本实用新型属于工程钻机液压系统领域，更具体地说，涉及一种具有防卡和防空打功能的钻机液压系统。
背景技术：
全液压顶锤式钻机在矿山、铁路、公路、水电、煤炭和建筑等工程施工中是不可缺少的主要施工设备之一。全液压顶锤式钻机在国际上已广泛使用而且也是中国新型钻机发展的主要方向。
对于矿山等山石地带，由于岩石的种类多样，地层情况复杂，不同深度的软硬程度不同，还往往夹杂空洞层，很容易导致在钻孔时钻头所受的旋转阻力可能会突然增大，受卡，或者遇到空洞或松软的砂石时，阻力聚然减小，出现钻头空打现象。对于钻头卡阻情况，如果凿岩系统不能及时处理突发的钻头受卡情况，将造成旋转马达超过所能承受范围，导致钻头连带钻杆、连接套等钻具受卡，使得用户承受较大的经济损失，并严重影响成孔效率；而钻头空打情况则会造成凿岩机空打，连接套发热，加速钻具损耗，钻孔发生偏斜。现有的钻机液压控制系统，没有较好的预防卡钻发生的功能，在卡钻后无法将钻头和钻杆拔出；也没有很好的应对遇到空洞或松软的砂石时顺利打钻的功能，这是亟待解决的问题。
为克服卡钻现象，现有的解决方案一般有两种：一是钻机机手提高注意力，发现异常时及时提钻，这就加大了机手的工作强度和工作难度。另一种做法是安装一个电气液压保护装置，当扭矩增大到一定数值时，推进马达反转。但由于钻机工作现场恶劣，震动大、灰尘多，电气元件间的滞环加大，反应不灵敏，因而效果不甚理想。例如中国实用新型专利(CN201241688Y)公开了一种液压回转钻机防卡钻装置，通过在回转马达的进油口端的管路中增设一压力传感器，在进给油缸和手动换向阀之间的回路中增设一电磁换向阀，当回转马达的进油口压力出现异常时，装置会自动处理孔内复杂情况，从而防止卡钻事故的发生。但是，由于工程钻机的工作现场环境恶劣，震动大、灰尘多，电气元件间的滞环加大，反应灵敏性较差，更重要的是它并没有考虑到钻头空打的情况。
现有技术中也有其它方案，能够适应更复杂工况，力求解决卡钻问题，例如中国专利申请号为：201510912682.8，公开日为：2016年2月24日的专利文献，公开了一种全液压露天凿岩钻机的防卡钎控制阀组，其包括第一顺序阀，其进油口与本控制阀组的旋转压力信号油口连通，当所述旋转压力信号油口的压力超过第一顺序阀的设定压力时，第一顺序阀换向使其进油口和出油口导通；第一液控换向阀，其进油口与本控制阀组的进给压力油口连通，其回油口与控制阀组的回油口连通，该第一液控换向阀的两工作油口分别与控制阀组的推进油口和上提油口连通；第二液控换向阀，其进油口与控制阀组的推进先导油口连通，其出袖口与第二液控换向阀的一液控口连通，该第二液控换向阀的液控口与所述第一顺序阀的出油口连通；梭阀，其第一进油口与第一顺序阀的出油口连通，其第二进油口与该控制阀组的上提先导油口连通，所述梭阀的出油口与第二液控换向阀的另一液控口连通；推进压力控制阀和第二溢流阀，推进压力控制阀的进油口与控制阀组的推进油口相连，该推进压力控制阀的液控端与控制阀组的旋转压力信号油口连通，推进压力控制阀的出油口与第一溢流阀的进油口连通，当所述旋转压力信号油口的压力超过该推进压力控制阀的设定压力时，所述推进压力控制阀动作使其进出油口导通，当旋转压力信号油口压力低于选定比率负荷值时，油口关闭。该方案的阀组在防止卡钳的同时降低了冲击压力，根据不同压力等级调控卡钎情况，提高凿岩效率，但是其结构非常复杂，使用较多液压元件，生产和使用成本较高，且累积误差较大，控制精度较低，元器件损坏、漏油等故障更易发生。
技术实现要素：
1、要解决的问题
本实用新型提供一种具有防卡和防空打功能的钻机液压系统，其目的在于解决现有顶锤钻机不能较好解决较高硬度岩石、空洞或松软的砂石等工况工作时，出现卡钻或钻头空打的问题。
该液压系统通过自动切换推进马达旋转方向，切换推进和提升工作状态，能够有效防止卡钻现象的发生；并通过感应钻头的推进马达工作时回转压力，以控制凿岩机冲击压力，降低冲击力；同时，降低推进马达转速，即降低推进速度，更好地适用空洞或松软砂石工况的掘进工作。该系统结构简单、可靠性高，更好地适应复杂工况环境，有效提高钻机工作效率。
2、技术方案
为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
一种具有防卡和防空打功能的钻机液压系统，包括梭阀、二位三通液控换向阀Ⅰ、二位三通液控换向阀Ⅱ、溢流阀Ⅰ、溢流阀Ⅱ、顺序阀和二位四通液控换向阀；溢流阀Ⅰ的进油口接凿岩机的压力油口，溢流阀Ⅰ的出油口接油箱；
所述二位四通液控换向阀的P口推进马达工作压力油，T口回油，二位四通液控换向阀的两个出油口分别接推进马达的进出油口；所述顺序阀的进油口接推进马达的回转压力油，顺序阀的回油口连接油箱，顺序阀的出油口接二位四通液控换向阀的液控口；
所述梭阀的两个进油口分别连接推进马达的进油口和出油口，梭阀的出油口连接二位三通液控换向阀Ⅰ的液控口；所述二位三通液控换向阀Ⅰ的进口油接推进马达的回转压力油，二位三通液控换向阀Ⅰ的回油口接油箱，二位三通液控换向阀Ⅰ的出油口接二位三通液控换向阀Ⅱ的液控口；所述二位三通液控换向阀Ⅱ的进油口接溢流阀Ⅰ的控制油口，二位三通液控换向阀Ⅱ的回油口接油箱，二位三通液控换向阀Ⅱ的出油口接溢流阀Ⅱ的进油口，溢流阀Ⅱ的出油口接油箱。
作为进一步改进，所述溢流阀Ⅰ的溢流压力高于溢流阀Ⅱ的溢流压力。
作为进一步改进，还包括二位三通液控换向阀Ⅲ、节流阀Ⅰ和节流阀Ⅱ；所述二位三通液控换向阀Ⅲ的液控口接二位三通液控换向阀Ⅱ的出油口，二位三通液控换向阀Ⅲ的进油口接油泵，二位三通液控换向阀Ⅲ的两个出油口分别接节流阀Ⅰ的进油口和节流阀Ⅱ的进油口，节流阀Ⅰ和节流阀Ⅱ的出油口均为推进马达提供压力油。
作为进一步改进，所述节流阀Ⅰ和节流阀Ⅱ的出油口均连接优先阀的同一进油口，优先阀的第一出油口为推进马达提供压力油；所述油泵的出油口经优先阀连接凿岩机的压力油口。
作为进一步改进，所述优先阀的第一出油口通过三位四通换向阀连接推进马达；优先阀的第一出油口连接溢流阀Ⅲ的进油口，溢流阀Ⅲ的出油口接油箱。
作为进一步改进，所述优先阀的第一出油口接三位四通换向阀的P口，三位四通换向阀的T口接油箱，三位四通换向阀的A口和B口分别接二位四通液控换向阀的P口和T口。
作为进一步改进，所述溢流阀Ⅰ的溢流设定压力为14MPa，溢流阀Ⅱ的溢流设定压力为10MPa，顺序阀的开启压力为10MPa。
作为进一步改进，所述节流阀Ⅰ的通流量小于节流阀Ⅱ的通流量。
3、有益效果
相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型的液压系统，通过推进马达的回转压力，控制顺序阀的开启，进而控制二位四通液控换向阀的动作，切换推进马达的进出油路，使得其由推进工作状态转换为提升工作状态，有效避免钻头、钻杆、连接套等钻具受卡损坏，保证工作效率；并在防卡钻的基础上，通过梭阀、二位三通液控换向阀Ⅰ和二位三通液控换向阀Ⅱ三者的配合作用，根据推进马达的工作油压控制溢流阀Ⅰ和溢流阀Ⅱ的工作状态，达到控制凿岩机工作油压，从而在遇到空洞或松软的砂石时，使得凿岩机冲击压力降低，防止凿岩机空打，减少连接套发热，减少钻具损耗，防止钻孔发生偏斜；该系统所包含液压元件较少，结构简单，生产和使用成本比较低，出现故障概率低，且灵敏度和可靠性都比较高，能适应恶劣工况操作，保证设备持久高效运行。
(2)本实用新型的液压系统，通过监测推进马达工作油压控制凿岩机工作压力的同时，还根据凿岩机的工作压力进一步控制推进马达的工作流量，从而控制推进马达速度，即根据凿岩机的工作压力高低切换两个不同流量的节流阀工作，改变推进马达供油量，控制推进速度；由此可见，通过同时降低冲击压力和推进速度，更好地适应空洞或松软介质工况。
(3)本实用新型的液压系统，通过优先阀控制推进马达和凿岩机之间的工作优先次序，实现联合操作；而三位四通换向阀则用于设备运行时，手动切换推进马达转向，即切换推进和提升工作状态，这也是设备正常运作时最常用阀，并通过溢流阀Ⅲ作为安全阀，防止推进马达压力超载，起到安全保护作用。
(4)本实用新型液压系统的控制方法，能够根据工况条件，自动调节钻孔压力和速度，适应空洞或松软砂石工况的掘进工作，保证设备持久高效运行；同时，也能有效防止卡钻现象的发生，工作可靠性高，有效提高钻孔效率。
附图说明
图1为本实用新型顶锤钻机的防空打液压系统的液压原理图。
附图中的标号为：1、梭阀；2、二位三通液控换向阀Ⅰ；3、二位三通液控换向阀Ⅱ；4、溢流阀Ⅰ；5、溢流阀Ⅱ；6、二位三通液控换向阀Ⅲ；7、节流阀Ⅰ；8、节流阀Ⅱ；9、优先阀；10、顺序阀；11、二位四通液控换向阀；12、三位四通换向阀；13、溢流阀Ⅲ。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种全液压顶锤式钻机的液压系统，其主要目的在于使钻机设备适应空洞或松软介质工况的钻孔操作，该系统基于综合控制凿岩机和推进马达的推进速度实现钻机的防空打现象，下面对该进行结构和原理进行较为详细的说明。
本实施例的液压系统主要包括油泵、梭阀1、二位三通液控换向阀Ⅰ2、二位三通液控换向阀Ⅱ3、溢流阀Ⅰ4、溢流阀Ⅱ5、二位三通液控换向阀Ⅲ6、节流阀Ⅰ7、节流阀Ⅱ8、优先阀9、三位四通换向阀12和溢流阀Ⅲ13。油泵作为动力元件，其为凿岩机和推进马达提供压力油，完成冲击和推进动作；优先阀9控制推进马达和凿岩机之间的工作优先次序，实现联合操作，保证推进马达和凿岩机协调动作；三位四通换向阀12是手动换向阀，用于设备运行时，操作人员手动控制推进或提升动作；对于凿岩机的工作压力，则是通过梭阀1、二位三通液控换向阀Ⅰ2、二位三通液控换向阀Ⅱ3、溢流阀Ⅰ4和溢流阀Ⅱ5配合完成；而推进马达的转速则是通过二位三通液控换向阀Ⅲ6、节流阀Ⅰ7和节流阀Ⅱ8的配合完成。
油泵的出油分两路，经优先阀9分别接至凿岩机和推进马达，溢流阀Ⅰ4设置在优先阀9和凿岩机之间，溢流阀Ⅰ4的进油口接凿岩机的压力油口，凿岩机的压力油口也接优先阀9的第二出油口，溢流阀Ⅰ4的出油口接油箱，溢流阀Ⅰ4作为凿岩机正常工作时的一级安全阀；梭阀1的两个进油口分别连接推进马达的进油口和出油口，梭阀1的出油口连接二位三通液控换向阀Ⅰ2的液控口，采用梭阀1使得无论推进马达的进油方向如何，二位三通液控换向阀Ⅰ2的液控口始终都能接受到推进马达的压力油。
二位三通液控换向阀Ⅰ2的进口油接推进马达的回转压力油，二位三通液控换向阀Ⅰ2的回油口接油箱，二位三通液控换向阀Ⅰ2的出油口接二位三通液控换向阀Ⅱ3的液控口。从附图状态看，二位三通液控换向阀Ⅰ2具有电磁阀，左位为初始状态，二位三通液控换向阀Ⅰ2的进出油口接通，回油口截止。
二位三通液控换向阀Ⅱ3的进油口溢流阀Ⅰ4的控制油口，从而溢流阀Ⅰ4的溢流压力可调，二位三通液控换向阀Ⅱ3的回油口接油箱，二位三通液控换向阀Ⅱ3的出油口接溢流阀Ⅱ5的进油口，溢流阀Ⅱ5的出油口接油箱。从附图上看，二位三通液控换向阀Ⅱ3具有电磁阀，上位为初始状态，其进油口截止，出油口和回油口连通。需要说明的是，溢流阀Ⅰ4的初始设定溢流压力高于溢流阀Ⅱ5的初始设定溢流压力，才能保证凿岩机工作油压的切换。
优先阀9的第一出油口通过三位四通换向阀12连接推进马达，为推进马达提供液压油；优先阀9的第一出油口连接溢流阀Ⅲ13的进油口，溢流阀Ⅲ13的出油口接油箱。具体地，三位四通换向阀12的P口接优先阀9的第一出油口，三位四通换向阀12的T口接油箱，三位四通换向阀12的A口和B口分别接推进马达的进出油口。从附图上看，三位四通换向阀12采用中位机能为Y型的手动换向阀，中位时，P口截止，其它三口连通；左位时，P口接通B口，A口接通T口；右位时，P口接通A口，B口接通T口。三位四通换向阀12用于设备运行时，手动切换推进马达转向，即切换推进和提升工作状态，这也是设备正常运作时最常用阀，并通过溢流阀Ⅲ13作为安全阀，防止推进马达压力超载，起到安全保护作用。
在控制推进马达速度方面，通过二位三通液控换向阀Ⅲ6、节流阀Ⅰ7和节流阀Ⅱ8的连接结构实现。具体地，二位三通液控换向阀Ⅲ6的液控口接二位三通液控换向阀Ⅱ3的出油口，就是接溢流阀Ⅱ5的进油压力，二位三通液控换向阀Ⅲ6的进油口接油泵的一路液压油，二位三通液控换向阀Ⅲ6的两个出油口分别接节流阀Ⅰ7的进油口和节流阀Ⅱ8的进油口，节流阀Ⅰ7和节流阀Ⅱ8的出油口均连接优先阀9的同一进油口，均为推进马达提供压力油。从附图上看，二位三通液控换向阀Ⅲ6带有电磁阀，其下位为初始位置，初始状态时二位三通液控换向阀Ⅲ6的进油口与接节流阀Ⅱ8的出油口连通，而接节流阀Ⅰ7的出油口截止，也就是节流阀Ⅱ8工作，节流阀Ⅰ7不工作。需要说明的是，节流阀Ⅰ7和节流阀Ⅱ8的通油量不同，在本实施例中，节流阀Ⅱ8的通油量大于节流阀Ⅰ7的通油量。
由此可见，通过监测推进马达工作油压控制凿岩机工作压力的同时，还根据凿岩机的工作压力进一步控制推进马达的工作流量，从而控制推进马达速度，即根据凿岩机的工作压力高低切换两个不同流量的节流阀工作，改变推进马达供油量，控制推进速度，更好地适用空洞或松软介质工况。
综上所述，本实施例的液压系统通过梭阀3、二位三通液控换向阀Ⅰ2和二位三通液控换向阀Ⅱ3三者的配合作用，根据推进马达的工作油压控制溢流阀Ⅰ4和溢流阀Ⅱ5的工作状态，达到控制凿岩机工作油压，从而在遇到空洞或松软的砂石时，使得凿岩机冲击压力降低，防止凿岩机空打，减少连接套发热，减少钻具损耗，防止钻孔发生偏斜；该系统所包含液压元件较少，结构简单，生产和使用成本比较低，出现故障概率低，且灵敏度和可靠性都比较高，保证设备持久高效运行。
在设备处于正常工作状态时，二位三通液控换向阀Ⅰ2、二位三通液控换向阀Ⅱ3和二位三通液控换向阀Ⅲ6的电磁阀均得电，二位三通液控换向阀Ⅰ2处于下位，二位三通液控换向阀Ⅱ3处于右位，二位三通液控换向阀Ⅲ6处于下位，凿岩机工作压力由溢流阀Ⅰ4控制，设备处于高压力工作状态，冲击力大；推进马达转速较高，设备以较快推进速度工作。在本实施例中，溢流阀Ⅰ4的溢流设定压力为14MPa，溢流阀Ⅱ5的溢流设定压力为10MPa，节流阀Ⅱ8通油量是节流阀Ⅰ7通油量的三倍。在遇到空洞或松软岩石时，系统自动切换工作状态，以适应工况变化，具体操作步骤如下。
当遇到空洞或松软介质时，推进马达进油压力减小，经梭阀1流入二位三通液控换向阀Ⅰ2的油压降低，二位三通液控换向阀Ⅰ2换向复位，二位三通液控换向阀Ⅰ2的进油口和出油口接通，推进马达的回转压力油经二位三通液控换向阀Ⅰ2进入二位三通液控换向阀Ⅱ3的液控口，二位三通液控换向阀Ⅱ3换向，二位三通液控换向阀Ⅱ3的进油口和出油口接通，凿岩机的工作压力由溢流阀Ⅰ4切换为溢流阀Ⅱ5的溢流压力，冲击压力从14MPa降低到10MPa。
与此同时，溢流阀Ⅱ5的进油进入驱动液控换向阀Ⅲ6的液控口，在压力油作用下驱动液控换向阀Ⅲ6换向，节流阀Ⅰ7和节流阀Ⅱ8切换工作，降低进入推进马达的液压油流量，推进马达转速降低。
凿岩机工作油压降低配合推进马达降速，设备切换到低运行模式，很好地适应空洞或松软砂石工况的掘进工作，保证设备持久高效运行。
实施例2
本实施例的一种全液压顶锤式钻机的液压系统，在实施例1的基础上进一步改进。虽然实施例1中钻机已能够适应空洞或松软砂石工况，但是并不能适应坚硬岩石工况，也就是不能应对钻具卡阻的发生，本实施例正是为解决此问题，其通过进一步的防卡钻结构设计，配合防空打结构，使得设备能够适应更复杂工况。
如图1所示，本实施例的液压系统中加入了顺序阀10和二位四通液控换向阀11；其中，三位四通换向阀12的A口和B口分别接二位四通液控换向阀11的P口和T口，二位四通液控换向阀11的两个出油口分别接推进马达的进出油口，二位四通液控换向阀11的液控口连接顺序阀10的出油口，顺序阀10的进油口接推进马达的回转压力油，顺序阀10的回油口连接油箱。从附图中看，二位四通液控换向阀11具有电磁阀，右位为初始状态，其P口和A口连通，B口和T口连通回油；顺序阀10初始时，进油口截止，出油口和回油口接通泄油，此处，顺序阀10的设定压力与溢流阀Ⅱ5相同，也为10Mpa，从而能更好的配合防空打操作。
当遇到卡阻工况时，推进马达的回转压力升高，高于顺序阀10的开启压力，顺序阀10开启，回转压力油经顺序阀10进入二位四通液控换向阀11的液控口，二位四通液控换向阀11换向，推进马达反向旋转，推进马达由推进状态切换为提升状态，防止卡钻，保证设备可靠工作，提高钻孔效率。
本实用新型所述实例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围。