专利名称：液压锚杆锚索钻机及其专用集成控制阀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻孔装置，具体地说是一种液压锚杆锚索钻机及其专用集成控制阀。
背景技术：
液压锚杆钻机是以压力油为动力，在岩巷、煤巷、半煤岩巷等处进行锚杆支护作业的钻孔装置，其结构是由支腿油缸、液压马达、机头、分别控制油缸与马达的控制阀和与控制阀相接的操纵臂等部分组成，其中支腿油缸、液压马达和机头依次相接，构成钻机主体，与两控制阀通过管路连接。这种连接方式使钻机的结构相对复杂，油路接口多，可靠性降低。由于油路长，压力损失随之增大，发热相应增加，装置的工作效率也就明显下降。控制阀一般是采用滑阀结构，使支腿油缸的推力和液压马达的转速均不能实现无级调节。
实用新型内容本实用新型的目的就是提供一种结构紧凑、高度集成、具有高可靠性和高效率的液压锚杆锚索钻机以及专用于该液压锚杆锚索钻机的集成控制阀，以克服现有锚杆钻机存在的不足，用单一的集成控制阀对支腿油缸与液压马达可分别或同时进行无级调速，以达到钻机工作配合的最佳效果。
本实用新型中的钻机是这样实现的液压锚杆锚索钻机仍是由支腿油缸、液压马达、机头、控制阀和操纵臂等部件组成，所改进之处是支腿油缸和液压马达分别连接在可对二者进行控制的集成控制阀的阀体上，机头通过螺栓支杆固定在集成控制阀的阀体上。
本实用新型改变了传统钻机的各部件连接方式，将集成控制阀的阀体作为支腿油缸、液压马达及机头的核心连接部件，成为钻机主体承上启下的连接关键件。这种结构使得钻机的结构紧凑，高度集成，钻进力量的传递合理，避免了原有装置中液压马达作为钻进力量的传递部件之一的缺点，既延长了液压马达的使用寿命，又减少了钻机的故障率。由于在支腿油缸及液压马达之间直接连接集成控制阀，相应地就减少了油路接口，缩短了连接油路，因此使得钻机的可靠性增强，压力损失减小，工作效率提高。本钻机适用于恶劣和爆炸性气体环境，可用于煤矿、煤巷、半煤巷或铁路、公路的隧道等进行锚杆支护作业时的钻孔及安装锚杆等的作业。由于钻机的工作稳定，推力和扭矩较大，因此可钻孔径在42mm以下、4-12米长的细孔，故还可作为锚索安装的钻孔用具。
本实用新型中的专用集成控制阀是这样实现的在阀体中穿有阀轴，阀轴为套管形，内装有用两个操作位控制液压马达的左阀芯和用三个操作位控制支腿油缸的右阀芯，在两阀芯外端分别装有限位片和操纵轮。本专用控制阀以阀体作为连接油缸和马达以及支承机头的载体，并用以连接阀轴和进、回油接口。阀轴与左、右阀芯共同构成支腿油缸及液压马达的主控转阀，通过操纵轮的转动，带动左、右阀芯在阀体轴内的转动，可对油缸和马达实现无级调节及启、停工作控制。由此满足了液压锚杆钻机的工作需要，实现了锚杆钻机的结构性改变和工作性能的提高。
本集成控制阀通过左、右阀芯与阀轴的转动配合，实现了用单一的集成控制阀对支腿油缸与液压马达的集中控制，即可分别或同时对支腿油缸的升降以及液压马达的启停进行控制。由于本集成控制阀为转阀结构，通过左、右阀芯的转动来分别或同时控制油缸的推进工作及马达的钻孔工作，因此本集成控制阀工作方式简单，控制互不影响，并可对油缸的升降及马达的转速进行无级调节，因此可以达到钻机工作的最佳配合效果，并可使钻机的推进与钻孔相互适应，由此提高了钻机的工作效率，不卡钻，使钻机的使用更为简便、安全。
图1、图2是本实用新型液压锚杆锚索钻机的结构示意图。
图3、图4是连接板的结构示意图。
图5是本实用新型液压控制的工作原理图。
图6是本实用新型集成控制阀的结构示意图。
图7是阀体的剖面图。
图8是图7的N向视图。
图9是图7的A-A向阶梯剖面图。
图10、图11是阀轴的两种方式的结构示意图。
图12是图11的H-H向剖面图。
图13是图12的K向局部展开图。
图14、图15是左阀芯结构示意图。
图16-图19是右阀芯第一种实现方式的结构示意图。
图20、图21是右阀芯第二种实现方式的结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本新型液压锚杆锚索钻机的下部为支腿油缸9，油缸顶端通过连接法兰6和卡环5及螺栓7与集成控制阀4的阀体底部连接固定，油缸9的进、出油孔与阀体上的油口对应相通。在集成控制阀4的阀体顶部连接液压马达3，并通过在马达两侧的螺栓支架2固定连接机头1，使机头的受力通过螺栓支架2直接传递到阀体及支腿油缸上，由此避免了液压马达的直接受力。
集成控制阀4是将液压马达的控制阀和支腿油缸的控制阀有机结合于一体，形成一个集成控制阀。图2中集成控制阀4中穿有阀轴，阀轴的两端穿出阀体，分别与操纵臂8的两臂上端固定相接。操纵臂下端连接有手把11，在操纵臂下端与手把11之间设有减震块10。减震块的作用是吸收钻机传至手把上的振动，使操作控制更为舒适。分别旋转左、右手把11，通过在操纵臂中的钢丝绳或链条操纵阀轴中的阀芯转动，进而实现对液压马达的启停控制和对支腿油缸的升降及停止控制。
图1中，液压马达3和集成控制阀4的一面接有连接板12，连接板内有油道连通液压马达3和集成控制阀4。连接板12的结构如图3、4所示，是在一个基本长方的板体内设有四条孔道，两两一组连通在板体上的两对上下开孔中，构成连通液压马达的进、回油通路。图1中，连接板12通过空心螺栓13、14连接到液压马达及阀体上，也可用焊接方式将连接板与阀体相连接。连接板在作为液压马达进、回油油路的同时，还具有加强液压马达抗扭矩的作用。
本钻机的进、回油接头15分别连接固定在集成控制阀4的阀体上。由图中可见，本钻机的各油路连接除与泵站外接的两个接头外，无其他外露接头和管路，因而油路连接方式简捷，油路接头少，压力损失小，钻机工作可靠性随之增强。
本新型液压锚杆锚索钻机上的专用集成控制阀(如图6所示)，是在阀体41中穿有阀轴42，阀轴42为套管形，内装有左、右阀芯43、44。其中左阀芯43与阀轴、阀体配合，构成为控制液压马达动作的两位两通阀；右阀芯44与阀体、阀轴配合，构成为控制支腿油缸的三位四通阀。在两阀芯外端分别装有限位片45和操纵轮46。操纵轮46是受操纵臂内的钢丝绳牵引转动，以带动阀芯转动，实现液压控制。
如图7-图9所示，本集成控制阀的阀体41有一内圆通道，外壁上开有7个不同位置的油口，油口41a为进油口，油口41b为马达进油口，油口41c进右油芯，油口41d进油缸下腔，油口41e与油口41c相通，为马达回油口，油口41f进油缸上腔，油口41g为回油口，回油箱。
图10、11是阀轴42的两种具体结构。在图10所示的阀轴上开有7个并列的径向外环油槽，分别与阀体41上的7个油口相对应，各油槽上均开有油口42a-42g，其中油口42a是进油至左阀芯芯孔，油口42b通向马达，油口42c(在剖掉的上半部)通向右阀芯进油，油口42d通向油缸下腔，油口42e是马达回油和油缸进油，油口42f通向油缸上腔，油口42g是回油到油箱。
本集成控制阀的左阀芯43如图14、15所示，是位于阀轴42的左边，在与阀轴左边三个油槽相对位置处开有三个径向油口43a-43c，三个油口均与阀芯上的轴向芯孔43d相通。
与图10所示阀轴42相配合的右阀芯是采用图16-图19所示的阀芯结构，即在右阀芯44上开有与阀轴右边四个油槽相对的4个径向油口44a-d，各油口均与右阀芯上的径向芯孔44e相通，在阀芯外轴面开有两两相对的两组错位油槽44f、44g，在阀芯外表面开有连通第二油口和两组油槽的节流槽44h。
由上述左右阀芯、阀轴和阀体组合，即构成图6所示的集成控制阀。
将上述的阀轴和右阀芯的形式加以改变，而其他部分的结构均保持不变，就可组成为第二种集成控制阀。阀轴42的形式改变如图11-图13所示，整体仍为套管形，外表面开有7个并列的径向外环油槽，各油槽上开有油口，并分别与阀体上的7个油孔相对应。其中油口42a′是进油至左阀芯孔，油口42b′是由阀体至马达，油口42c′是过阀体与油口42e′连通，油口42d′是进油缸下腔，油口42e′上有内油槽，为向右阀芯进油口，油口42f′是进油缸上腔，油口42g′是回油至油箱。在该阀轴的右边槽上开有条状节流口42h。前一实现方式中，是在右阀芯上开有节流槽，阀轴上未开节流口，这是二者的主要区别点。与该阀轴对应的右阀芯如图20、21所示，是在右阀芯44的阀芯体上开有与阀轴右边四个油槽相对的4个径向油口44a′-d′，各油口均与芯孔相通；在与第一、四油口44a′、44d′同径向断面位置处分别开有与边孔44j相通的油口44k、44l，在与第三、四油口44c′、44d′同径向断面位置处分别开有与边孔44i相通的油口44m、44n。
图5给出了本专用集成控制阀4与支腿油缸9和液压马达3相配合的液压油路控制原理图，虚线框内的部分即为将马达控制阀4a和油缸控制阀4b结合于一体的集成控制阀4。通过阀轴上的油槽及油口实现对高压油的分配，而左、右阀芯的相对转动，即可接通不同的油路，实现换向和节流调速。具体控制过程详述如下一、液压马达的控制由图5可见，马达控制阀4a有两个工作位0位时马达停止，1位时马达转动。
结合图6、7、10、14所示，0位时液压油的流通顺序为阀体41的进油口41a→阀轴42的油口42a→左阀芯油口43a→左阀芯油口43c→阀轴42的油口42c→阀体41的油口41c→阀体41的油口41e→阀轴42的油口42e→右阀芯油口44b→右阀芯油口44d→阀轴42的油口42g→阀体41的油口41g→油箱。
1位时液压油的流通顺序为阀体41的进油口41a→阀轴42的油口42a→左阀芯油口43a→左阀芯油口43b→液压马达→阀体41的油口41e→阀轴42的油口42e→(以下同0位时)。此时左阀芯油口43b口开，油口43关，马达工作。阀轴42上的油口42b和油口42c有角度相关，左阀芯油口43b未完全关闭时，油口43b已打开。其目的一是避免过渡位时的液压冲击，二是实现马达调速。
二、支腿油缸的控制由图5可见，油缸控制阀4b有三个工作位0位时油缸停止，1位时油缸上升，2位时油缸下降。根据本集成控制阀的结构设计，在1位和2位状态下，都有旁路节流口将油旁路到油箱。
结合图6、7、10、16-19，该种结构的油缸控制阀4b的工作过程是0位时液压油的流通顺序为阀体41上的油口41e→阀体42的油口42e→右阀芯的油口44b→右阀芯的油口44d→阀轴42的油口44g→阀体41的油口41g→油箱。此时，右阀芯的油口44a和油口44c关闭。
1位时，阀体41上的油口41e→阀轴42的油口42e→右阀芯44的油槽44f。从油槽44f进来的油分两路，其中主路为油槽44f→阀轴42的油口42d→阀体41的油口41d→油缸下腔；旁路为油槽44f→右阀芯节流口44h→右阀芯油口44b→右阀芯油口44d→回油箱。
油箱上腔回油→阀体41的油口41f→阀轴42的油口42f→右阀芯44的油口44c→右阀芯油口44d→回油箱。
2位时，液压油流通顺序与1位时类似，仅右阀芯的转向相反。
结合图7、11→13、20、21，此种结构的油缸控制阀的工作过程是
0位时基本同前，1位时液压油流通顺序为阀体41的油口41e→阀轴42的油口42e′→右阀芯油口44b′→右阀芯芯孔44e。由芯孔液压油分两路主路为芯孔44e→右阀芯油口44a′→阀轴42的油口42d′→阀体41的油口41d→油缸下腔。旁路为芯孔44e→右阀芯油口44d′→阀轴42的油口42g′(此时右阀芯油口44d′对应阀轴油口下的节流口44h)，油处于旁路节流状态，右阀芯转角增加，节流口减小，主路进油缸的压力增加，推力增加。此时，油缸上腔回流顺序为油缸上腔→阀体41的油口41f→阀轴42的油口42f′→右阀芯油口44m→右阀芯油口44n→阀轴42的油口42g′→阀体41的油口41g→油箱。
右阀芯2位时，油缸下降，原理同上，不再重复。
权利要求1.一种液压锚杆锚索钻机，由支腿油缸(9)、液压马达(3)、机头(1)、控制阀(19)和操纵臂(8)组成，其特征在于支腿油缸(9)和液压马达(3)分别连接在可对二者进行控制的集成控制阀(4)的阀体上，机头(1)通过螺栓支杆(2)固定在集成控制阀的阀体上。
2.根据权利要求1所述的液压锚杆锚索钻机，其特征在于集成控制阀(4)中的阀轴两端部穿出阀体，分别与操纵臂(8)的两臂上端固定相接。
3.根据权利要求2所述的液压锚杆锚索钻机，其特征在于在操纵臂(8)下端与手把(11)之间设有减震块(10)。
4.根据权利要求1所述的液压锚杆锚索钻机，其特征在于液压马达(3)和集成控制阀(4)的一面接有连接板(12)，连接板内有油道连通液压马达(3)和集成控制阀(4)。
5.一种专用于权利要求1所述液压锚杆锚索钻机上的集成控制阀，在阀体(41)中穿有阀轴(42)，其特征在于阀轴(41)为套管形，内装有用两个操作位控制液压马达的左阀芯(43)和用三个操作位控制支腿油缸(41)的右阀芯(44)，在两阀芯外端分别装有限位片(45)和操纵轮(46)。
6.根据权利要求5所述的集成控制阀，其特征在于在阀轴(42)上开有7个并列的径向外环油槽，各油槽上开有油口(42a-g)，阀体(41)上开有分别与阀轴上的7个外环油槽相对应的7个油口(41a-g)，在左阀芯(43)上开有与阀轴左边三个油槽相对的3个径向油口(43a-c)，各油口均与左阀芯上的轴向芯孔(43d)相通。
7.根据权利要求6所述的集成控制阀，其特征在于在右阀芯(44)上开有与阀轴右边四个油槽相对的4个径向油口(44a-d)，各油口均与右阀芯上的径向芯孔(44e)相通，在阀芯外轴面开有两两相对的两组错位油槽(44f、44g)，在阀芯外表面开有连通第二油口和两组油槽的节流槽(44h)。
8.根据权利要求6所述的集成控制阀，其特征在于在阀轴(42)的右边槽上开有条状节流口(42h)；在右阀芯(44)上开有三条轴向孔道，一条为芯孔(44e)，两条为边孔(44i、44j)，在右阀芯上开有与阀轴右边四个油槽相对的4个径向油口(44a-d)，各油口均与芯孔相通；在与第一、四油口(44a、44d)同径向断面位置处分别开有与边孔(44j)相通的油口(44k、44l)，在与第三、四油口(44c、44d)同径向断面位置处分别开有与边孔(44i)相通的油口(44m、44n)。
专利摘要本实用新型涉公开了一种液压锚杆锚索钻机及其专用集成控制阀，钻机是由支腿油缸、液压马达、机头、控制阀和操纵臂组成，支腿油缸和液压马达分别连接在集成控制阀的阀体上，机头通过螺栓支杆固定在阀体上。专用集成控制阀是在阀体中穿有阀轴，阀轴内装有控制液压马达的左阀芯和控制支腿油缸的右阀芯，两阀芯外端装有限位片和操纵轮。本钻机适用于恶劣和爆炸性气体环境，可用于煤矿、煤巷、半煤巷或铁路、公路的隧道等进行锚杆支护作业时的钻孔作业。钻机工作稳定，推力和扭矩大，还可作为锚索安装的钻孔用具。
文档编号E21D20/00GK2682187SQ200420015868
公开日2005年3月2日 申请日期2004年3月9日 优先权日2004年3月9日
发明者史万明 申请人:史万明