一种高频液压钻机及其冲击控制方法与流程

本发明涉及液压钻机，尤其涉及一种高频液压钻机及其冲击控制方法。

背景技术：

1、液压钻机广泛应用于矿山、隧道掘进等工程中，其性能直接影响液压钻机对复杂地质条件的适应性、钻孔效率、设备寿命。传统液压钻机往往是高冲击能、低冲击频率的特性，对矿山工况适应性较差，冲击能量传递效率低，尤其在空打或支撑不良工况下，易导致钻杆、钻头及内部冲击机构损坏。

2、中国专利申请cn115070959a公开了一种设置止动活塞和制动室的旋转冲击式液压穿孔器，其核心缺陷在于：控制分配器的换向逻辑与撞击活塞的机械运动深度耦合。其分配器阀芯的移动依赖于撞击活塞在行程末端的压力反馈或机械推动，这种串联式的工作方式存在固有的逻辑延时和惯性，严重限制了冲击频率的提升，通常难以稳定超过60hz。

3、因此，有必要研发一种采用完全独立的先导控制油路的高频液压钻机。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种高频液压钻机及其冲击控制方法，具体技术方案如下：

2、一种高频液压钻机，包括：

3、钻机本体，包括上缸体、中间缸体、下缸体、先导控制阀芯和后端盖；

4、钎尾，所述钎尾安装于所述钻机本体中，用于接收冲击并传递至钻具；

5、冲击活塞，所述冲击活塞沿撞击轴线可滑动式设置在所述钻机本体内，用于撞击所述钎尾，所述上缸体、中间缸体、下缸体、先导控制阀芯和后端盖形成封闭的腔体供冲击活塞活动；

6、主液压回路，设置在钻机本体的缸体内，用于驱动所述冲击活塞往复运动；

7、所述先导控制阀芯可滑动式设置在中间缸体内，用于切换所述主液压回路与所述冲击活塞的前腔和后腔之间的连通关系，实现所述冲击活塞的运动方向控制；

8、先导控制油路，所述先导控制油路连接先导控制阀芯的先导信号腔，用于独立控制所述先导控制阀芯的换向频率和时机。

9、可选的，所述冲击活塞上设有活塞第一凸台和活塞第二凸台，所述活塞第一凸台和活塞第二凸台配合主液压回路中的腔室实现冲击活塞往复运动。

10、可选的，所述先导控制阀芯内设置有阀芯凸台信号口，所述冲击活塞上还设有活塞第三凸台；所述阀芯凸台信号口与所述活塞第三凸台的位置和大小匹配设置，在所述冲击活塞的冲击行程和回程行程结束时，所述阀芯凸台信号口与所述活塞第三凸台之间形成封闭容腔，所述封闭容腔通过高压油驱动所述先导控制阀芯换向。

11、可选的，所述主液压回路包括第一低压油腔、信号腔、第一高压油腔、后端泄压腔、高压腔、先导高压油腔、前导低压油腔、回油腔、活塞第二信号腔、第二低压油腔、活塞第一信号腔、第二高压油腔、第三低压油腔、常高压腔和第四低压油腔，其中：

12、所述第一低压油腔、第二低压油腔和第三低压油腔均连接外部的低压油源；

13、所述第一高压油腔和第二高压油腔均连接外部的高压油源。

14、可选的，所述主液压回路还包括第一防空打腔和第二防空打腔；

15、所述第一防空打腔和第二防空打腔由活塞第一凸台、活塞第二凸台和中间缸体，所述第一防空打腔和第二防空打腔用于配合活塞第一凸台和活塞第二凸台控制主液压回路中其他腔室的连通。

16、可选的，所述高频液压钻机还包括第一支撑环和第二支撑环，所述第一支撑环和所述第二支撑环分别设置在冲击活塞的前端和后端，且分别位于活塞第一凸台的前方和活塞第二凸台的后方。

17、可选的，所述后端盖内设有油气腔，所述冲击活塞内设有沿撞击轴线方向设置的油气通道，所述油气腔连接所述油气通道。

18、可选的，所述先导控制阀芯安装于由所述中间缸体、所述下缸体和所述冲击活塞共同限定的腔室内。

19、可选的，所述高频液压钻机还包括：

20、连接外部的高压油源的高压蓄能器，所述高压蓄能器设置在高压油源和主液压回路的高压油腔之间；

21、连接外部的低压油源的低压蓄能器，所述低压蓄能器设置在低压油源和主液压回路的低压油腔之间；

22、其中，所述高压蓄能器和低压蓄能器用于吸收压力脉动并补充瞬时峰值流量。

23、另外，本发明还提供了一种如上述的高频液压钻机的冲击控制方法，包括循环执行的回退阶段和冲击阶段，其中：

24、回退阶段：

25、当所述冲击活塞的活塞第一凸台处于常高压腔室的中间位置，且所述冲击活塞的左端面处于信号腔的左侧端面的右侧时，所述先导控制阀芯的先导信号腔接收高压信号，驱动所述先导控制阀芯向右运动，阻断先导高压油腔与第二低压油腔的连通，并使低压油腔与前导低压油腔连通；此时所述冲击活塞的左端面受高压作用，驱动所述冲击活塞向右回退；

26、当所述冲击活塞回退至其活塞第一凸台的右端面与常高压腔室的右端面重合时，常高压腔室与信号腔断开连通，此时信号腔、先导控制油路及活塞第二信号腔处于盲腔状态；所述冲击活塞继续在其左端高压油作用下向右运动，直至所述冲击活塞的活塞第三凸台的右端面与阀芯信号腔室重合；

27、所述冲击活塞继续向右运动，致使阀芯信号腔室的油压升高，当油压达到预设值时，活塞第二信号腔、信号腔与先导信号腔连通，驱动所述先导控制阀芯开始向左运动，实现先导高压油腔与阀芯信号腔室的连通，并断开低压油腔与前导低压油腔的连通，此时所述冲击活塞制动后进入冲击预备状态；

28、冲击阶段：

29、所述冲击活塞在其活塞第三凸台右端面高压油作用下加速向前冲击，运动过程中所述冲击活塞的左端面越过信号腔的左端，随后所述冲击活塞的活塞第一凸台的右端面越过常高压腔室的右端面，使信号腔、常高压腔室、活塞第二信号腔与先导信号腔连通；

30、所述先导控制阀芯接收到高压信号后向右运动，逐步关闭先导高压油腔与阀芯信号腔室以及低压油腔的连通，并逐步实现低压油腔与低压油腔的连通，完成所述冲击活塞右端面低压油的快速解耦切换；

31、切换完成后，所述冲击活塞在其左端面的作用下减速并换向向右作回程运动，且在换向前所述冲击活塞已完成对钎尾的冲击做功；

32、其中，所述冲击活塞的冲击频率由所述先导控制油路的换向频率决定。

33、应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

34、本发明提供了一种高频液压钻机及其冲击控制方法，通过将先导控制油路与主液压油路完全分离，实现了控制功能与动力执行的解耦。本发明通过先导控制油路控制先导控制阀芯的运动，使得先导控制阀芯不再依赖于冲击活塞的机械反馈，消除了传统串联式结构的固有延时，提高了控制精度，本发明的独立的先导控制油路允许通过电信号精确调节先导阀芯的换向频率和时机，实现对冲击频率的数字化精确控制。

35、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

1.一种高频液压钻机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高频液压钻机，其特征在于，所述冲击活塞(3)上设有活塞第一凸台(6)和活塞第二凸台(30)，所述活塞第一凸台(6)和活塞第二凸台(30)配合主液压回路中的腔室实现冲击活塞(3)往复运动。

3.根据权利要求2所述的高频液压钻机，其特征在于，所述先导控制阀芯(23)内设置有阀芯凸台信号口(40)，所述冲击活塞(3)上还设有活塞第三凸台(27)；所述阀芯凸台信号口(40)与所述活塞第三凸台(27)的位置和大小匹配设置，在所述冲击活塞(3)的冲击行程和回程行程结束时，所述阀芯凸台信号口(40)与所述活塞第三凸台(27)之间形成封闭容腔，所述封闭容腔通过高压油驱动所述先导控制阀芯(23)换向。

4.根据权利要求3所述的高频液压钻机，其特征在于，所述主液压回路包括第一低压油腔(4)、信号腔(7)、第一高压油腔(10)、后端泄压腔(20)、高压腔(21)、先导高压油腔(22)、前导低压油腔(24)、回油腔(26)、活塞第二信号腔(28)、第二低压油腔(29)、活塞第一信号腔(31)、第二高压油腔(32)、第三低压油腔(35)、常高压腔(38)和第四低压油腔(42)，其中：

5.根据权利要求4所述的高频液压钻机，其特征在于，所述主液压回路还包括第一防空打腔(33)和第二防空打腔(37)；

6.根据权利要求5所述的高频液压钻机，其特征在于，还包括第一支撑环(16)和第二支撑环(34)，所述第一支撑环(16)和所述第二支撑环(34)分别设置在冲击活塞(3)的前端和后端，且分别位于活塞第一凸台(6)的前方和活塞第二凸台(30)的后方。

7.根据权利要求1所述的高频液压钻机，其特征在于，所述后端盖(18)内设有油气腔(19)，所述冲击活塞(3)内设有沿撞击轴线(a)方向设置的油气通道(17)，所述油气腔(19)连接所述油气通道(17)。

8.根据权利要求1所述的高频液压钻机，其特征在于，所述先导控制阀芯(23)安装于由所述中间缸体(9)、所述下缸体(15)和所述冲击活塞(3)共同限定的腔室内。

9.根据权利要求1所述的高频液压钻机，其特征在于，还包括：

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的高频液压钻机的冲击控制方法，其特征在于，包括循环执行的回退阶段和冲击阶段，其中：