专利名称：动力水龙头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻机，尤其涉及一种钻机的动力水龙头。
背景技术：
现有的动力水龙头直驱系统包括水龙头、变频电机、电气控制系统和减速箱。水龙 头包括壳体、设置于壳体内的冲管以及与冲管连通并可以相对于冲管转动的中心管，中心 管与钻具固定连接。变频电机与减速箱连接，减速箱用以将变频电机的动力传递给中心管， 并且降低传动转速。电气控制系统用于控制变频电机。当变频电机工作时，通过减速箱驱 动中心管转动，从而带动钻具旋转。当需要调整钻具的转动速度时，改变变频电机的工作频 率，即可实现钻具的转速调整。然而，该现有的动力水龙头系统中的电气控制系统非常复杂，且体积大、重量大， 不便于安装和拆卸
实用新型内容
有鉴于此，有必要提供一种能够实现无级调速的动力水龙头。动力水龙头包括水龙头，所述水龙头包括冲管和与所述冲管相连通并能够相对于 所述冲管转动的中心管，所述动力水龙头还包括变量泵、液压马达、第一换向阀、第二换向 阀和容器；所述液压马达用于驱动所述中心管转动；所述变量泵的第一端与所述第一换向 阀的P 口和所述第二换向阀的T 口连接，所述变量泵的第二端与所述第一换向阀的T 口连 接；所述第二换向阀的P 口连接至所述容器，A 口连接至所述第一换向阀的控制口 Xl连接， B 口与所述第一换向阀的控制口 X2连接；所述第一换向阀的A 口和B 口与所述液压马达连 接，Y 口连接容器；当所述第二换向阀的T 口和B 口连通时，所述第一换向阀的P 口和A 口 连通，T 口和B 口连通，所述液压马达驱动所述中心管转动；当所述第二换向阀的T 口和A 口连通时，所述第一换向阀的A 口和B 口同时与Y 口连通，所述液压马达处于浮动状态。所述变量泵为一双向变量泵，所述动力水龙头还包括连接第二换向阀和所述变量 泵的第五换向阀，所述第五换向阀的P 口连接所述变量泵的第一端，T 口连接所述变量泵的 第二端，A 口连接第二换向阀的T 口，当所述变量泵的第一端输出高压液体时，所述第一二 位三通阀的P 口与A 口导通，当所述变量泵的第二端输出高压液体时，所述第一二位三通阀 的T 口与A 口导通。所述液压马达为双层柱塞液压马达，包括第一柱塞和第二柱塞，所述第二换向阀 的A 口和B 口与所述第一柱塞连接，所述动力水龙头还包括第三换向阀和第四换向阀，所述 第四换向阀的T 口与所述变量泵的第一端连接，P 口连接至所述容器，A 口连接至所述第三 换向阀的控制口 Xl连接，B 口与所述第三换向阀的控制口 X2连接；所述第三换向阀的A 口 和B 口与所述液压马达的第二柱塞连接，P 口与所述变量泵的第一端连接，T 口与所述变量 泵的第二端连接，Y 口连接容器；当所述第四换向阀的T 口和B 口连通时，所述第三换向阀 的P 口和A 口连通，T 口和B 口连通；当所述第四换向阀的T 口和A 口连通时，所述第三换向阀的A 口和B 口同时与Y 口连通。
所述变量泵为一双向变量泵，所述动力水龙头还包括连接所述第二换向阀和所述 变量泵的第五换向阀和连接第四换向阀和所述变量泵的第六换向阀；所述第五换向阀的P 口连接所述变量泵的第一端，T 口连接所述变量泵的第二端，A 口连接第一电磁阀的T 口 ； 所述第六换向阀的P 口连接所述变量泵的第一端，T 口连接所述变量泵的第二端，A 口连接 第二电磁阀的T 口 ；当所述变量泵的第一端输出高压液体时，所述第五换向阀的P 口与A 口 导通，所述第六换向阀的P 口和A 口导通；当所述变量泵的第二端输出高压液体时，所述第 五换向阀的T 口与A 口导通，所述第六换向阀的T 口与A 口导通。所述第二换向阀和第四换向阀为电磁换向阀，所述动力水龙头还包括电控单元和 与所述电控单元连接的两压力传感器和转速传感器，所述两压力传感器分别与所述变量泵 的第一端和第二端连接，所述转速传感器与所述液压马达连接，所述电控单元根据接收到 的信号控制所述变量泵的电磁铁DT5和DT6、第二换向阀的电磁铁DTl和DT2以及第四换向 阀的电磁铁DT3和DT4通电和断电。所述变量泵的第一端与第一单向阀的进油口串接后，再分别与所述第一换向阀、 第三换向阀、第五换向阀和第六换向阀连接，所述变量泵的第二端与第二单向阀的进油口 串接后，再分别与所述第一换向阀、第三换向阀、第五换向阀和第六换向阀连接，且所述变 量泵的第一端与所述第二单向阀的控制口连接，所述变量泵的第二端与所述第一单向阀的 控制口连接。所述变量泵的第一端与第一单向阀的进油口串接后，与第一溢流阀的进油口、第 二溢流阀的出油口并接，再分别与所述第一换向阀、第三换向阀、第五换向阀和第六换向阀 连接，所述变量泵的第二端与第二单向阀的进油口串接后，与第一溢流阀的出油口、第二溢 流阀的进油口并接，再分别与所述第一换向阀、第三换向阀、第五换向阀和第六换向阀连 接。所述变量泵与第三溢流阀的进油口连接，再连接至容器。所述的液压马达为空心液压马达，该空心液压马达套设于中心管上。上述的动力水龙头是通过液压系统进行驱动，其变量泵的排量是可连续调节的， 因而可以实现动力水龙头的无级调速，并且该驱动系统结构简单，大大降低现有技术中动 力水龙头的体积和重量。
图1为本实用新型较佳实施例动力水龙头的动力水龙头结构图。图2为动力水龙头的液压原理图。图3为图2中液压原理图的局部放大图。
具体实施例如图1和图2所示，本实用新型较佳实施例动力水龙头包括动力水龙头10、液压 马达20和液压驱动系统30。液压驱动系统30用于为液压马达20提供动力。液压马达20 固定于动力水龙头10上。动力水龙头10包括壳体11、冲管12、中心管13和鹅颈管14。冲管12设置于壳体11内。中心管13和鹅颈管14分别连接于冲管12的两端，并与冲管12相连通，且中心管 13可以相对于冲管12转动。中心管13的另一端连接钻具(图未示)，而鹅颈管14的另一 端连接水龙带(图未示)。钻井液能够从水龙带中流入，顺次经过鹅颈管14、冲管12和中 心管13后，最后流入钻具内。液压马达20用于驱动动力水龙头10的中心管13转动。液压马达20为一双排量 空心马达，其套设于中心管13上，以驱动中心管13转动。在本实施方式中，液压马达20为 一双层柱塞马达，包括第一柱塞21和第二柱塞22。第一柱塞21和第二柱塞22可分别驱动 或者同时驱动动力水龙头10的中心管13转动。第一柱塞21和第二柱塞22的一油口连接 容器42。液压驱动系统30包括双向变量泵31、第一单向阀32、第二单向阀33、第一溢流阀 34、第二溢流阀35、第三溢流阀46、第一二位五通换向阀36、第二二位五通换向阀37、第一 电磁换向阀38、第二电磁换向阀39、第一二位三通换向阀40和第二二位三通换向阀41。双向变量泵31的一端与第一单向阀32的进油口串接后，与第一溢流阀34的进油 口、第二溢流阀35出油口并接后，再分别连接至第一二位五通换向阀36的P油口、第二二 位五通换向阀37的P油口、第一二位三通换向阀40的P油口和Xl控制口及第二二位三通 换向阀41的P油口和Xl控制口。双向变量泵31的另一端与第二单向阀33的进油口串接后，与第一溢流阀34的出 油口、第二溢流阀35的进油口并接，再分别连接第一二位五通换向阀36的T油口和第二二 位五通换向阀37的T油口、第一二位三通换向阀40的T油口和X2控制口及第二二位三通 换向阀41的T油口和X2控制口。第一二位三通换向阀40的A油口连接至第一电磁换向阀38的T油口。第一电磁 换向阀38的P油口连接至容器42，A油口连接至第一二位五通换向阀36的控制口 XI，B油 口连接至第一二位五通换向阀36的控制口 X2。第一二位五通换向阀36的Y油口连接至容 器42，A油口和B油口分别连接至液压马达20的第一柱塞21的两油口。第二二位三通换向阀41的A油口连接至第二电磁换向阀39的T油口。第二电磁 换向阀39的P油口连接至容器42，A油口连接至第二二位五通换向阀37的控制口 Xl，B油 口连接至第二二位五通换向阀37的控制口 X2。第二二位五通换向阀36的Y油口连接至容 器42，A油口和B油口分别连接至液压马达20的第二柱塞22的两油口。双向变量泵31与第一单向阀32的进油口串接之前，部分油液流动至第二单向阀 33的控制口，以在高压油的作用下控制第二单向阀33反向导通。双向变量泵31与第二单 向阀33的进油口串接前，部分油液流动至第一单向阀32的控制口，以在高压油的作用下控 制第一单向阀32反向导通。上述的第一二位五通换向阀36、第一电磁换向阀38和第一二位三通换向阀40构 成一自由轮阀，用以控制液压马达20的第一柱塞21。第二二位五通换向阀37、第二电磁换 向阀39和第二二位三通换向阀41亦构成一自由轮阀，用以控制第二柱塞22。液压驱动系统30还包括电控单元43、两压力传感器44和转速传感器45。两压力 传感器44和转速传感器45均与电控单元43相连接。两压力传感器44分别与双向变量泵31两端相连接，用于检测从双向变量泵31流 出的液体的压力，以反馈给电控单元43。转速传感器45与液压马达20相连，用于检测液压马达20的转速，以反馈给电控单元43。电控单元43根据两压力传感器44和转速传感器45反馈的信号，计算出双向变量泵31应该输出的转速大小和旋转方向，从而通过控制双向 变量泵31的电磁铁DT5和DT6，第一电磁换向阀38的电磁铁DTl和DT2以及第二电磁换向 阀39的电磁铁DT3和DT4来控制液压马达的转速、转动方向、换挡。 本发明动力水龙头工作原理如下所述 当第一电磁换向阀38的DTl通电，双向变量泵31正向旋转时，第一电磁换向阀38 的T油口与B油口导通，双向变量泵31的通过管路B从液压马达20的出油口吸油，双向变 量泵31通过管路A将吸入的油液经由第一单向阀32后，高压油液流入第一二位三通换向 阀40的控制口 Xl，使得第一二位三通换向阀40的P油口与A油口连通，高压油液经由P油 口后与第一电磁换向阀38的T油口和B油口后，流入第一二位五通换向阀36的控制口 X2， 控制P油口和A油口导通，B油口和T油口导通，此时，经由第一单向阀32后的高压油通过 第一二位五通换向阀36的P油口泵入液压马达20的第一柱塞21，驱动第一柱塞21正向转 动。同理，此时，若第二电磁换向阀39的DT3通电，则第二柱塞22亦被驱动正向转动， 使得中心管13能在0 150RPM高速档转动。若，此时第二电磁换向阀39的DT4通电，则 第二电磁换向阀39的T油口与A油口导通，高压油液经由第二电磁换向阀39的T油口和 A油口之后，流入第二二位五通换向阀37的控制口 XI，控制A油口和B油口同时与连接容 器的Y油口导通，使得第二柱塞22处于浮动状态，中心管13能在0 75RPM低速档转动， 从而实现中心管13在高速档和低速档之间的档位切换。同理，倘若双向变量泵31正向旋转时，第一电磁换向阀38的DT2通电，第二电磁 换向阀39的DT3通电，则第一柱塞21处于浮动状态，第二柱塞22被驱动正向转动。当第一电磁换向阀38的DTl通电，双向变量泵31反向旋转时，第一电磁换向阀38 的T油口与B油口导通，双向变量泵31的通过管路A从液压马达20的出油口吸油，双向变 量泵31通过管路B将吸入的油液经由第二单向阀33后，高压油液流入第一二位三通换向 阀40的控制口 X2，使得第一二位三通换向阀40的T油口与A油口连通，高压油液经由T油 口后与第一电磁换向阀38的T油口和B油口后，流入第二二位五通换向阀36的控制口 X2， 控制P油口和A油口导通，B油口和T油口导通，此时，经由第二单向阀33后的高压油通过 第二二位五通换向阀36的T油口泵入液压马达20的第一柱塞21，驱动第一柱塞21反向转 动，从而实现实现中心管13的转向调整。此时，若第二电磁换向阀39的DT3通电，则第二 柱塞22亦被驱动正向转动，使得中心管13能在0 150RPM高速档转动。若，此时第二电 磁换向阀39的DT4通电，则第二柱塞22处于浮动状态，中心管13能在0 75RPM低速档 转动。当需要调整调整中心管13的转速时，调整双向变量泵31和液压马达20的排量， 液压马达20的转速随之改变，从而实现调速。因为，双向变量泵1的排量是可连续调节的， 因而可以实现无级调速，并且该驱动系统结构简单，大大降低现有技术中动力水龙头的体
积和重量。
权利要求一种动力水龙头，包括水龙头，所述水龙头包括冲管和与所述冲管相连通并能够相对于所述冲管转动的中心管，其特征在于所述动力水龙头还包括变量泵、液压马达、第一换向阀、第二换向阀和容器；所述液压马达用于驱动所述中心管转动；所述变量泵的第一端与所述第一换向阀的P口和所述第二换向阀的T口连接，所述变量泵的第二端与所述第一换向阀的T口连接；所述第二换向阀的P口连接至所述容器，A口连接至所述第一换向阀的控制口X1连接，B口与所述第一换向阀的控制口X2连接；所述第一换向阀的A口和B口与所述液压马达连接，Y口连接容器；当所述第二换向阀的T口和B口连通时，所述第一换向阀的P口和A口连通，T口和B口连通，所述液压马达驱动所述中心管转动；当所述第二换向阀的T口和A口连通时，所述第一换向阀的A口和B口同时与Y口连通，所述液压马达处于浮动状态。
2.如权利要求1所述的动力水龙头，其特征在于所述变量泵为一双向变量泵，所述动 力水龙头还包括连接第二换向阀和所述变量泵的第五换向阀，所述第五换向阀的P 口连接 所述变量泵的第一端，T 口连接所述变量泵的第二端，A 口连接第二换向阀的T 口，当所述变 量泵的第一端输出高压液体时，所述第一二位三通阀的P 口与A 口导通，当所述变量泵的第 二端输出高压液体时，所述第一二位三通阀的T 口与A 口导通。
3.如权利要求1所述的动力水龙头，其特征在于所述液压马达为双层柱塞液压马达， 包括第一柱塞和第二柱塞，所述第二换向阀的A 口和B 口与所述第一柱塞连接，所述动力 水龙头还包括第三换向阀和第四换向阀，所述第四换向阀的T 口与所述变量泵的第一端连 接，P 口连接至所述容器，A 口连接至所述第三换向阀的控制口 XI连接，B 口与所述第三换 向阀的控制口 X2连接；所述第三换向阀的A 口和B 口与所述液压马达的第二柱塞连接，P 口与所述变量泵的第一端连接，T 口与所述变量泵的第二端连接，Y 口连接容器；当所述第 四换向阀的T 口和B 口连通时，所述第三换向阀的P 口和A 口连通，T 口和B 口连通；当所 述第四换向阀的T 口和A 口连通时，所述第三换向阀的A 口和B 口同时与Y 口连通。
4.如权利要求3所述的动力水龙头，其特征在于所述变量泵为一双向变量泵，所述动 力水龙头还包括连接所述第二换向阀和所述变量泵的第五换向阀和连接第四换向阀和所 述变量泵的第六换向阀；所述第五换向阀的P 口连接所述变量泵的第一端，T 口连接所述变 量泵的第二端，A 口连接第一电磁阀的T 口 ；所述第六换向阀的P 口连接所述变量泵的第一 端，T 口连接所述变量泵的第二端，A 口连接第二电磁阀的T 口 ；当所述变量泵的第一端输 出高压液体时，所述第五换向阀的P 口与A 口导通，所述第六换向阀的P 口和A 口导通；当 所述变量泵的第二端输出高压液体时，所述第五换向阀的T 口与A 口导通，所述第六换向阀 的T 口与A 口导通。
5.如权利要求4所述的动力水龙头，其特征在于所述第二换向阀和第四换向阀为电 磁换向阀，所述动力水龙头还包括电控单元和与所述电控单元连接的两压力传感器和转速 传感器，所述两压力传感器分别与所述变量泵的第一端和第二端连接，所述转速传感器与 所述液压马达连接，所述电控单元根据接收到的信号控制所述变量泵的电磁铁DT5和DT6、 第二换向阀的电磁铁DT1和DT2以及第四换向阀的电磁铁DT3和DT4通电和断电。
6.如权利要求4所述的动力水龙头，其特征在于所述变量泵的第一端与第一单向阀 的进油口串接后，再分别与所述第一换向阀、第三换向阀、第五换向阀和第六换向阀连接， 所述变量泵的第二端与第二单向阀的进油口串接后，再分别与所述第一换向阀、第三换向阀、第五换向阀和第六换向阀连接，且所述变量泵的第一端与所述第二单向阀的控制口连 接，所述变量泵的第二端与所述第一单向阀的控制口连接。
7.如权利要求6所述的动力水龙头，其特征在于所述变量泵的第一端与第一单向阀 的进油口串接后，与第一溢流阀的进油口、第二溢流阀的出油口并接，再分别与所述第一换 向阀、第三换向阀、第五换向阀和第六换向阀连接，所述变量泵的第二端与第二单向阀的进 油口串接后，与第一溢流阀的出油口、第二溢流阀的进油口并接，再分别与所述第一换向 阀、第三换向阀、第五换向阀和第六换向阀连接。
8.如权利要求6所述的动力水龙头，其特征在于所述变量泵与第三溢流阀的进油口 连接，再连接至容器。
9.如权利要求1所述的动力水龙头，其特征在于所述的液压马达为空心液压马达，该 空心液压马达套设于中心管上。
专利摘要动力水龙头包括水龙头，所述水龙头包括冲管和与所述冲管相连通并能够相对于所述冲管转动的中心管，所述动力水龙头还包括变量泵、液压马达、第一换向阀、第二换向阀和容器；所述液压马达用于驱动所述中心管转动；所述变量泵的第一端与所述第一换向阀的P口和所述第二换向阀的T口连接，所述变量泵的第二端与所述第一换向阀的T口连接；所述第二换向阀的P口连接至所述容器，A口连接至所述第一换向阀的控制口X1连接，B口与所述第一换向阀的控制口X2连接；所述第一换向阀的A口和B口与所述液压马达连接，Y口连接容器。上述的动力水龙头是通过液压系统进行驱动，其变量泵的排量是可连续调节的，因而可以实现动力水龙头的无级调速。
文档编号E21B21/10GK201763285SQ20102050105
公开日2011年3月16日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者胡朝刚, 赵立建, 颜长洪, 马占庆 申请人:四川宏华石油设备有限公司