一种牙轮钻机进给液压系统及牙轮钻机

摘要

本发明公开一种牙轮钻机进给液压系统及牙轮钻机，属于矿山机械技术领域。本发明提供一种牙轮钻机进给液压系统，双活塞杆液压油缸将细长的单活塞杆变为两根较短的活塞杆，液压油缸的加工制作过程更容易，且更短的活塞杆获得了更好的压杆稳定性，在钻孔压力变大、钻孔深度变大的时候，双活塞杆液压油缸可以承受更高的工作压力、更长的工作行程，满足钻机对更大钻孔深度的要求。本发明的牙轮钻机，两个并联设置的双活塞杆液压油缸布置在塔架装置上，解决压杆稳定性问题，平稳的控制动力头上提和下压，钻出深孔，不需要制作加工大直径、大行程的油缸，只需要对活塞杆的结构和油路进行相关改进即可实现同样的效果，大大节约了生产成本，避免安全隐患。

说明书

技术领域

本发明属于矿山机械技术领域，更具体地说，涉及一种牙轮钻机进给液压系统及牙轮钻机。

背景技术

牙轮钻机一般应用于大型露天矿的爆破孔钻孔作业。对于大型露天矿，尤其是露天金属矿，对钻孔直径、钻孔深度、钻孔压力都有更高的要求。现有牙轮钻机使用单个进给油缸，在钻孔直径、钻孔深度、钻孔压力等方面都无法达到某些矿区现场的要求。

针对现有爆破孔钻机钻孔能力较差，导致无法满足特殊矿区工作要求的问题，现有技术中已有相关技术方案公开，如专利申请号：2017105404630，申请日：2017年7月5日，发明创造名称为：一种大型矿用钻机的进给系统。该申请案公开的进给系统设置于塔架上，并可沿塔架上下运动，进给系统的底部设置有主动链轮、马达和由马达驱动的减速齿轮，减速齿轮的输出端与主动链轮相连，顶部设置有被动链轮，主动链轮和被动链轮外啮合套设有链条，其中一条链条上固定设置有固定于塔架上的链条固定座，另一条链条上固定设置有推进设备，减速齿轮将马达的动力输出至主动链轮，并传输至被动链轮，从而带动整个进给系统在塔架顶部和底部之间上下运动。

该方案采用了液压马达和减速箱来产生可调节扭矩，由链轮和链条将扭矩转换为推进力的方式，初步解决了单油缸进给系统在自身推进力作用下的压杆稳定性问题。但是齿轮啮合过程噪音大，容易出现齿轮抖动现象，而且液压马达和减速机组合的横向尺寸大、安装不便，进给动力有限。

综上所述，如何克服现有爆破孔钻机进给系统动力不足带来的不便，是现有技术中亟需解决的技术难题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明提供一种牙轮钻机进给液压系统，双活塞杆液压油缸将细长的单活塞杆变为两根较短的活塞杆，液压油缸的加工制作过程更容易，且更短的活塞杆获得了更好的压杆稳定性，在钻孔压力变大、钻孔深度变大的时候，双活塞杆液压油缸可以承受更高的工作压力、具有更长的工作行程，从而满足钻机对更大钻孔深度的要求。

本发明还提供一种牙轮钻机，两个并联设置的双活塞杆液压油缸布置在塔架装置上，可以很好的解决压杆稳定性的问题，平稳的控制动力头上提和下压，钻出深孔，不需要制作加工大直径、大行程的油缸，只需要对活塞杆的结构和油路进行相关改进即可实现同样的效果，大大节约了生产成本，避免安全隐患。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种牙轮钻机进给液压系统，包括至少两个并联设置的双活塞杆液压油缸，双活塞杆液压油缸用于共同驱动动滑轮组牵引动力头上下运动，动力头上安装钻孔装置；双活塞杆液压油缸包括缸筒、缸筒内分别独立设置的上活塞杆和下活塞杆，上活塞杆、下活塞杆分别与缸筒之间形成相互连通的上有杆腔、下有杆腔，上活塞杆与下活塞杆之间形成无杆腔；下活塞杆中部开设用于提供液压油的第一通道和第二通道，第一通道与无杆腔相连通，第二通道与下有杆腔相连通，且相邻两个双活塞杆液压油缸的第一通道之间相互连通，相邻两个双活塞杆液压油缸的第二通道之间也相互连通，通过第一通道向无杆腔内或通过第二通道向下有杆腔内注入液压油，驱动相邻两个双活塞杆液压油缸的上活塞杆之间、下活塞杆之间保持同步运动，从而实现钻孔装置的上提和下压。

作为本发明更进一步的改进，位于无杆腔一侧的上活塞杆向缸筒筒壁方向扩张形成上缓冲柱，位于缸筒顶部的上有杆腔向位于中心的上活塞杆缩进形成上缓冲内孔，上缓冲柱与上缓冲内孔相匹配形成上缓冲通道。

作为本发明更进一步的改进，在无杆腔内设置限位装置以对上活塞杆和下活塞杆的缩回运动进行限位。

作为本发明更进一步的改进，下活塞杆末端延伸至无杆腔内形成下缓冲柱，并与缸筒筒壁之间形成下缓冲内孔，下缓冲内孔与限位装置相匹配形成下缓冲通道。

作为本发明更进一步的改进，限位装置为沿缸筒周向设置的环形限位块。

作为本发明更进一步的改进，上缓冲柱上设有上缓冲柱塞，和/或，下缓冲柱设置下缓冲柱塞。

作为本发明更进一步的改进，限位装置设置于缸筒中部，由该限位装置分隔开的上活塞杆与下活塞杆沿缸筒长度方向对称设置。

作为本发明更进一步的改进，环形限位块上设置至少一个第二单向阀。

作为本发明更进一步的改进，环形限位块上设置两个第二单向阀，且两个第二单向阀沿缸筒轴心对称布置。

作为本发明更进一步的改进，环形限位块上还设置节流阀。

作为本发明更进一步的改进，位于上有杆腔内的上缓冲内孔与下有杆腔相连通。

作为本发明更进一步的改进，上缓冲内孔与下有杆腔相连通的油路上设置第一单向阀。

作为本发明更进一步的改进，上缓冲内孔与下有杆腔相连通的油路上还设置顺序阀。

作为本发明更进一步的改进，包括两个并联设置的双活塞杆液压油缸，两个双活塞杆液压油缸的第一通道由同一第一通道液压油源提供液压油，和/或，两个双活塞杆液压油缸的第二通道由同一第二通道液压油源提供液压油。

作为本发明更进一步的改进，包括三个并联设置的双活塞杆液压油缸，三个双活塞杆液压油缸的第一通道由同一第一通道液压油源提供液压油，和/或，三个双活塞杆液压油缸的第二通道由同一第二通道液压油源提供液压油。

本发明的一种牙轮钻机，包括上述的进给液压系统，以及由该系统驱动的动滑轮组，和由动滑轮组牵引的动力头，以及动力头上安装的钻孔装置。

作为本发明更进一步的改进，还包括塔架装置，进给液压系统中的下活塞杆固定在该塔架装置上，上活塞杆与动滑轮组相连接。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种牙轮钻机进给液压系统，在钻孔压力变大、钻孔深度变大的时候，其中的双活塞杆液压油缸可以承受更高的工作压力、具有更长的工作行程，采用双进给液压缸代替了双液压马达和减速机装置，大大节省了钻机塔架的横向空间，解决了进给系统的结构不够紧凑的问题；与单液压缸进给液压系统相比，双液压缸可以避免单个液压缸的直径太大，加工困难、局部空间要求较大的问题，用两个尺寸适当的液压缸即可满足对钻孔更大下压力的要求。

(2)本发明的一种牙轮钻机进给液压系统，双活塞杆液压油缸可以将细长的单活塞杆变为两根较短的活塞杆，这样液压油缸的加工制作过程更容易，且更短的活塞杆获得了更好的压杆稳定性，从而满足钻机对更大钻孔深度的要求。

(3)本发明的一种牙轮钻机进给液压系统，上缓冲柱与上缓冲内孔相匹配形成上缓冲通道，下缓冲内孔与限位装置相匹配形成下缓冲通道，在上活塞杆伸出运动极限以及下活塞杆缩回运动极限时，可以减轻上缓冲柱与筒壁之间或者下缓冲柱与限位装置之间的压力，限制上活塞杆伸出速度，让其平稳接触缸筒，以防冲击太大，导致动力头和钻杆抖动。

(4)本发明的一种牙轮钻机进给液压系统，在环形限位块上设置两个第二单向阀，当高压油反向进入无杆腔，可以通过环形限位块上设置的第二单向阀顺利进入环形限位块的上下腔，此时第二单向阀可以保证此时的环形限位块的上下液压力相等，以防缸筒受力不平衡，而产生无序运动。

(5)本发明的一种牙轮钻机，两个并联设置的双活塞杆液压油缸布置在塔架装置上，可以很好的解决压杆稳定性的问题，平稳的控制动力头上提和下压，钻出深孔，不需要制作加工大直径、大行程的油缸，只需要对活塞杆的结构和油路进行相关改进即可实现同样的效果，大大节约了生产成本，避免安全隐患。

附图说明

图1为本发明中双活塞杆液压油缸(两个并联)的结构示意图；

图2为本发明中双活塞杆液压油缸(三个并联)的结构示意图；

图3为本发明中牙轮钻机进给液压系统的工作原理示意图；

图4为本发明中环形限位块上安装第二单向阀及节流阀的结构示意图。

附图标记：

100、缸筒；

110、上活塞杆；111、上缓冲内孔；112、上缓冲柱塞；113、第一单向阀；114、顺序阀；

120、下活塞杆；1201、第一通道；1202、第二通道；121、下缓冲内孔；122、下缓冲柱塞；123、第二单向阀；124、节流阀；125、环形限位块；130、上有杆腔；140、下有杆腔；150、无杆腔；

200、第一通道液压油源；

300、第二通道液压油源；

400、动力头；

500、动滑轮组。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

现有技术中通常采用液压马达和减速箱来产生可调节扭矩，由链轮和链条将扭矩转换为推进力的方式，来解决单油缸进给系统在自身推进力作用下的压杆稳定性问题。但是齿轮啮合过程噪音大，容易出现齿轮抖动现象，而且采用液压马达的进给系统一般需要两套对称安装的液压马达加减速机装置，分别拉提动力头两侧的钢丝绳或者链条，实现动力头下压或上提动作，但是，液压马达和减速机组合的横向尺寸大、安装不便，进给动力有限，导致压杆稳定性问题依然存在。

本发明为解决上述问题，提供了一种牙轮钻机进给液压系统，包括至少两个并联设置的双活塞杆液压油缸，双活塞杆液压油缸用于共同驱动动滑轮组500牵引动力头400上下运动，动力头400上安装钻孔装置；双活塞杆液压油缸包括缸筒100、缸筒100内分别独立设置的上活塞杆110和下活塞杆120，上活塞杆110、下活塞杆120分别与缸筒100之间形成相互连通的上有杆腔130、下有杆腔140，上活塞杆110与下活塞杆120之间形成无杆腔150。

本实施例中所指上有杆腔130、下有杆腔140是指上活塞杆110、下活塞杆120安装于该腔体内，而无杆腔150是指上活塞杆110、下活塞杆120之间的空隙形成的腔体结构。

本实施例中下活塞杆120中部开设用于提供液压油的第一通道1201和第二通道1202，第一通道1201与无杆腔150相连通，第二通道1202与下有杆腔140相连通，且相邻两个双活塞杆液压油缸的第一通道1201之间相互连通，相邻两个双活塞杆液压油缸的第二通道1202之间也相互连通，通过第一通道1201向无杆腔150内或通过第二通道1202向下有杆腔140内注入液压油，驱动相邻两个双活塞杆液压油缸的上活塞杆110之间、下活塞杆120之间保持同步运动，从而实现钻孔装置的上提和下压。

值得说明的是，现有技术中采用单液压油缸的进给系统容易存在压杆稳定性的问题，特别是在钻孔压力变大、钻孔深度变大的时候，需要进给油缸承受更高的工作压力、具有更长的工作行程。此时，液压油缸更容易出现稳定性问题，进而动力头400失控，存在极大的安全隐患，而且大直径大行程的油缸加工也非常困难。

如图1所示，本发明提出的一种新的牙轮钻机进给液压系统，与液压马达进给液压系统和单液压缸进给液压系统不同的是，本发明提出的是采用双液压缸的进给液压系统，且本实施例中的液压缸为双活塞杆液压油缸。具体地，本发明的牙轮钻机进给液压系统，包括两个至少两个并联设置的双活塞杆液压油缸，两个双活塞杆液压油缸之间的油路相互连通，以保证两个双活塞杆液压油缸能够实现同步运动，从而保证钻孔装置在上提和下压动作中具有良好的压杆稳定性。

现有技术中的双活塞杆液压油缸中的活塞杆虽然可以沿着缸筒两端伸缩，但是，其中的活塞杆通常为一个整体结构，当活塞杆位移或者行程距离比较大时，利用其中的活塞杆或者缸筒驱动不可避免的带来稳定性变差的问题，而且随着位移的增加，稳定性会越差。

而本发明的一种牙轮钻机进给液压系统，双活塞杆液压油缸中的活塞杆由两个独立设置的上活塞杆110和下活塞杆120组成，上活塞杆110和下活塞杆120之间可以同步运动，从而大幅提高活塞杆驱动过程的稳定性。

此外，由于双活塞杆液压油缸两端都可以运动，为了对上活塞杆110、下活塞杆120的运动极限进行限制，同时也为了避免上活塞杆110、下活塞杆120相对的一侧相互接触碰撞，本实施例中在无杆腔150内设置限位装置以对上活塞杆110和下活塞杆120的缩回运动进行限位。

优选的，限位装置设置于缸筒100中部，由该限位装置分隔开的上活塞杆110与下活塞杆120沿缸筒100长度方向对称设置。作为一种实施方式，本实施例中限位装置为沿缸筒100周向设置环形限位块125。

具体在本实施例中，位于无杆腔150一侧的上活塞杆110向缸筒100筒壁方向扩张形成上缓冲柱，位于缸筒100顶部的上有杆腔130向位于中心的上活塞杆110缩进形成上缓冲内孔111，上缓冲柱与上缓冲内孔111相匹配形成上缓冲通道。

进一步地，本实施例中下活塞杆120末端延伸至无杆腔150内形成下缓冲柱，并与缸筒100筒壁之间形成下缓冲内孔121，下缓冲内孔121与限位装置相匹配形成下缓冲通道。

此外，为了提高上缓冲通道和下缓冲通道的缓冲能力，在上活塞杆110伸出运动极限以及下活塞杆120缩回运动极限时，减轻上缓冲柱与筒壁之间或者下缓冲柱与限位装置之间的压力，限制上活塞杆110伸出速度，让其平稳接触缸筒100，以防冲击太大，导致动力头400和钻杆抖动，本实施例中在上缓冲柱上设有上缓冲柱塞112，和/或，在下缓冲柱上设置下缓冲柱塞122，上缓冲柱塞112或下缓冲柱塞122可以采用橡胶材料制成，橡胶材料具有弹性，可以起到较好的缓冲效果。

进一步地，本实施例中环形限位块125上设置至少一个第一单向阀113，具体在本实施例中，环形限位块125上设置两个第一单向阀113以及一个节流阀124，通过调节节流阀124的大小控制缓冲压力的大小，以适应不同钻杆大小和提杆速度对缓冲效果的要求。

优选的，本实施例中位于上有杆腔130内的上缓冲内孔111与下有杆腔140相连通，此时可以将经过上缓冲柱塞112缓冲后的液压油路与下有杆腔140相连通。

进一步地，本实施例中上缓冲内孔111与下有杆腔140相连通的油路上设置第一单向阀113。

作为一种实施方式，为了控制缓冲压力的大小，本实施例中上缓冲内孔111与下有杆腔140相连通的油路上还设置顺序阀114。

具体在本实施例中，提供了一种牙轮钻机进给液压系统，包括两个并联设置的双活塞杆液压油缸，两个双活塞杆液压油缸的第一通道1201由同一第一通道液压油源200提供液压油，和/或，两个双活塞杆液压油缸的第二通道1202由同一第二通道液压油源300提供液压油。

值得强调的是，两侧液压油缸同步伸缩才能保证动力头400两侧同时受力且受力均衡，液压油缸的推力才能转化为动力头400的下压力和上提力。如果两者不同步，动力头400会被油缸拉成倾斜状态，油缸的力会部分转化为侧向力，对结构件造成损伤，下压、上提功能受影响，进而影响整机稳定性。

结合图3，本发明的一种新的牙轮钻机进给液压系统，上活塞杆110、下活塞杆120全部缩回时，动力头400处于最高位置，钻杆被提起。两侧液压油缸牵引同一个动力头400，液压油缸有相同的负载。结合图1，本实施例中两个双活塞杆液压油缸的第一通道1201由同一第一通道液压油源200提供液压油，两个双活塞杆液压油缸的第二通道1202由同一第二通道液压油源300提供液压油，两侧的液压油缸属于液压并联状态，同时管路连接呈对称布置，保证两路压力损失相同，两个液压油缸的工作压力相同。因此，两侧液压油缸可以实现同步运行，进一步提高压杆稳定性。

下面结合动力头400上下运动概述活塞杆的动态运动过程，具体地，当第一通道液压油源200向无杆腔150中提供高压油时，高压油通过下活塞杆120的第一通道1201进入双活塞杆液压油缸中间的由下缓冲内孔121形成的无杆腔150内。上缓冲内孔111形成的上有杆腔130以及下活塞杆120所处位置的下有杆腔140的低压油通过下活塞杆120的第二通道1202回到第二通道液压油源300。

由于环形限位块125的上下压力相等，上缓冲内孔111形成的上有杆腔130以及下活塞杆120所处位置的下有杆腔140的压力都为低压回油压力，因此缸筒100所受液压力平衡，缸筒100处于静止状态。上活塞杆110底面受高压、顶面受低压，且底面面积大、顶面面积小，因此，上活塞杆110被无杆腔150内的高压油推出，带动动力头400和钻杆向下进给钻孔。

而后，上活塞杆110的上缓冲柱塞112进入缸筒100顶部的上缓冲内孔111，上缓冲内孔111形成的上有杆腔130产生缓冲压力，限制上活塞杆110伸出速度，让其平稳接触缸筒100，以防冲击太大，导致动力头400和钻杆抖动。通过调节上缓冲内孔111与下有杆腔140相连通油路上设置的顺序阀114的设定值，可以控制缓冲压力的大小，以适应不同钻孔负载和钻孔速度对缓冲效果的要求。反向时，高压油可以通过上缓冲内孔111与下有杆腔140相连通油路上设置的第一单向阀113顺利进入上缓冲内孔111形成的上有杆腔130内，以防止钻杆启动缓慢的问题。

当上活塞杆110接触缸筒100后，缸筒100上下所受液压力失去平衡，缸筒100跟随上活塞杆110进一步上行，直至缸筒100底面接触下活塞杆120上设置的下缓冲柱塞122，双活塞杆液压油缸处于完全伸出状态，动力头400处于最低位置，钻杆进给深度最大。

当第二通道液压油源300提供高压油时，高压油同时进入上缓冲内孔111形成的上、下有杆腔。双活塞杆液压油缸中间的下缓冲内孔121形成的无杆腔150将低压油排回第一通道液压油源200。上、下有杆腔的压力相等，因此，缸筒100所受液压力平衡，缸筒100不动。上活塞杆110顶面受高压、底面受低压，因此上活塞杆110向下缩回，提升动力头和钻杆。直至上活塞杆110接触环形限位块125，上活塞杆110带动缸筒100进一步下行。

而后，下活塞杆120的下缓冲柱塞122与缸筒100中间的环形限位块125之间形成缓冲通道，无杆腔150产生缓冲压力，限制上活塞杆110和缸筒100的缩回速度，让其平稳接触下活塞杆120，以防冲击太大，导致动力头400和钻杆抖动。无杆腔150内的液压油通过环形限位块125上设置的节流阀124进入回油通道，调节节流阀124的开口大小可以控制缓冲压力的大小，以适应不同钻杆大小和提杆速度对缓冲效果的要求。反向时，高压油可以通过环形限位块125上设置的第二单向阀123顺利进入环形限位块125的上下腔，以防缸筒100受力不平衡，产生无序运动。

此处值得强调的是，假设在以下工况：下活塞杆120固定，当缸筒100与下活塞杆120没有完全接触时，即，此时缓冲行程没有走完，动力头400没有被提至最高处。此时，若无杆腔150进高压油，会将上活塞杆110顶出，驱动动力头400下降。此时会出现一个现象：无杆腔150的高压油会作用在环形限位块125上端的环形面积上，带动缸筒100先向下运动，使其与下活塞杆120完全接触，之后上活塞杆110才会伸出，动力头400和钻杆才会下降。

本发明为解决上一问题，在环形限位块125上设置两个第二单向阀123，优选的，两个第二单向阀123沿缸筒100轴心对称布置，当高压油反向进入无杆腔150，可以通过环形限位块125上设置的第二单向阀123顺利进入环形限位块125的上下腔，此时第二单向阀123可以保证此时的环形限位块125的上下液压力相等，以防缸筒100受力不平衡，避免缸筒100产生无序运动，干扰动力头400的运动，具体可参考图4进行阅读。

本发明的牙轮钻机进给液压系统，与单液压缸进给液压系统相比，双液压缸可以避免单个液压缸的直径太大，加工困难、局部空间要求较大的问题，用两个尺寸适当的液压缸即可满足对钻孔更大下压力的要求。

进一步地，本发明的牙轮钻机进给液压系统，双活塞杆液压油缸可以将细长的单活塞杆变为两根较短的活塞杆，这样液压油缸的加工制作过程更容易，且更短的活塞杆获得了更好的压杆稳定性，从而满足钻机对更大钻孔深度的要求。

作为另一种实施方式，结合图2，本实施例的一种牙轮钻机进给液压系统，包括三个并联设置的双活塞杆液压油缸，三个双活塞杆液压油缸的第一通道1201由同一第一通道液压油源200提供液压油，和/或，三个双活塞杆液压油缸的第二通道1202由同一第二通道液压油源300提供液压油，其中每个双活塞杆液压油缸的液压油路同上。

需要说明的是，图2展示了三个并联设置的双活塞杆液压油缸的液压油路状态，实际设置时，应当将三个双活塞杆液压油缸的管路连接呈对称布置，以保证三路压力损失相同，三个液压油缸的工作压力相同。当然，本实施例中只是给出一种实施方式，三个并联设置的双活塞杆液压油缸也可替换为四个，甚至更多，具体要根据安装条件合理布置，但都属于本发明所要求保护的技术方案，在此不再赘述。

此外，本发明还提供了一种牙轮钻机，包括上述的进给液压系统，以及由该系统驱动的动滑轮组500，和由动滑轮组500牵引的动力头400，以及动力头400上安装的钻孔装置。

进一步地，本实施例中的牙轮钻机还包括塔架装置，进给液压系统中的下活塞杆120固定在该塔架装置上，上活塞杆110与动滑轮组500相连接。

本发明的牙轮钻机，在钻孔压力变大、钻孔深度变大的时候，其中的双活塞杆液压油缸可以承受更高的工作压力、具有更长的工作行程，大大节省了钻机塔架的横向空间，解决了进给系统的结构不够紧凑的问题。

此外，本发明中两个并联设置的双活塞杆液压油缸布置在塔架装置上，可以很好的解决压杆稳定性的问题，平稳的控制动力头400上提和下压，钻出深孔，不需要制作加工大直径、大行程的油缸，只需要对活塞杆的结构和油路进行相关改进即可实现同样的效果，大大节约了生产成本，避免安全隐患。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。