钻机给进油缸闭式电液控制系统

权利要求书： 1.一种钻机给进油缸闭式电液控制系统，包括动力机(1)、闭式液压泵(2)、第一先导比例阀(5)、第二先导比例阀(6)与给进油缸(11)，所述动力机(1)与闭式液压泵(2)通过管路连接，所述闭式液压泵(2)A口与给进油缸(11)A口连接，闭式液压泵(2)B口与给进油缸(11)B口连接，其特征在于，

所述钻机给进油缸闭式电液控制系统还包括辅助泵(20)、第二溢流阀(19)、斜盘控制油缸(3)、第一梭阀(4)、第二梭阀(7)、第一顺序阀(8)与第二顺序阀(9)；

所述斜盘控制油缸(3)A口分别与闭式液压泵(2)A口、第一梭阀(4)C口连接，所述斜盘控制油缸(3)B口分别与闭式液压泵(2)A口、第二梭阀(7)C口连接；

所述第一梭阀(4)A口与所述第二顺序阀(9)B口连接，第一梭阀(4)B口与第一先导比例阀(5)A口连接，所述第二梭阀(7)B口与第一顺序阀(8)B连接；

所述第一先导比例阀(5)P口、第二先导比例阀(6)P口均与辅助泵(20)P口、第二溢流阀(19)P口连接，所述辅助泵(20)T口与第二溢流阀(19)T口连接；所述辅助泵(20)与闭式液压泵(2)通过管路连接，所述辅助泵(20)T口与第二溢流阀(19)T口连接均与压力油箱(21)连接；

所述第一顺序阀(8)A口与给进油缸(11)A口连接，所述第二顺序阀(9)A口与给进油缸(11)B口连接。

2.如权利要求1所述的钻机给进油缸闭式电液控制系统，其特征在于，所述钻机给进油缸闭式电液控制系统还包括：

第一单向阀(15)、第二单向阀(16)、第一平衡阀(13)与第二平衡阀(14)，所述第一单向阀(16)A口与闭式液压泵(2)A口连接，所述第二单向阀(16)A口与闭式液压泵(2)B口连接，所述第一单向阀(15)B口、第二单向阀(16)B口均与压力油箱(21)连接；

所述第一平衡阀(13)A口、第二平衡阀(14)A口均与给进油缸B口连接、第一平衡阀(13)C口、第二平衡阀(14)C口均与给进油缸A口连接，所述第二平衡阀(14)B口与压力油箱(21)连接。

3.如权利要求2所述的钻机给进油缸闭式电液控制系统，其特征在于，所述钻机给进油缸闭式电液控制系统还包括：

第一安全阀(17)与第二安全阀(18)，所述第二安全阀(18)P口与闭式液压泵(2)A口连接，所述第一安全阀(17)P口与闭式液压泵(2)B口连接，所述第一安全阀(17)T口、第二安全阀(18)T口均与压力油箱(21)连接。

4.如权利要求3所述的钻机给进油缸闭式电液控制系统，其特征在于，所述钻机给进油缸闭式电液控制系统还包括：

冲洗阀(10)与第一溢流阀(12)，所述冲洗阀(10)A口与给进油缸(11)A口连接，所述冲洗阀(10)B口与给进油缸(11)B口连接，所述冲洗阀(10)C口与第一溢流阀(11)P口连接，所述第一溢流阀(11)T口与压力油箱(21)连接。

5.如权利要求1所述的钻机给进油缸闭式电液控制系统，其特征在于，所述闭式液压泵(2)采用液动比例变量泵。

6.如权利要求1所述的钻机给进油缸闭式电液控制系统，其特征在于，所述辅助泵(20)采用小排量定量泵。

7.如权利要求1所述的钻机给进油缸闭式电液控制系统，其特征在于，第一比例先导阀(5)与第二比例先导阀(6)采用比例减压溢流阀。

说明书： 一种钻机给进油缸闭式电液控制系统技术领域[0001] 本发明属于钻探装备电液控制领域，具体涉及一种钻机给进油缸闭式电液控制系统。

背景技术[0002] 目前钻机给进装置多采用油缸控制，常规钻机给进控制系统一般采用开式控制系统，随着钻机能力的提升，油缸规格也随之增加，液压系统功率需求随之增加，随着钻机功

率提升，开式系统效率低下、管路复杂等问题越发突出；闭式回路容积调速系统因其传动效

率较高而被广泛关注，而将其应用于钻机给进系统存在以下问题，第一由于钻探工艺要求

钻机给进系统的压力能够在较大范围内调节，以满足不同底层对钻压的要求，而闭式系统

压力调节一般采用溢流方式，在正常钻进时，给进系统流量需求很小，且长时间工作在此工

况，而此时大部分高压油通过溢流阀溢流，系统效率低，无法达到节能减排的目的；第二，由

于受钻机能力要求，给进系统常规采用非对称油缸控制，而闭式回路适用于负载为双向液

压马达或双出杆对称缸等正反方向流量相同的系统；钻机施钻过程中，会出现负负载的工

况或者发生管路失压，此时而闭式系统中，由于油缸回油口直接与闭式泵进油腔连接，此时

钻机给进装置会在重力作用下快速下落，造成人员或设备损伤事故。

[0003] 常见解决措施是在闭式泵采用非对称设计，以实现双向不同流量输出，此方案虽解决了流量不对称问题，但是流量调节过程中，泵两个油口流量匹配困难。由于采用非标设

计，系统搭建成本较高，而且后期备件及维修不便，因此较难推广应用。另一种方法是增设

大流量补油泵及多个液压元件通过对控制对油缸两腔的非对称补油，此类方案主要问题在

于，由于补油泵输出流量较大，小流量端补油时，补油流量小，多余流量全部溢流，补油泵功

率损失较大。有部分技术方案设计了专用补油阀块，当系统流量多余的流量直接回油箱，而

补油时，通过专用阀直接从油箱吸油，此方案只适用于常规非对称油缸控制，其问题在于，

当闭式泵大流量输出时，自吸方式容易产生吸空，影响泵输出的稳定系及适用寿命，同时，

由于对于油液直接流回油箱，而且将此类阀应用于钻机给进系统，当出现负负载的工况或

者发生管路失压时，易发生安全事故。

发明内容[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，本发明提供一种钻机给进油缸闭式电液控制系统，解决现有技术存在的问题。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：[0006] 一种钻机给进油缸闭式电液控制系统，包括动力机、闭式液压泵、第一先导比例阀、第二先导比例阀与给进油缸，所述动力机与闭式液压泵通过管路连接，所述闭式液压泵

A口与给进油缸A口连接，闭式液压泵B口与给进油缸B口连接，所述钻机给进油缸闭式电液

控制系统还包括辅助泵、第二溢流阀、斜盘控制油缸、第一梭阀、第二梭阀、第一顺序阀与第

二顺序阀；

[0007] 所述斜盘控制油缸A口分别与闭式液压泵A口、第一梭阀C口连接，所述斜盘控制油缸B口分别与闭式液压泵A口、第二梭阀C口连接；

[0008] 所述第一梭阀A口与所述第二顺序阀B口连接，第一梭阀B口与第一先导比例阀A口连接，所述第二梭阀B口与第一顺序阀B连接；

[0009] 所述第一先导比例阀P口、第二先导比例阀P口均与辅助泵P口、第二溢流阀P口连接，所述辅助泵T口与第二溢流阀T口连接；所述辅助泵与闭式液压泵通过管路连接，所述辅

助泵T口与第二溢流阀T口连接均与压力油箱连接；

[0010] 所述第一顺序阀A口与给进油缸A口连接，所述第二顺序阀A口与给进油缸B口连接。

[0011] 所述钻机给进油缸闭式电液控制系统还包括：第一单向阀、第二单向阀、第一平衡阀与第二平衡阀，所述第一单向阀A口与闭式液压泵A口连接，所述第二单向阀A口与闭式液

压泵B口连接，所述第一单向阀B口、第二单向阀B口均与压力油箱连接；

[0012] 所述第一平衡阀A口、第二平衡阀A口均与给进油缸B口连接、第一平衡阀C口、第二平衡阀C口均与给进油缸A口连接，所述第二平衡阀B口与压力油箱连接。

[0013] 所述钻机给进油缸闭式电液控制系统还包括第一安全阀与第二安全阀，所述第二安全阀P口与闭式液压泵A口连接，所述第一安全阀P口与闭式液压泵B口连接，所述第一安

全阀T口、第二安全阀T口均与压力油箱连接。

[0014] 所述钻机给进油缸闭式电液控制系统还包括冲洗阀与第一溢流阀，所述冲洗阀A口与给进油缸A口连接，所述冲洗阀B口与给进油缸B口连接，所述冲洗阀C口与第一溢流阀P

口连接，所述第一溢流阀T口与压力油箱连接。

[0015] 所述闭式液压泵采用液动比例变量泵。[0016] 所述辅助泵采用小排量定量泵。[0017] 第一比例先导阀与第二比例先导阀采用比例减压溢流阀。[0018] 本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：[0019] (Ⅰ)本发明的钻机给进油缸闭式电液控制系统，简化了系统组成，具有较高的传动效率；具体的，采用第一先导比例阀、第二先导比例阀和闭式液压泵组成速度控制单元，实

现了给进、起拔速度无极调节，通过第一顺序阀、第二顺序阀、第一梭阀、第二梭阀组成越权

压力控制单元，实现给进及起拔力的无极调节及给进及起拔过程中速度的自适应控制，在

给进油缸实际工作过程中，由于需要控制给进、起拔压力，而此时需要给进、起拔速度能够

适应钻速需要，通过本发明可实现给进及起拔速度自适应钻速需要，系统组成简单，无需复

杂控制，具有较好的工艺适应性，提高了钻进效率，无节流及溢流损失，系统高效节能，同时

降低了系统搭建成本低。

[0020] (Ⅱ)本发明的钻机给进油缸闭式电液控制系统，采用第一平衡阀、第二平衡阀、第一单向阀、第二单向阀与压力油箱组成泄油及补油回路，解决了非对称给进油缸用于闭式

系统中，不需要配置大排量补油泵，解决了给进油缸进、回油流量差问题，压力油箱带压补

油，避免了采用常规开放油箱补油不足吸空的问题，提高了控制系统稳定性和可靠性，回路

泄油及平衡回路可解决给进油缸泄流过程中失压下坠，提高了系统使用安全性。

[0021] (Ⅲ)本发明的钻机给进油缸闭式电液控制系统，采用市场常规部件便可实现，系统组成简单，通用性强，开发成本低。

附图说明[0022] 图1是本发明的钻机给进油缸闭式电液控制系统的整体结构原理图；[0023] 图2是本发明的给进油缸压力及速度控制原理图；[0024] 图3是本发明的给进油缸速度的自适应控制逻辑图；[0025] 图4是本发明的非对称油缸控制原理图；[0026] 图5是本发明的压力油箱原理图。[0027] 图中各个标号的含义为：[0028] 1?动力机，2?闭式液压泵，3?斜盘控制油缸，4?第一梭阀，5?第一比例先导阀，6?第二比例先导阀，7?第二梭阀，8?第一顺序阀，9?第二顺序阀，10?冲洗阀，11?给进油缸，12?第

一溢流阀，13?第一平衡阀，14?第二平衡阀，15?第一单向阀，16?第二单向阀，17?第一安全

阀，18?第二安全阀，19?第二溢流阀，20?辅助泵，21?压力油箱。

[0029] 以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式[0030] 以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

[0031] 本文中所提及到的方向性术语，需要说明的是，术语“上位”、“下位”、“左位”、“右位”、等指示液压系统系统中各液压阀的工作位置关系，为基于附图所示的方位或位置关

系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有

特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第

一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0032] 实施例：[0033] 一种钻机给进油缸闭式电液控制系统，包括动力机1、闭式液压泵2、第一先导比例阀5、第二先导比例阀6与给进油缸11，所述动力机1与闭式液压泵2通过管路连接，所述闭式

液压泵2A口与给进油缸11A口连接，闭式液压泵2B口与给进油缸11B口连接，所述钻机给进

油缸闭式电液控制系统还包括辅助泵20、第二溢流阀19、斜盘控制油缸3、第一梭阀4、第二

梭阀7、第一顺序阀8与第二顺序阀9，所述斜盘控制油缸3A口分别与闭式液压泵2A口、第一

梭阀4C口连接，所述斜盘控制油缸3B口分别与闭式液压泵2A口、第二梭阀7C口连接；所述第

一梭阀4A口与所述第一顺序阀8B口连接，第一梭阀4B口与第一先导比例阀5A口连接，所述

第二梭阀7B口与第二顺序阀9B连接；所述第一先导比例阀5P口、第二先导比例阀6P口均与

辅助泵20P口、第二溢流阀19P口连接，所述辅助泵20T口与第二溢流阀19T口连接；所述辅助

泵20T口与第二溢流阀19T口连接均与压力油箱21连接；所述第一顺序阀8A口与给进油缸

11A口连接，所述第二顺序阀9A口与给进油缸11B口连接。

[0034] 如图1所示，本发明的钻机给进油缸闭式电液控制系统，简化了系统组成，具有较高的传动效率；具体的，采用第一先导比例阀、第二先导比例阀和闭式液压泵组成速度控制

单元，实现了给进、起拔速度无极调节，通过第一顺序阀、第二顺序阀、第一梭阀、第二梭阀

组成越权压力控制单元，实现给进及起拔力的无极调节及给进及起拔过程中速度的自适应

控制，在给进油缸实际工作过程中，由于需要控制给进、起拔压力，而此时需要给进、起拔速

度能够适应钻速需要，通过本发明可实现给进及起拔速度自适应钻速需要，系统组成简单，

无需复杂控制，具有较好的工艺适应性，提高了钻进效率，无节流及溢流损失，系统高效节

能，同时降低了系统搭建成本低。

[0035] 其中，动力机驱动闭式液压泵控制给进油缸伸出及缩回，第一安全阀及第二安全阀控制给进油缸A、B口的最高工作压力，冲洗阀及第一溢流阀对进油缸A、B口部分液流进行

溢流以便部分冷却，辅助泵为第一比例先导阀、第二比例先导阀提供高压油源，第一比例先

导阀比例控制斜盘控制油缸A口的工作压力，从而控制闭式液压泵A口排量，控制给进油缸

缩回速度，第二比例先导阀比例控制斜盘控制油缸B口的工作压力，从而控制闭式液压泵B

口排量，控制给进油缸伸出速度。

[0036] 所述第一顺序阀设定给进油缸A口压力，给进油缸A口压力超过第一顺序阀的设定压力时，高压油流经第二梭阀7进入斜盘控制油缸的B口，推动斜盘控制油缸减小闭式液压

泵的A口排量，实现给进油缸A口压力控制。

[0037] 本实施例的工作过程：[0038] 如图2?3所示，控制器分别与第一先导比例阀5、第二先导比例阀6电连接，控制器控制第一先导比例阀5动作，根据控制器指令给定电流，第一比例先导阀5输出指定压力液

压油，液压油经过第一梭阀4比例推动斜盘控制油缸3控制闭式液压泵2斜盘摆角，从而控制

闭式液压泵2的排量，实现流入给进油缸11A口流量的控制，从而控制给进油缸11起拔缩回

速度；

[0039] 当控制器控制第二比例先导阀6动作，根据控制器指令，第二比例先导阀6输出指定压力液压油，液压油流经第二梭阀7比例推动斜盘控制油缸3控制闭式液压泵2斜盘摆角，

从而控制其排量，实现流入给进油缸11B口流量控制，从而控制给进油缸11给进伸出速度。

[0040] 其中，第二溢流阀19、辅助泵20组成第一比例先导阀5、第二比例先导阀6的液压油源。

[0041] 控制器与第一顺序阀8、第二顺序阀9电连接，根据控制器指令，第一顺序阀8设定开启压力，当给进油缸11A口压力小于设定压力时，第一顺序阀8关闭，此时给进油缸11起拔

缩回压力受钻具重量、给进装置自身重量等间接施加在给进油缸上的负载压力影响，起拔

缩回速度受第一比例先导阀5)控制，当给进油缸11A口负载压力大于第一顺序阀8设定压力

时，控制器控制第一顺序阀8开启，负载压力有经第二梭阀7控制斜盘向反方向摆动，给进油

缸11起拔缩回速度降低，直至A口负载压力小于设定压力值；实现了给进油缸11起拔缩回速

度的自适应控制；

[0042] 根据控制器指令，第二顺序阀9设定开启压力，当给进油缸11B口压力小于设定压力时，第二顺序阀9关闭，此时给进油缸11给进伸出压力受负载影响，给进伸出速度第二先

导比例阀6控制，当给进油缸11B口负载压力大于第二顺序阀9设定压力时，控制器控制第二

顺序阀9开启，负载压力有经第一梭阀4控制斜盘向反方向摆动，给进油缸11给进伸出速度

降低，直至给进油缸11B口负载压力小于设定压力值，实现了给进油缸11给进伸出速度的自

适应控制。

[0043] 本实施例通过压力越权控制单元，实现给进或起拔速度自适应钻速，直接控制闭式液压泵2斜盘变量，闭式液压泵2输出即为给进油缸所需流量，不需要人为控制，具有较好

的工艺适应性，无节流损失，高效节能。

[0044] 本实施例中，各附图中的连接线五特殊备注均代表油路，控制器的型号为：德国STWESX?3CM。

[0045] 作为本实施例的一种优选方案，所述钻机给进油缸闭式电液控制系统还包括：第一单向阀15、第二单向阀16、第一平衡阀13与第二平衡阀14，所述第一单向阀16A口与闭式

液压泵2A口连接，所述第二单向阀16A口与闭式液压泵2B口连接，所述第一单向阀15B口、第

二单向阀16B口均与压力油箱21连接；所述第一平衡阀13A口、第二平衡阀14A口均与给进油

缸B口连接、第一平衡阀13C口、第二平衡阀14C口均与给进油缸A口连接，所述第二平衡阀

14B口与压力油箱21连接。

[0046] 第一平衡阀13、第二平衡阀14、第一单向阀15、第二单向阀16、压力油箱21组成给进油缸11非对称流量控制系统即泄油及补油回路，如图3所示，所述闭式液压泵A口供油，控

制给进油缸缩回，给进油缸A口压力控制第一平衡阀、第二平衡阀C口，控制第一平衡阀、第

二平衡阀开启，给进油缸B口回油部分进入闭式液压泵B口供油，B口多余油源经第二平衡阀

流回压力油箱；所述闭式液压泵B口供油，控制给进油缸伸出，闭式液压泵A口吸油，压力油

箱通过第二单向阀向闭式液压泵A口补油防止吸空。所述第一平衡阀开始启背压设定大于

第二平衡阀开启背压，以保证在完全保证闭式液压泵B口需要的情况下，多余的油液经第二

平衡阀流回压力油箱；所述第一平衡阀C口、第二平衡阀C口压力大于设定值，第一平衡阀、

第二平衡阀开启，当给进钻机施钻至孔隙或管路失压时，油缸A口压力小于设定值，第一平

衡阀、第二平衡阀关闭。

[0047] 在给进油缸11的B设置有第一平衡阀13与第二平衡阀14，第一平衡阀13、第二平衡阀14先导控制油口与给进油缸11A口连接。当闭式液压泵2A口为高压口，控制给进油缸11起

拔缩回时，第一平衡阀13、第二平衡阀14先导油口控制两个第一平衡阀13与第二平衡阀14

打开，一部分液压油经第一平衡阀13流回压力油箱21，另一部分油液经第二平衡阀14流回

闭式液压泵2B口；

[0048] 优化的设置第一平衡阀13开启时，背压略大于第二平衡阀14，这样可以优先保证闭式液压泵2B口的油液需求。同时在闭式液压泵2的A、B口分别设置有第一单向阀15、第二

单向阀16，当给进油缸11A、B口压力高于压力油箱21压力时，第一单向阀15、第二单向阀16

闭合，当给进油缸11A、B口油压低于压力油箱21压力时，油液只能从压力油箱21流入闭式液

压泵2A、B口管路，通过第一单向阀15为闭式液压泵2B口补油、第二单向阀16为闭式液压泵

2A口补油，解决非对称油缸油缸管路流量不对称问题。

[0049] 在实际应用中第一平衡阀、第二平衡阀先导控制压力取自油缸的另外一端，在正常钻进给进伸出过程中，当钻至溶洞或者给进油缸11B口管路突然失压时，第一平衡阀、第

二平衡阀均关闭，从而起到平衡给进装置自身重量级钻具重量，防止给进下坠的功能，提高

系统的安全性。

[0050] 图5为本实施例压力油箱21原理图，压力油箱采用封闭设计，在压力油箱中充入压缩空气，一般充气压力大于大气压，从而达到补油和防吸空的目的。

[0051] 作为本实施例的一种优选方案，所述钻机给进油缸闭式电液控制系统还包括：第一安全阀17与第二安全阀18，所述第二安全阀18P口与闭式液压泵2A口连接，所述第一安全

阀17P口与闭式液压泵2B口连接，所述第一安全阀17T口、第二安全阀18T口均与压力油箱21

连接。

[0052] 作为本实施例的一种优选方案，所述钻机给进油缸闭式电液控制系统还包括冲洗阀10与第一溢流阀12，所述冲洗阀10A口与给进油缸11A口连接，所述冲洗阀10B口与给进油

缸11B口连接，所述冲洗阀10C口与第一溢流阀11P口连接，所述第一溢流阀11T口与压力油

箱21连接。

[0053] 其中，动力机1与闭式液压泵2及辅助泵20连接，动力机1转动，驱动闭式液压泵2及辅助泵20回转输出高压油，闭式液压泵2A、B口与给进油缸11A、B口连接，控制给进油缸11的

伸出及缩回，在闭式液压泵2的A、B口设置有所述第一安全阀17、第二安全阀18，分别设定闭

式液压泵2的最高工作压力，从而设置最大给进力伸出及最大起拔缩回力，同时在给进油缸

11的A、B口之间设置冲洗阀10，当油缸伸出或缩回时，给进油缸11低压腔部分油液通过冲洗

阀10流出闭式回路，以便部分冷却油液，在冲洗阀10出口设置有第一溢流阀12，当给进油缸

11的A、B口中的低压侧油液压力低于第一溢流阀12设定值时，油液不能流出，从而提高了系

统的稳定性。

[0054] 作为本实施例的一种优选方案，所述闭式液压泵2采用液动比例变量泵。[0055] 其中，采用液动比例变量泵可以实现给进油缸11给进速度的无极条件，调速过程中无节流和溢流损失，效率高，调节方便。

[0056] 作为本实施例的一种优选方案，所述辅助泵20采用小排量定量泵。[0057] 其中，采用小排量泵作为补油泵，一方面可以节省生产成本，可减小设备重量，第二方面补油泵流量只需要满足控制需要即可以，溢流损失小，节能、效率高。

[0058] 作为本实施例的一种优选方案，第一比例先导阀5与第二比例先导阀6采用比例减压溢流阀。

[0059] 其中，采用比例减压溢流阀，可实现先导压力的比例控制，且控制精度高，从而实现泵排量的精确控制，同时比例减压溢流阀属于常规元件，可方便的采购，有利于减小后期

的备货周期和使用成本。