專利名稱：液壓錨桿錨索鉆機及其專用集成控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鉆孔裝置，具體地說是一種液壓錨桿錨索鉆機及其專用集成控制閥。
背景技術(shù)：
液壓錨桿鉆機是以壓力油為動力，在巖巷、煤巷、半煤巖巷等處進行錨桿支護作業(yè)的鉆孔裝置，其結(jié)構(gòu)是由支腿油缸、液壓馬達、機頭、分別控制油缸與馬達的控制閥和與控制閥相接的操縱臂等部分組成，其中支腿油缸、液壓馬達和機頭依次相接，構(gòu)成鉆機主體，與兩控制閥通過管路連接。這種連接方式使鉆機的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，油路接口多，可靠性降低。由于油路長，壓力損失隨之增大，發(fā)熱相應(yīng)增加，裝置的工作效率也就明顯下降?？刂崎y一般是采用滑閥結(jié)構(gòu)，使支腿油缸的推力和液壓馬達的轉(zhuǎn)速均不能實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、高度集成、具有高可靠性和高效率的液壓錨桿錨索鉆機以及專用于該液壓錨桿錨索鉆機的集成控制閥，以克服現(xiàn)有錨桿鉆機存在的不足，用單一的集成控制閥對支腿油缸與液壓馬達可分別或同時進行無級調(diào)速，以達到鉆機工作配合的最佳效果。
本實用新型中的鉆機是這樣實現(xiàn)的液壓錨桿錨索鉆機仍是由支腿油缸、液壓馬達、機頭、控制閥和操縱臂等部件組成，所改進之處是支腿油缸和液壓馬達分別連接在可對二者進行控制的集成控制閥的閥體上，機頭通過螺栓支桿固定在集成控制閥的閥體上。
本實用新型改變了傳統(tǒng)鉆機的各部件連接方式，將集成控制閥的閥體作為支腿油缸、液壓馬達及機頭的核心連接部件，成為鉆機主體承上啟下的連接關(guān)鍵件。這種結(jié)構(gòu)使得鉆機的結(jié)構(gòu)緊湊，高度集成，鉆進力量的傳遞合理，避免了原有裝置中液壓馬達作為鉆進力量的傳遞部件之一的缺點，既延長了液壓馬達的使用壽命，又減少了鉆機的故障率。由于在支腿油缸及液壓馬達之間直接連接集成控制閥，相應(yīng)地就減少了油路接口，縮短了連接油路，因此使得鉆機的可靠性增強，壓力損失減小，工作效率提高。本鉆機適用于惡劣和爆炸性氣體環(huán)境，可用于煤礦、煤巷、半煤巷或鐵路、公路的隧道等進行錨桿支護作業(yè)時的鉆孔及安裝錨桿等的作業(yè)。由于鉆機的工作穩(wěn)定，推力和扭矩較大，因此可鉆孔徑在42mm以下、4-12米長的細孔，故還可作為錨索安裝的鉆孔用具。
本實用新型中的專用集成控制閥是這樣實現(xiàn)的在閥體中穿有閥軸，閥軸為套管形，內(nèi)裝有用兩個操作位控制液壓馬達的左閥芯和用三個操作位控制支腿油缸的右閥芯，在兩閥芯外端分別裝有限位片和操縱輪。本專用控制閥以閥體作為連接油缸和馬達以及支承機頭的載體，并用以連接閥軸和進、回油接口。閥軸與左、右閥芯共同構(gòu)成支腿油缸及液壓馬達的主控轉(zhuǎn)閥，通過操縱輪的轉(zhuǎn)動，帶動左、右閥芯在閥體軸內(nèi)的轉(zhuǎn)動，可對油缸和馬達實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)及啟、停工作控制。由此滿足了液壓錨桿鉆機的工作需要，實現(xiàn)了錨桿鉆機的結(jié)構(gòu)性改變和工作性能的提高。
本集成控制閥通過左、右閥芯與閥軸的轉(zhuǎn)動配合，實現(xiàn)了用單一的集成控制閥對支腿油缸與液壓馬達的集中控制，即可分別或同時對支腿油缸的升降以及液壓馬達的啟停進行控制。由于本集成控制閥為轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)，通過左、右閥芯的轉(zhuǎn)動來分別或同時控制油缸的推進工作及馬達的鉆孔工作，因此本集成控制閥工作方式簡單，控制互不影響，并可對油缸的升降及馬達的轉(zhuǎn)速進行無級調(diào)節(jié)，因此可以達到鉆機工作的最佳配合效果，并可使鉆機的推進與鉆孔相互適應(yīng)，由此提高了鉆機的工作效率，不卡鉆，使鉆機的使用更為簡便、安全。


圖1、圖2是本實用新型液壓錨桿錨索鉆機的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3、圖4是連接板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實用新型液壓控制的工作原理圖。
圖6是本實用新型集成控制閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是閥體的剖面圖。
圖8是圖7的N向視圖。
圖9是圖7的A-A向階梯剖面圖。
圖10、圖11是閥軸的兩種方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是圖11的H-H向剖面圖。
圖13是圖12的K向局部展開圖。
圖14、圖15是左閥芯結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16-圖19是右閥芯第一種實現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖20、圖21是右閥芯第二種實現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，本新型液壓錨桿錨索鉆機的下部為支腿油缸9，油缸頂端通過連接法蘭6和卡環(huán)5及螺栓7與集成控制閥4的閥體底部連接固定，油缸9的進、出油孔與閥體上的油口對應(yīng)相通。在集成控制閥4的閥體頂部連接液壓馬達3，并通過在馬達兩側(cè)的螺栓支架2固定連接機頭1，使機頭的受力通過螺栓支架2直接傳遞到閥體及支腿油缸上，由此避免了液壓馬達的直接受力。
集成控制閥4是將液壓馬達的控制閥和支腿油缸的控制閥有機結(jié)合于一體，形成一個集成控制閥。圖2中集成控制閥4中穿有閥軸，閥軸的兩端穿出閥體，分別與操縱臂8的兩臂上端固定相接。操縱臂下端連接有手把11，在操縱臂下端與手把11之間設(shè)有減震塊10。減震塊的作用是吸收鉆機傳至手把上的振動，使操作控制更為舒適。分別旋轉(zhuǎn)左、右手把11，通過在操縱臂中的鋼絲繩或鏈條操縱閥軸中的閥芯轉(zhuǎn)動，進而實現(xiàn)對液壓馬達的啟?？刂坪蛯χ扔透椎纳导巴Ｖ箍刂?。
圖1中，液壓馬達3和集成控制閥4的一面接有連接板12，連接板內(nèi)有油道連通液壓馬達3和集成控制閥4。連接板12的結(jié)構(gòu)如圖3、4所示，是在一個基本長方的板體內(nèi)設(shè)有四條孔道，兩兩一組連通在板體上的兩對上下開孔中，構(gòu)成連通液壓馬達的進、回油通路。圖1中，連接板12通過空心螺栓13、14連接到液壓馬達及閥體上，也可用焊接方式將連接板與閥體相連接。連接板在作為液壓馬達進、回油油路的同時，還具有加強液壓馬達抗扭矩的作用。
本鉆機的進、回油接頭15分別連接固定在集成控制閥4的閥體上。由圖中可見，本鉆機的各油路連接除與泵站外接的兩個接頭外，無其他外露接頭和管路，因而油路連接方式簡捷，油路接頭少，壓力損失小，鉆機工作可靠性隨之增強。
本新型液壓錨桿錨索鉆機上的專用集成控制閥(如圖6所示)，是在閥體41中穿有閥軸42，閥軸42為套管形，內(nèi)裝有左、右閥芯43、44。其中左閥芯43與閥軸、閥體配合，構(gòu)成為控制液壓馬達動作的兩位兩通閥；右閥芯44與閥體、閥軸配合，構(gòu)成為控制支腿油缸的三位四通閥。在兩閥芯外端分別裝有限位片45和操縱輪46。操縱輪46是受操縱臂內(nèi)的鋼絲繩牽引轉(zhuǎn)動，以帶動閥芯轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)液壓控制。
如圖7-圖9所示，本集成控制閥的閥體41有一內(nèi)圓通道，外壁上開有7個不同位置的油口，油口41a為進油口，油口41b為馬達進油口，油口41c進右油芯，油口41d進油缸下腔，油口41e與油口41c相通，為馬達回油口，油口41f進油缸上腔，油口41g為回油口，回油箱。
圖10、11是閥軸42的兩種具體結(jié)構(gòu)。在圖10所示的閥軸上開有7個并列的徑向外環(huán)油槽，分別與閥體41上的7個油口相對應(yīng)，各油槽上均開有油口42a-42g，其中油口42a是進油至左閥芯芯孔，油口42b通向馬達，油口42c(在剖掉的上半部)通向右閥芯進油，油口42d通向油缸下腔，油口42e是馬達回油和油缸進油，油口42f通向油缸上腔，油口42g是回油到油箱。
本集成控制閥的左閥芯43如圖14、15所示，是位于閥軸42的左邊，在與閥軸左邊三個油槽相對位置處開有三個徑向油口43a-43c，三個油口均與閥芯上的軸向芯孔43d相通。
與圖10所示閥軸42相配合的右閥芯是采用圖16-圖19所示的閥芯結(jié)構(gòu)，即在右閥芯44上開有與閥軸右邊四個油槽相對的4個徑向油口44a-d，各油口均與右閥芯上的徑向芯孔44e相通，在閥芯外軸面開有兩兩相對的兩組錯位油槽44f、44g，在閥芯外表面開有連通第二油口和兩組油槽的節(jié)流槽44h。
由上述左右閥芯、閥軸和閥體組合，即構(gòu)成圖6所示的集成控制閥。
將上述的閥軸和右閥芯的形式加以改變，而其他部分的結(jié)構(gòu)均保持不變，就可組成為第二種集成控制閥。閥軸42的形式改變?nèi)鐖D11-圖13所示，整體仍為套管形，外表面開有7個并列的徑向外環(huán)油槽，各油槽上開有油口，并分別與閥體上的7個油孔相對應(yīng)。其中油口42a′是進油至左閥芯孔，油口42b′是由閥體至馬達，油口42c′是過閥體與油口42e′連通，油口42d′是進油缸下腔，油口42e′上有內(nèi)油槽，為向右閥芯進油口，油口42f′是進油缸上腔，油口42g′是回油至油箱。在該閥軸的右邊槽上開有條狀節(jié)流口42h。前一實現(xiàn)方式中，是在右閥芯上開有節(jié)流槽，閥軸上未開節(jié)流口，這是二者的主要區(qū)別點。與該閥軸對應(yīng)的右閥芯如圖20、21所示，是在右閥芯44的閥芯體上開有與閥軸右邊四個油槽相對的4個徑向油口44a′-d′，各油口均與芯孔相通；在與第一、四油口44a′、44d′同徑向斷面位置處分別開有與邊孔44j相通的油口44k、44l，在與第三、四油口44c′、44d′同徑向斷面位置處分別開有與邊孔44i相通的油口44m、44n。
圖5給出了本專用集成控制閥4與支腿油缸9和液壓馬達3相配合的液壓油路控制原理圖，虛線框內(nèi)的部分即為將馬達控制閥4a和油缸控制閥4b結(jié)合于一體的集成控制閥4。通過閥軸上的油槽及油口實現(xiàn)對高壓油的分配，而左、右閥芯的相對轉(zhuǎn)動，即可接通不同的油路，實現(xiàn)換向和節(jié)流調(diào)速。具體控制過程詳述如下一、液壓馬達的控制由圖5可見，馬達控制閥4a有兩個工作位0位時馬達停止，1位時馬達轉(zhuǎn)動。
結(jié)合圖6、7、10、14所示，0位時液壓油的流通順序為閥體41的進油口41a→閥軸42的油口42a→左閥芯油口43a→左閥芯油口43c→閥軸42的油口42c→閥體41的油口41c→閥體41的油口41e→閥軸42的油口42e→右閥芯油口44b→右閥芯油口44d→閥軸42的油口42g→閥體41的油口41g→油箱。
1位時液壓油的流通順序為閥體41的進油口41a→閥軸42的油口42a→左閥芯油口43a→左閥芯油口43b→液壓馬達→閥體41的油口41e→閥軸42的油口42e→(以下同0位時)。此時左閥芯油口43b口開，油口43關(guān)，馬達工作。閥軸42上的油口42b和油口42c有角度相關(guān)，左閥芯油口43b未完全關(guān)閉時，油口43b已打開。其目的一是避免過渡位時的液壓沖擊，二是實現(xiàn)馬達調(diào)速。
二、支腿油缸的控制由圖5可見，油缸控制閥4b有三個工作位0位時油缸停止，1位時油缸上升，2位時油缸下降。根據(jù)本集成控制閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在1位和2位狀態(tài)下，都有旁路節(jié)流口將油旁路到油箱。
結(jié)合圖6、7、10、16-19，該種結(jié)構(gòu)的油缸控制閥4b的工作過程是0位時液壓油的流通順序為閥體41上的油口41e→閥體42的油口42e→右閥芯的油口44b→右閥芯的油口44d→閥軸42的油口44g→閥體41的油口41g→油箱。此時，右閥芯的油口44a和油口44c關(guān)閉。
1位時，閥體41上的油口41e→閥軸42的油口42e→右閥芯44的油槽44f。從油槽44f進來的油分兩路，其中主路為油槽44f→閥軸42的油口42d→閥體41的油口41d→油缸下腔；旁路為油槽44f→右閥芯節(jié)流口44h→右閥芯油口44b→右閥芯油口44d→回油箱。
油箱上腔回油→閥體41的油口41f→閥軸42的油口42f→右閥芯44的油口44c→右閥芯油口44d→回油箱。
2位時，液壓油流通順序與1位時類似，僅右閥芯的轉(zhuǎn)向相反。
結(jié)合圖7、11→13、20、21，此種結(jié)構(gòu)的油缸控制閥的工作過程是
0位時基本同前，1位時液壓油流通順序為閥體41的油口41e→閥軸42的油口42e′→右閥芯油口44b′→右閥芯芯孔44e。由芯孔液壓油分兩路主路為芯孔44e→右閥芯油口44a′→閥軸42的油口42d′→閥體41的油口41d→油缸下腔。旁路為芯孔44e→右閥芯油口44d′→閥軸42的油口42g′(此時右閥芯油口44d′對應(yīng)閥軸油口下的節(jié)流口44h)，油處于旁路節(jié)流狀態(tài)，右閥芯轉(zhuǎn)角增加，節(jié)流口減小，主路進油缸的壓力增加，推力增加。此時，油缸上腔回流順序為油缸上腔→閥體41的油口41f→閥軸42的油口42f′→右閥芯油口44m→右閥芯油口44n→閥軸42的油口42g′→閥體41的油口41g→油箱。
右閥芯2位時，油缸下降，原理同上，不再重復(fù)。
權(quán)利要求1.一種液壓錨桿錨索鉆機，由支腿油缸(9)、液壓馬達(3)、機頭(1)、控制閥(19)和操縱臂(8)組成，其特征在于支腿油缸(9)和液壓馬達(3)分別連接在可對二者進行控制的集成控制閥(4)的閥體上，機頭(1)通過螺栓支桿(2)固定在集成控制閥的閥體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓錨桿錨索鉆機，其特征在于集成控制閥(4)中的閥軸兩端部穿出閥體，分別與操縱臂(8)的兩臂上端固定相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓錨桿錨索鉆機，其特征在于在操縱臂(8)下端與手把(11)之間設(shè)有減震塊(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓錨桿錨索鉆機，其特征在于液壓馬達(3)和集成控制閥(4)的一面接有連接板(12)，連接板內(nèi)有油道連通液壓馬達(3)和集成控制閥(4)。
5.一種專用于權(quán)利要求1所述液壓錨桿錨索鉆機上的集成控制閥，在閥體(41)中穿有閥軸(42)，其特征在于閥軸(41)為套管形，內(nèi)裝有用兩個操作位控制液壓馬達的左閥芯(43)和用三個操作位控制支腿油缸(41)的右閥芯(44)，在兩閥芯外端分別裝有限位片(45)和操縱輪(46)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成控制閥，其特征在于在閥軸(42)上開有7個并列的徑向外環(huán)油槽，各油槽上開有油口(42a-g)，閥體(41)上開有分別與閥軸上的7個外環(huán)油槽相對應(yīng)的7個油口(41a-g)，在左閥芯(43)上開有與閥軸左邊三個油槽相對的3個徑向油口(43a-c)，各油口均與左閥芯上的軸向芯孔(43d)相通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成控制閥，其特征在于在右閥芯(44)上開有與閥軸右邊四個油槽相對的4個徑向油口(44a-d)，各油口均與右閥芯上的徑向芯孔(44e)相通，在閥芯外軸面開有兩兩相對的兩組錯位油槽(44f、44g)，在閥芯外表面開有連通第二油口和兩組油槽的節(jié)流槽(44h)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成控制閥，其特征在于在閥軸(42)的右邊槽上開有條狀節(jié)流口(42h)；在右閥芯(44)上開有三條軸向孔道，一條為芯孔(44e)，兩條為邊孔(44i、44j)，在右閥芯上開有與閥軸右邊四個油槽相對的4個徑向油口(44a-d)，各油口均與芯孔相通；在與第一、四油口(44a、44d)同徑向斷面位置處分別開有與邊孔(44j)相通的油口(44k、44l)，在與第三、四油口(44c、44d)同徑向斷面位置處分別開有與邊孔(44i)相通的油口(44m、44n)。
專利摘要本實用新型涉公開了一種液壓錨桿錨索鉆機及其專用集成控制閥，鉆機是由支腿油缸、液壓馬達、機頭、控制閥和操縱臂組成，支腿油缸和液壓馬達分別連接在集成控制閥的閥體上，機頭通過螺栓支桿固定在閥體上。專用集成控制閥是在閥體中穿有閥軸，閥軸內(nèi)裝有控制液壓馬達的左閥芯和控制支腿油缸的右閥芯，兩閥芯外端裝有限位片和操縱輪。本鉆機適用于惡劣和爆炸性氣體環(huán)境，可用于煤礦、煤巷、半煤巷或鐵路、公路的隧道等進行錨桿支護作業(yè)時的鉆孔作業(yè)。鉆機工作穩(wěn)定，推力和扭矩大，還可作為錨索安裝的鉆孔用具。
文檔編號E21D20/00GK2682187SQ200420015868
公開日2005年3月2日 申請日期2004年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者史萬明 申請人:史萬明