本实用新型涉及一种换挡阀块、动力头多挡位控制系统和旋挖钻机
背景技术：
旋挖钻机是一种全液压驱动的在基础施工中广泛使用的大口径高效成孔设备。动力头是旋挖钻机的关键工作部件，其输出扭矩驱动工作装置进行钻孔作业。现有旋挖钻机动力头一般是由液压马达驱动的，而中、大型旋挖钻机一般会使用多个动力头马达，这些动力头马达是同时工作，液压系统压力达到系统设定最大压力时，动力头输出扭矩达到最大值，及动力头只有一个动力头最大扭矩输出，为一个挡位工作模式。而旋挖钻机施工对象很复杂，有软土层、硬土层、强风化、弱风化、花岗岩等，这些不同的地质旋挖钻机的施工需求是不一样的，比如软土层需要提供高转速低扭矩的工作模式，而入硬岩则一般需要大扭矩低转速的工作模式。因此，旋挖钻机的动力头应设计成多挡位输出，以能根据不同地质提供相对应的工作模式，从而提高旋挖钻机的工作效率，降低旋挖钻机的燃油消耗，是旋挖钻机的重要发展趋势。
技术实现要素：
本实用新型的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种换挡阀块、动力头多挡位控制系统及控制方法和旋挖钻机，本实用新型实现了旋挖钻机动力头的多挡位输出，以能根据不同地质提供相对应的工作模式，从而提高旋挖钻机的工作效率，降低旋挖钻机的燃油消耗。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种换挡阀块，包括切断阀、浮动阀和补油阀，所述切断阀包括第一切断阀和第二切断阀；所述补油阀包括第一补油阀和第二补油阀；
所述换挡阀块具有控制口、补油口、第一进油口、第二进油口、第一出油口和第二出油口；
所述第一切断阀的先导口、第二切断阀的先导口、浮动阀的先导口均与所述控制口相连接；
所述第一进油口与所述第一切断阀的进口相连接，所述第一切断阀的出口通过第一油道与所述第一出油口相连接；
所述第二进油口与所述第二切断阀的进口相连接，所述第二切断阀的出口通过第二油道与所述第二出油口相连接；
所述第一油道与所述第一补油阀的出口相连接，所述第一补油阀的入口与所述第二补油阀的入口相连接，所述第二补油阀的出口与所述第二油道相连接；
所述浮动阀的第一油口与所述第一油道相连接，所述浮动阀的第二油口与所述第二油道相连接；
所述第一补油阀的入口和第二补油阀的入口均与所述补油口相连接；
所述第一补油阀的液体流向为只从所述第一补油阀的入口流向所述第一补油阀的出口；
所述第二补油阀的液体流向为只从所述第二补油阀的入口流向所述第二补油阀的出口。
进一步地，所述第一补油阀和第二补油阀均为单向阀。
本实用新型提供的一种动力头多挡位控制系统，包括先导泵、换向阀、电磁阀、主泵、背压阀、溢流阀、动力头马达组以及所述的换挡阀块；所述动力头马达组包括N个动力头马达；所述溢流阀包括第一溢流阀和第二溢流阀；所述电磁阀和换挡阀块的数量均为N-1个；其中N为自然数，N≥2；
所述先导泵的液压油出口与N-1个所述电磁阀的进油口相连接，N-1个所述电磁阀的出油口分别与N-1个所述换挡阀块的控制口相连接；所述先导泵的液压油出口与所述第一溢流阀相连接；
所述主泵的液压油出口与所述换向阀的进油口相连接；所述主泵的液压油出口与所述第二溢流阀相连接；所述换向阀的第一工作油口和第二工作油口分别与一个所述动力头马达的第一工作油口和第二工作油口相连接；
N-1个所述换挡阀块的第二进油口均与所述换向阀的第一工作油口相连接； N-1个所述换挡阀块的第一进油口均与所述换向阀的第二工作油口相连接；
N-1个所述换挡阀块的第一出油口分别与N-1个所述动力头马达的第一工作油口相连接；N-1个所述换挡阀块的第二出油口分别与N-1个所述动力头马达的第二工作油口相连接；
N-1个所述换挡阀块的补油口以及所述换向阀的回油口均与所述背压阀相连接。
本实用新型提供的一种动力头多挡位控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤S1：操作换向阀正转先导或反转先导，换向阀工作于左位或右位，换向阀的第一工作油口和第二工作油口中一个出油一个回油；此时主泵输出的液压油经换向阀的进油口输送至换向阀的第一工作油口或第二工作油口；其中与换向阀直接连接的一动力头马达，换向阀的第一工作油口或第二工作油口输出的液压油直接输送至该动力头马达的第一工作油口或第二工作油口，以驱动该动力头马达正转或反转；
其余N-1个动力头马达中，当与动力头马达对应的电磁阀不得电时，对应的换挡阀块的第一切断阀、第二切断阀和浮动阀均不换向，即第一切断阀、第二切断阀均工作于右位，浮动阀工作于下位，当换向阀的第一工作油口出油，且第二工作油口回油时，换向阀的第一工作油口输出的液压油依次经换挡阀块的第二进油口、第二切断阀、第二出油口输送至对应动力头马达的第二工作油口，驱动对应动力头马达正转，或者当换向阀的第二工作油口出油，且第一工作油口回油时，换向阀的第二工作油口输出的液压油依次经换挡阀块的第一进油口、第一切断阀、第一出油口输送至对应动力头马达的第一工作油口，驱动对应动力头马达反转；
其余N-1个动力头马达中，当与动力头马达对应的电磁阀得电时，先导泵输出的液压油经对应的电磁阀后输送至对应的换挡阀块的控制口，以驱动对应的换挡阀块中的第一切断阀、第二切断阀和浮动阀均换向，即第一切断阀、第二切断阀均工作于左位，浮动阀工作于上位，此时换向阀的第一工作油口的油路被第二切断阀切断，第二工作油口的油路被第一切断阀切断，对应的动力头马达浮动；
步骤S2：在步骤S1中，处于浮动的动力头马达，由于浮动阀工作于上位，动力头马达的第一工作油口和第二工作油口相连通，该动力头马达和浮动阀之间形成一个小回路，从而动力头旋转时带动该动力头马达浮动空转；
步骤S3：背压阀的设定压力高于第一补油阀和第二补油阀的开启压力，在步骤S2中，处于浮动空转的动力头马达会有液压油的泄漏，当该动力头马达的第一工作油口或第二工作油口的压力低于背压阀的设定压力时，换向阀回油口处回流的液压油经背压阀增压后向对应的换挡阀块的补油口进行补油，补入补油口的液压油经第一补油阀或第二补油阀后输送至该动力头马达的第一工作油口或第二工作油口，该动力头马达内被补入液压油，以防止该动力头马达吸空损坏。
本实用新型提供的一种旋挖钻机，包括所述的动力头多挡位控制系统。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
1、本实用新型主泵提供液压油经换向阀换向后驱动与换向阀直接连接的动力头马达正转或反转。本实用新型在动力头马达和换向阀之间设置有换挡阀块，换挡阀块由先导泵提供液压油并经电磁阀控制，一个电磁阀控制一个换挡阀块，电磁阀得电后，换挡阀块内部的切断阀和浮动阀换向，切断阀将动力头马达工作油路切断，浮动阀将该换挡阀块连接的动力头马达的两个工作油口连通，动力头马达浮动。当动力头系统工作时，动力头带动该动力头马达空转，主泵液压油全部提供给其余的动力头马达，动力头最大输出扭矩将少一个动力头马达作用，实现动力头换挡。本实用新型通过设置换挡阀块实现动力头马达工作油路的通断；通过设置电磁阀实现动力头各挡位的快速切换，实现了旋挖钻机动力头的多挡位输出，以能根据不同地质提供相对应的工作模式，从而提高旋挖钻机的工作效率，降低旋挖钻机的燃油消耗。
2、本实用新型被切断的动力头马达浮动空转时，动力头马达内的液压油会有泄漏，为防止动力头马达因泄漏而吸空，本实用新型在换挡阀块内设置有补油阀，其中补油阀和换向阀的回油口均与背压阀相连接，其背压阀的设定压力高于补油阀的开启压力，当被切断的动力头马达的工作油口的压力低于背压阀的设定压力时，换向阀回油口处回流的液压油经背压阀增加后经换挡阀块的补油口、补油阀补入至被切断的动力头马达内，如此保证了动力头马达浮动空转时不吸空，以防止动力头马达损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例中换挡阀块的液压原理图。
图2为本实用新型实施例中控制系统的液压原理图。
具体实施方式
下面结合附图对实用新型进一步说明，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例
如图1所示，本实用新型提供的一种换挡阀块，包括切断阀、浮动阀105 和补油阀，所述切断阀包括第一切断阀101和第二切断阀102；所述补油阀包括第一补油阀103和第二补油阀104；
所述换挡阀块1具有控制口Z、补油口S、第一进油口V1、第二进油口V2、第一出油口C1和第二出油口C2；
所述第一切断阀101的先导口、第二切断阀102的先导口、浮动阀105的先导口均与所述控制口Z相连接；
所述第一进油口V1与所述第一切断阀101的进口相连接，所述第一切断阀 101的出口通过第一油道与所述第一出油口C1相连接；
所述第二进油口V2与所述第二切断阀102的进口相连接，所述第二切断阀 102的出口通过第二油道与所述第二出油口C2相连接；
所述第一油道与所述第一补油阀103的出口相连接，所述第一补油阀103 的入口与所述第二补油阀104的入口相连接，所述第二补油阀104的出口与所述第二油道相连接；
所述浮动阀105的第一油口与所述第一油道相连接，所述浮动阀105的第二油口与所述第二油道相连接；
所述第一补油阀103的入口和第二补油阀104的入口均与所述补油口S相连接；
所述第一补油阀103的液体流向为只从所述第一补油阀103的入口流向所述第一补油阀103的出口；
所述第二补油阀104的液体流向为只从所述第二补油阀104的入口流向所述第二补油阀104的出口。
本实施例中，所述第一补油阀103和第二补油阀104均为单向阀。切断阀为二位二通常通逻辑阀，浮动阀105为二位二通常闭逻辑阀。
本实用新型提供的一种动力头多挡位控制系统，包括先导泵2、换向阀6、电磁阀5、主泵3、背压阀4、溢流阀、动力头马达组以及换挡阀块1；所述动力头马达组包括N个动力头马达；所述溢流阀包括第一溢流阀7和第二溢流阀8；所述电磁阀5和换挡阀块1的数量均为N-1个；其中N为自然数，N≥2；
所述先导泵2的液压油出口与N-1个所述电磁阀5的进油口相连接，N-1个所述电磁阀5的出油口分别与N-1个所述换挡阀块1的控制口Z相连接；所述先导泵2的液压油出口与所述第一溢流阀7相连接；
所述主泵3的液压油出口与所述换向阀6的进油口P相连接；所述主泵3 的液压油出口与所述第二溢流阀8相连接；所述换向阀6的第一工作油口A1和第二工作油口B1分别与一个所述动力头马达9的第一工作油口A和第二工作油口B相连接；
N-1个所述换挡阀块1的第二进油口V2均与所述换向阀6的第一工作油口 A1相连接；N-1个所述换挡阀块1的第一进油口V1均与所述换向阀6的第二工作油口B1相连接；
N-1个所述换挡阀块1的第一出油口C1分别与N-1个所述动力头马达9的第一工作油口A相连接；N-1个所述换挡阀块1的第二出油口C2分别与N-1个动力头马达9的第二工作油口B相连接；
N-1个所述换挡阀块1的补油口S以及所述换向阀6的回油口T均与所述背压阀4相连接。
本实施例中，先导泵2为齿轮泵，主泵3为变量泵，背压阀4为直动式溢流阀或单向阀，电磁阀5为两位三通电磁阀或两位四通电磁阀，换向阀6为三位六通液控换向阀，动力头马达9为变量马达。
本实用新型提供的一种动力头多挡位控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤S1：操作换向阀6正转先导或反转先导，换向阀2工作于左位或右位，换向阀2的第一工作油口A1和第二工作油口B1中一个出油一个回油；此时主泵3输出的液压油经换向阀2的进油口P输送至换向阀6的第一工作油口A1或第二工作油口B1；其中与换向阀2直接连接的一动力头马达9，换向阀6的第一工作油口A1或第二工作油口B1输出的液压油直接输送至该动力头马达9的第一工作油口A或第二工作油口B，以驱动该动力头马达9正转或反转；
其余N-1个动力头马达9中，当与动力头马达9对应的电磁阀5不得电时，对应的换挡阀块1的第一切断阀101、第二切断阀102和浮动阀105均不换向，即第一切断阀101、第二切断阀102均工作于右位，浮动阀105工作于下位，当换向阀6的第一工作油口A1出油，且第二工作油口B1回油时，换向阀6的第一工作油口A1输出的液压油依次经换挡阀块1的第二进油口V2、第二切断阀 102、第二出油口C2输送至对应动力头马达9的第二工作油口B，驱动对应动力头马达9正转，或者当换向阀6的第二工作油口B1出油，且第一工作油口A1 回油时，换向阀6的第二工作油口B1输出的液压油依次经换挡阀块1的第一进油口V1、第一切断阀101、第一出油口C1输送至对应动力头马达9的第一工作油口A，驱动对应动力头马达9反转；
其余N-1个动力头马达9中，当与动力头马达9对应的电磁阀5得电时，先导泵2输出的液压油经对应的电磁阀5后输送至对应的换挡阀块1的控制口Z，以驱动对应的换挡阀块1中的第一切断阀101、第二切断阀102和浮动阀105均换向，即第一切断阀101、第二切断阀102均工作于左位，浮动阀105工作于上位，此时换向阀6的第一工作油口A1的油路被第二切断阀102切断，第二工作油口B1的油路被第一切断阀101切断，对应的动力头马达9浮动；
步骤S2：在步骤S1中，处于浮动的动力头马达9，由于浮动阀105工作于上位，动力头马达9的第一工作油口A和第二工作油口B相连通，该动力头马达9和浮动阀105之间形成一个小回路，从而动力头旋转时带动该动力头马达9 浮动空转；
步骤S3：背压阀4的设定压力高于第一补油阀103和第二补油阀104的开启压力，在步骤S2中，处于浮动空转的动力头马达9会有液压油的泄漏，当该动力头马达9的第一工作油口A或第二工作油口B的压力低于背压阀4的设定压力时，换向阀6回油口T处回流的液压油经背压阀4增压后向对应的换挡阀块1的补油口S进行补油，补入补油口S的液压油经第一补油阀103或第二补油阀104后输送至该动力头马达9的第一工作油口A或第二工作油口B，该动力头马达9内被补入液压油，以防止该动力头马达9吸空损坏。
如图2所示，以三个动力头马达9为例进行说明本实用新型动力头多挡位控制系统及控制方法：位于中间的动力头马达9直接与换向阀6相连接，其余两个动力头马达9均通过换挡阀块1与换向阀6相连接。当动力头系统工作时，且两个电磁阀5不得电时，此时三个动力头马达9同时工作，这时动力头的最大输出扭矩为3T(T为一个动力头马达9的最大输出扭矩)。当其中一个电磁阀5得电，另一个电磁阀5不得电时，此时两个动力头马达9同时工作，即位于中间的动力头马达9工作和其余两个中的一个动力头马达9工作，一个动力头马达9被切断并浮动空转，这时动力头的最大输出扭矩为2T；当两个电磁阀5都得电时，此时只有一个动力头马达9同时工作，即位于中间的动力头马达9工作，其余两个动力头马达9均被切断并浮动空转，这时动力头的最大输出扭矩为T。
本实用新型提供的一种旋挖钻机，包括所述的动力头多挡位控制系统。
本实用新型主泵3提供液压油经换向阀6换向后驱动与换向阀6直接连接的动力头马达9正转或反转。本实用新型在动力头马达9和换向阀6之间设置有换挡阀块1，换挡阀块1由先导泵2提供液压油并经电磁阀5控制，一个电磁阀5 控制一个换挡阀块1，电磁阀5得电后，换挡阀块1内部的切断阀和浮动阀105 换向，切断阀将动力头马达9工作油路切断，浮动阀105将该换挡阀块1连接的动力头马达9的两个工作油口连通，动力头马达9浮动。当动力头系统工作时，动力头带动该动力头马达9空转，主泵3液压油全部提供给其余的动力头马达9，动力头最大输出扭矩将少一个动力头马达9作用，实现动力头换挡。本实用新型通过设置换挡阀块1实现动力头马达9工作油路的通断；通过设置电磁阀5实现动力头各挡位的快速切换，实现了旋挖钻机动力头的多挡位输出，以能根据不同地质提供相对应的工作模式，从而提高旋挖钻机的工作效率，降低旋挖钻机的燃油消耗。
本实用新型被切断的动力头马达9浮动空转时，动力头马达9内的液压油会有泄漏，为防止动力头马达9因泄漏而吸空，本实用新型在换挡阀块1内设置有补油阀，其中补油阀和换向阀6的回油口T均与背压阀4相连接，其背压阀4 的设定压力高于补油阀的开启压力，当被切断的动力头马达9的工作油口的压力低于背压阀4的设定压力时，换向阀6回油口T处回流的液压油经背压阀4增加后经换挡阀块1的补油口S、补油阀补入至被切断的动力头马达9内，如此保证了动力头马达9浮动空转时不吸空，以防止动力头马达9损坏。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。