的钻机液压控制系统，包括推进油缸110、电比例背压阀120、控制阀组130、单向阀140、主控器。

[0036] 推进油缸110，用于安装马达减速箱总成210；[0037] 电比例背压阀120，其具有第一油口和第二油口，电比例背压阀120的第一油口与推进油缸110的无杆腔连接；

[0038] 控制阀组130，其具有第一油口、第二油口、第三油口、第四油口，控制阀组130的第一油口用于连接液压泵220，第二油口用于连接主油箱230，第三油口与电比例背压阀120的

第二油口连接，第四油口与推进油缸110的有杆腔连接；

[0039] 单向阀140，其进油口与控制阀组130的第三油口连接，出油口与推进油缸110的无杆腔连接；

[0040] 主控器，与电比例背压阀120电性连接。[0041] 参考图1，在开孔的最初一段深度中，因为钻杆240的数量比较少，马达减速箱总成210、推进油缸110、钻杆240和钻头250的重量不足以推进钻头250钻开岩层，此时，需要通过

推进油缸110来提供一个向下的压力，使得钻头250与岩层接触区域保持足够的压力，从而

可以更好的破开岩层。通过调节控制阀组130可以将液压泵220输出的液压油输入到推进油

缸110的有杆腔，从而让推进油缸110向钻头250提供需求的推进力，此时电比例背压阀120

的设定压力值最小，随着钻孔深度的增加，钻杆240数量的增加，马达减速箱总成210、推进

油缸110、钻杆240及钻头250的总重量也越来越重，最终会超过钻孔所需要的轴压，此过程

中，为了保护钻头250不会因为轴压过大而被损坏以及控制导孔偏斜率的需求，需要通过不

断调节电比例背压阀120的设定压力值来平衡掉多余的重量，同时，通过控制阀组130向推

进油缸110有杆腔补充所需的液压油，防止有杆腔吸空。这里需要说明，电比例背压阀120的

设定压力值越高，则液压油通过电比例背压阀120流向主油缸230所需要的压力就越大，因

此可以通过改变电比例背压阀120的设定压力值来实现对推进油缸110无杆腔中油压进行

调节，从而达到平衡多余重量的目的。

[0042] 此外需要说明，在实际施工中，会根据施工地点的地质资料来预先计算好钻头250钻入不同深度时需要通过电比例背压阀120需要平衡掉的重量，从而可以进一步确定钻头

250处于不同深度时电比例背压阀120的设定压力值，这些设定值会与相应的深度值一起存

入到主控器中。在需要进行钻孔时，通过已经连接的钻杆240数量可以估算出当前的深度，

从而可以自动获取对应的电比例背压阀120的设定压力值，并利用该设定压力值对电比例

背压阀120调节即可。

[0043] 当需要增加钻杆或者卸除钻杆时，需要推进油缸的无杆腔往上提升，此时，让控制阀组130换向，使液压泵220输出的液压油通过单向阀140向推进油缸110的无杆腔输入即

可。

[0044] 根据本实用新型实施例的钻机液压控制系统，通过控制阀组130和单向阀140可以向推进油缸110有杆腔或无杆腔中的输入液压油，从而可以驱动推进油缸110实现对马达减

速箱总成210的提升和下降的控制。通过电比例背压阀120可以调节推进油缸110无杆腔中

油压，从而可以通过推进油缸110保持钻头250上压力的稳定，且通过主控器的进一步控制，

可以在钻头250钻入不同深度时，自动调节电比例背压阀120的设定压力值，以保证可以平

衡掉多余的重量，从而保证钻头250钻孔时压力的稳定。本实用新型实施例的钻机液压控制

系统相较于传统的人工调节而言，具备了自动平衡多余重量的能力，降低了对操作人员的

专业水平以及经验的要求，适合进行产业化推广。

[0045] 在本实用新型的一些实施例中，参考图1，上述钻机液压控制系统还包括与主控器电性连接的压力传感器150，压力传感器150用于检测推进油缸110的无杆腔与电比例背压

阀120的第一油口之间的油压。在导孔钻进过程中，通过压力传感器150，主控器可以实时监

测到回转、推进压力，当压力异常时，即可初步判定导孔施工遇到裂隙、溶洞、破碎带等复杂

的地质情况，此时，需要自动调整电比例背压阀120的设定压力值，防止卡钻及保证导孔偏

斜率。

[0046] 在本实用新型的一些实施例中，电比例背压阀120采用反比例电动背压阀。为了保证导孔钻进时的安全，电比例背压阀120需要采用反比例类型，即，反比例电动背压阀的设

定压力随着电流值的增大而减小，随着电流值的减小而增大。当主控器传输到反比例电动

背压阀的电控信号异常或者反比例电动背压阀本身出现故障时，能够保证反比例电动背压

阀的设定压力值为最大设定压力，即反比例电动背压阀的压力设定值最大，从而防止钻头

250轴压过大而钻头250损坏。

[0047] 在本实用新型的一些实施例中，控制阀组130包括换向阀组。采用换向阀组即可实现对向推进油缸110的无杆腔或有杆腔中输入液压油。

[0048] 在本实用新型的一些实施例，主控器可以采用PLC、单片机、ARM或DSP。具体可以采用西门子S7系列PLC即可。在一些实施例中，还可以通过主控器外接平板电脑、台式电脑等

智能终端，从而可以实现对钻机液压控制系统的智能化控制，以及远程监控。

[0049] 根据本实用新型第二方面实施例的钻机系统，包括：[0050] 如上述的钻机液压控制系统；[0051] 马达减速箱总成210，与主控器电性连接并设置于推进油缸110上；[0052] 至少一根钻杆240，其一端与马达减速箱总成210连接，用于在马达减速箱总成210驱动下转动；

[0053] 钻头250，与钻杆240的另一端连接；[0054] 主油箱230，与控制阀组130的第二油口连接；[0055] 液压泵220，连接在主油箱230与控制阀组130的第一油口之间。[0056] 参考图1，马达减速箱总成210设置在推进油缸110上，从而可以跟随推进油缸110动作，马达减速箱总成210的输出轴与钻杆240连接，从而可以在收到启动信号后，驱动钻杆

240转动，进而带动钻头250跟随转动，达到钻孔的目的。液压泵220和主油箱230主要用于向

钻机液压控制系统进行供油以及回油，从而可以驱动推进油缸110提升和下降。这里需要说

明，马达减速箱总成210集成了驱动马达、减速箱以及配套的传动部件，从而可以在启动后，

实现驱动钻杆240转动的目的。

[0057] 根据本实用新型实施例的钻机系统，通过采用上述的钻机液压控制系统，可以实现对钻进压力的自动平衡，避免了在钻进深度过深时，容易对钻头250在成损坏或引起其它

故障。同时，采用上述的钻机液压控制系统，也使得本实用新型实施例的钻机系统具备了自

动平衡钻进过程中多余重量的问题，不再需要人工进行压力调节，具备了智能化控制的基

础。

[0058] 在本实用新型的一些实施例，钻头250采用牙轮钻头。牙轮钻头相较于普通的钻头250而言，更适合进行组钻井作业。

[0059] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结

构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术

语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或

者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0060] 尽管上述结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下

可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等

同物限定。