具有压缩机的顶锤式凿岩钻机分配液压能量的方法和系统
背景技术
本发明涉及分配液压能量的方法和系统，尤其是，用于具有压缩机的顶锤式凿岩钻机分配液压能量的方法和系统。
背景技术
现有多种凿岩用的钻机。其中一些钻机是移动式的，其它是固定式的。一些移动式和固定式的钻机公开在专利号为3,245,180,3,692,123,3,708,024,3,778,940,3,815,690,3,833,072,3,905,168,3,968,845,3,992,831,4,020,909,4,595,065,5,988,299,6,672,410,6,675,915,7,325,634,7,347,285和7,413,036的美国专利中。
一个典型的移动式钻机包括一个运载部和一个钻塔。钻塔具有一个可转的头部和钻柱。运行时，可转的头部驱动钻柱进入岩层，并从而钻穿岩层。关于钻机以及钻机如何运行的信息，可在以上列出的专利文件中找到。典型的钻机包括动力单元，动力单元包括连接在发动机的压缩机。发动机可以选自多种类型，例如柴油发动机，汽油发动机，压缩天然气发动机或电动机。发动机为压缩机提供动力，压缩机依赖其运行。在运行中，压缩机通过可转的头部和钻柱向钻头提供压缩空气。压缩空气用于从钻孔中冲刷钻屑。
然而，现有技术由发动机向压缩机提供动力有多种问题。例如，发动机会为了向压缩机提供动力而消耗许多能量。当钻机在移动时，压缩机经常处于所谓的待机模式，但压缩机在待机模式时所消耗的能量仍然相当高。
图1展示了一个钻机的液压系统的示意图。四个液压泵(101，102，103和104)以及一个压缩机105装置在凿岩钻机上。液压泵用于提供凿岩，行走，冷却，除尘以及其它辅助功能的液压油。压缩机用于钻孔冲刷，轴承润滑和除尘和过滤功能。压缩机所需动力是由压缩机转速和输出压力所决定。当钻机从一个工作位移动到另一个工作位，此时不需要冲刷并且需要更多的动力用来使机器移动，但是压缩机系统仍消耗如冲刷时一样的能量，因为系统压力和转速仍保持不变。这将导致更多的燃油消耗在压缩机所产生的热量以及更少的发动机动力用于机器移动。现有发送机动力分配原理如图1所示。
泵101用于冷却。
泵102用于机器的行走，进给和锤击。
泵103用于转动和液压缸驱动。
泵104用于除尘。
压缩机105用于气流冲刷，轴承润滑和除尘。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于具有压缩机，第一泵和第二泵的顶锤式凿岩机分配液压能量的系统，该系统包括先导换向阀，其具有连接所述第二泵的压力输出口的入口，以及连接行走控制阀的P端口的出口；连接在所述第一泵的负载敏感口和所述第二泵的负载敏感口之间的先导控制阀；第一梭阀，其两个入口分别连接先导控制阀和旋转控制阀的负载敏感口，其出口连接所述第二泵的负载敏感口；以及第二梭阀，其两个入口分别连接行走控制操纵杆的输出压力口，其出口连接先导换向阀的控制口和先导控制阀的控制口。
根据本发明的一个方面，先导换向阀被设置为常闭，并且当所述第二梭阀的出口所提供的压力信号足够触发时，先导换向阀开启。
根据本发明的一个方面，先导控制阀被设置为常闭，并且当所述第二梭阀的出口所提供的压力信号足够触发时，先导控制阀开启。
根据本发明的一个方面，先导换向阀的触发压力不超过所述先导控制阀的触发压力。
根据本发明的一个方面，系统还包括入口连接所述第一泵的输出压力口并且出口连接所述行走控制阀P口的止回阀。
根据本发明的一个方面，系统还包括入口连接所述第二泵的输出压力口并且出口连接所述先导换向阀的止回阀。
根据本发明的一个方面，第一泵的负载敏感口和先导控制阀都连接行走控制阀的负载敏感口。
根据本发明的一个方面，先导控制阀是液压控制的2位4通换向阀；所述先导控制阀的入口连接所述第一泵的负载敏感口和行走控制阀的负载敏感口；以及所述先导控制阀的其它3个口分别连接封闭端，所述第一梭阀的入口或储液罐。
根据本发明的一个方面，提供一种用于具有压缩机，第一泵和第二泵的凿岩机分配液压能量的方法，所述方法包括：通过先导换向阀控制所述第一泵的输出压力口和所述第二泵的压力输出口之间的连接；通过先导控制阀控制所述第一泵的负载敏感口和所述第二泵的负载敏感口之间的连接；通过将所述先导换向阀和所述先导控制阀的控制口都连接至行走控制阀的负载敏感口控制所述先导换向阀和所述先导控制阀；通过第二梭阀控制所述先导换向阀和所述先导控制阀的控制口在连接至前向负载敏感口或连接至后向负载敏感口之间切换；以及通过第一梭阀控制所述第二泵的负载敏感口在连接至旋转控制阀的负载敏感口或连接至行走控制阀的负载敏感口之间切换。
根据本发明的一个方面，先导换向阀被设置为常闭，并且当所述第二梭阀的出口所提供的压力信号足够触发时，先导换向阀开启。
根据本发明的一个方面，先导控制阀被设置为常闭，并且当所述第二梭阀的出口所提供的压力信号足够触发时，先导控制阀开启。
根据本发明的一个方面，先导换向阀的触发压力不超过所述先导控制阀的触发压力。
根据本发明的一个方面，方法还包括提供入口连接所述第一泵的输出压力口并且出口连接所述行走控制阀P口的止回阀。
根据本发明的一个方面，方法还包括提供入口连接所述第二泵的输出压力口并且出口连接所述先导换向阀的止回阀。
本发明的其它目的和特征将从说明书和权利要求中变得明显。
附图说明
图.1是现有液压能量分配系统的示意图。
图.2是根据本发明的一个方面的液压能量分配系统的示意图。
图.3是根据本发明的一个方面的液压能量分配系统的示意图。
具体实施方式
本发明的实施方式涉及具有压缩机的顶锤式凿岩钻机的液压能量分配系统。图1展示了液压系统的示意图。由马达产生的液压能量被提供给泵201，202，203，204和压缩机205。泵201提供液压能量用于冷却。泵202提供液压能量用于机器的行走，进给和锤击。泵203提供液压能量用于转动，辅助液压缸功能并与泵202一起提供行走所需液压能。泵204提供能量用于除尘。压缩机205提供压缩空气用于冲刷，轴承润滑和除尘器清洗。
压缩机205与马达直接连接，并且压缩机205的输出压力及其能耗与马达的转速成正比。这样，当泵201，202，203或204需要马达以更高的转速运行时，压缩机205的能耗也会更高。
如图2所示，液压示意图中各个节点的说明如下。
P点连接至行走控制阀的P口。
P1点连接泵202的输出压力口。
P2点连接泵203的输出压力口。
X1点连接泵202的负载敏感口。
X2点连接行走控制阀的负载敏感口。
X3点连接泵203的负载敏感口。
X4点连接转动控制阀的负载敏感口。
XF和XR分别连接行走控制操纵杆的输出压力口。
L点直接连接液压油储液罐。
如图2所示，泵202是一个负载敏感泵。其输出口经P1点和止回阀207连接行走控制阀的P口。止回阀207是一个单向阀，它防止液压油从行走控制阀回流至泵202。泵202的负载敏感口经节点X1和X2连接行走控制阀的负载敏感口。
泵203是一个负载敏感泵，其输出口经节点P2和止回阀209连接先导换向阀208的入口。止回阀207是一个单向阀，它防止液压油从行走控制阀回流至泵203。泵203的负载敏感口连接梭阀211的输出口。如图3所示，泵203也连接旋转控制阀集合。这样，当先导换向阀208关闭时，泵203所产生的液压能量将仅仅提供给旋转控制阀集合。由于旋转控制阀集合控制钻机的旋转钻孔，所以当钻机在钻孔时，确保泵203所产生的液压能量不能提供给行走是非常重要的。
根据本发明的一个实施方式，先导换向阀208是液压控制的2位2通换向阀。先导换向阀208的控制口连接梭阀212的输出口。先导换向阀208的一个入口连接止回阀209，一个出口连接止回阀207。这样，当来自梭阀212的液压足够触发先导换向阀208时，先导换向阀208将打开。当钻机在通常的运行条件下，例如，不爬坡时，来自梭阀212的液压不足以触发先导换向阀208。因此，先导换向阀208可以被看做是一个常闭的阀门。本领域普通技术人员可以理解，先导换向阀208不限于2位2通换向阀，其它等效阀门也可以实现同样功能。
如图2所示，先导控制阀210是一个液压控制的2位4通换向阀。先导控制阀210的P口直接连接泵202的负载敏感口，其它的3个口分别连接梭阀211的入口，封闭端或液压储液罐。如同先导换向阀208，先导控制阀210的控制口也连接梭阀212的输出口。当来自梭阀212的液压不足以触发先导控制阀210时，来自泵202的负载敏感口的液压与封闭端连接。当来自梭阀212的液压足以触发先导控制阀210时，来自泵202的负载敏感口的液压与梭阀211的一个入口联通。此外，当来自梭阀212的液压不足以触发先导控制阀210时，梭阀211的入口与液压储液罐联通。本领域普通技术人员可以理解，先导控制阀210不限于2位4通换向阀，其它等效阀门也可以实现同样功能。
如图2所示，梭阀211的两个入口分别连接先导控制阀210和旋转控制阀的负载敏感口，梭阀211的出口连接泵203的负载敏感口。因此，当先导控制阀210没有被触发时，梭阀211的入口与液压储液罐联通，并且泵203的负载敏感口可接收来自旋转控制阀的负载敏感口的压力信号。在这种情况下，泵203将仅仅为旋转钻孔提供液压动力，并且其输出压力受来自旋转控制阀的负载敏感口的压力信号的控制。
当先导控制阀210被触发后，梭阀211的入口连接泵202的负载敏感口。如图2和3所示，泵202的负载敏感口经X2节点连接至行走控制阀的负载敏感口，并且可接收用于钻机行走的压力信号。然后，用于钻机行走的压力信号也将传导至泵203的负载敏感口，通过先导控制阀208和梭阀211。
因此，通过前述机制，当钻机在钻孔时，泵203仅仅为钻孔提供液压动力，其负载敏感口仅仅接收来自旋转控制阀的负载敏感口的压力信号。此外，当钻机需要更多的液压动力用于行走时，泵202和203将一起为行走提供液压动力，并且经过X2节点，泵202和203的负载敏感口都可接收来自行走控制阀的负载敏感口的压力信号。
如图2所示，梭阀212的两个入口分别连接至行走控制操纵杆的前向压力输出口和后退压力输出口，梭阀212的出口连接先导换向阀208和先导控制阀210的控制口。这样，当钻机行走时，来自行走控制操纵杆的压力信号可触发先导换向阀208和先导控制阀210。
优选的是将先导换向阀208的触发压力设置为等于或小于先导控制阀210的触发压力。这样，泵202和203的输出压力将汇合至行走控制阀的P口，然后，经过X2节点，控制口将接收到来自行走控制阀的负载敏感口的压力信号。如果泵202和203的负载敏感口接收到高压力信号，但是泵202和203的输出口却没有连接行走控制阀，泵203可能会提高其液压动力输出并提供给旋转/钻孔。这将对液压系统构成威胁，或者甚至对操作者构成危险。
当压缩机的动力消耗与马达的转速成正比时，例如，马达具有3种运行工况，1400转/分钟，1800转/分钟和2200转/分钟，如果仅有泵202为钻机行走提供动力，这将要求马达以1800转/分钟的转速运转。显然压缩机的动力消耗将大于1400转/分钟时的消耗。然而，如果泵202和203可以一起为钻机行走提供动力，马达以1400转/分钟的转速运转就足够。这也将节省压缩机的功耗。
本发明的实施方式具有许多优点，例如，该系统能够自动的分配多个液压泵所提供的液压动力。本发明的结构还提供了安全运行机制，例如，只有第二个/辅助的泵的压力输出与所需的口连接后，负载相关压力信号才能够提供给第二个/辅助的泵。
尽管本发明通过以上的有限的实施例进行详细描述，本领域的普通技术人员可以理解，其它不脱离本发明的宗旨的实施例也可以存在。因此，本发明的范围限于所附权利要求。