复扩刀盘液压系统及其控制方法
技术领域
本发明属于矿山机械技术领域，具体涉及一种复扩刀盘液压系统及其控制方法。
背景技术
天井钻机是通过刀盘上的滚刀破碎岩石来进行扩孔作业。传统的天井钻机的扩孔工艺通常是：导孔完成后，在下部安装扩孔刀盘，采用扩孔刀盘向上一次完成扩孔，传统的扩孔刀盘的可钻凿井径在1500mm以内。
新的天井钻机一次扩孔直径为3500mm，受限于动力头最大输出能力，若要施工更大直径的天井，传统的刀盘结构仅设有一级刀盘，需由下至上两次扩孔施工才能完成：1、导孔完成后先于下部安装小刀盘，向上施工一条小直径天井；2、拆卸小刀盘，下放钻杆至孔底，再次安装大直径的大刀盘复扩至最终直径。
因此，刀盘在扩孔作业时需要重复完成两次扩孔作业，每次刀盘的运输、拆卸、安装，耗时耗力。在现有技术中，已有通过两级刀盘来进行一次扩孔的刀盘结构，例如：
申请号为2012-20128604.0的专利文献公开了一种迈步式扩孔刀头的多缸液压迈步装置，包括迈步油缸和油缸支架，所述迈步油缸至少为两个且均布在扩孔刀头的刀盘拉杆的四周，所述迈步油缸上设有中间铰轴，所述迈步油缸的两侧分别设有位于扩孔刀头的二级刀盘上的铰轴支架，所述铰轴支座上设有铰轴压盖，所述迈步油缸的中间铰轴铰接于铰轴支座的铰轴压盖之间，所述油缸支架设于扩孔刀头的刀盘拉杆的下端，所述油缸支架通过销轴与迈步油缸的活塞杆铰接。
在该方案中，扩孔刀头，通过将迈步油缸的升降运动传递到刀盘拉杆底端的二级刀盘上，使二级刀盘沿刀盘拉杆的花键做上下迈步运动。采用该扩孔刀头进行两步扩孔的作业方式是：先用刀盘拉杆上侧的一级刀盘进行一级扩孔，然后通过迈步油缸驱动二级刀盘向上移动，再由二级刀盘进行二级扩孔。
一级扩孔时，一级刀盘在刀盘拉杆的大的提拉力的作用下压入岩面进行切削扩孔，但是在二级扩孔时，二级刀盘于刀盘拉杆不是相对固定的，因此在二级刀盘下方必定设有另外的单独的液压机构来驱动二级刀盘，必须给二级刀盘施加很大的向上作用力，才能使二级刀盘也压入岩面进行切削，因此使得整个扩孔刀头的液压系统结构庞大复杂。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种复扩刀盘液压系统及其控制方法，旨在解决现有的两级扩孔刀盘的液压驱动结构复杂的问题。
为实现上述目的，本发明提出复扩刀盘液压系统，所述复扩刀盘包括：拉杆、与所述拉杆固定连接的下刀盘、与所述拉杆周向固定但能轴向滑动的上刀盘；
所述复扩刀盘液压系统包括：柱塞油缸、蓄能器和开关阀组，所述柱塞油缸的缸筒固定在所述下刀盘上，所述柱塞油缸的活塞杆能够向上伸出并与所述上刀盘接触；所述蓄能器通过所述开关阀组与所述缸筒的无杆腔连接。
优选地，所述的复扩刀盘液压系统，还包括：
行程传感器，设于所述柱塞油缸内，用以在所述活塞杆完全伸出时，推送用于控制所述开关阀组关闭的信号，还用以在所述活塞杆完全缩回时，推送用于控制主机下放所述复扩刀盘的信号。
优选地，所述的复扩刀盘液压系统，还包括：
液压压力传感器，用于检测所述柱塞油缸内的压力，用以在上刀盘作业结束、检测到所述柱塞油缸内的压力下降时，推送用于控制所述开关阀组打开的信号。
优选地，所述的复扩刀盘液压系统，还包括：
充油单向阀，与所述蓄能器至所述开关阀组之间的连接管路连接，用以向所述柱塞油缸和/或蓄能器内充入压力油；
充气单向阀，与连接所述蓄能器的进气管连接，用以向所述蓄能器内充入压力氮气。
优选地，所述开关阀组包括四个脉冲电磁阀，每两个脉冲电磁阀串联构成一组，两组脉冲电磁阀并联设置在所述蓄能器与所述柱塞油缸之间。
优选地，所述的复扩刀盘液压系统，还包括：
第一手动高压球阀，设于所述充油单向阀至所述蓄能器的连接管路上；
第二手动高压球阀，设于所述柱塞油缸至所述开关阀组之间的连接管路上；
第三手动高压球阀，设于所述充气单向阀至所述蓄能器之间的连接管路上。
优选地，所述的复扩刀盘液压系统，还包括：
第一测压接头，设于所述充气单向阀至所述蓄能器之间的连接管路上；
第二测压接头，设于所述蓄能器至所述开关阀组之间的连接管路上。
本发明还提出一种上述任一项所述的复扩刀盘液压系统的控制方法，包括以下步骤：
S1，在上刀盘作业前，打开开关阀组，通过蓄能器向柱塞油缸供油，使活塞杆伸出后，控制开关阀组关闭，将活塞杆锁紧；
S2，在上刀盘作业时，保持开关阀组关闭，所述活塞杆继续锁紧；
S3，在上刀盘作业结束时，控制开关阀组打开，柱塞油缸向蓄能器泄压；
S4，在下刀盘作业时，保持开关阀组打开，使柱塞油缸与蓄能器连通，使所述活塞杆仅以较小的力接触上刀盘；
S5，在下刀盘作业结束时，控制拉杆下放，同时保持所述开关阀组打开，使所述活塞杆在蓄能器的作用下缓缓重新伸出。
优选地，所述柱塞油缸内设有行程传感器，在步骤S1中，通过行程传感器检测到活塞杆完全伸出时，控制开关阀组关闭；在步骤S5中，当下刀盘作业结束，通过行程传感器检测到活塞杆完全缩回时，控制拉杆下放，及同时保持所述开关阀组打开。
优选地，所述柱塞油缸设有液压压力传感器，用于检测所述柱塞油缸内的油压；在步骤S3中，当上刀盘作业结束，通过液压压力传感器检测到柱塞油缸内的压力降低时，控制开关阀组打开。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：
一，本发明所述复扩刀盘液压系统，柱塞油缸通过开关阀组连接蓄能器，在上刀盘作业之前，打开开关阀组，蓄能器即可供油到柱塞油缸，使活塞杆伸出，做好作业准备；在上刀盘作业时，通过保持开关阀组关闭，可保证活塞杆锁紧，使上刀盘能顶紧岩面进行作业；而在上刀盘作业结束后，下刀盘作业时，控制开关阀组回到打开状态，柱塞油缸泄压，可使活塞杆上端的上刀盘仅以较小的力接触岩面而不切削岩面，由此，通过本复扩刀盘液压系统，即可实现上下两级刀盘向上压入岩面进行扩孔，实现大孔径扩孔，且除了主机动力外无需其它的液压驱动结构，使得本液压系统结构简单。
二，本发明设有液压压力传感器和行程传感器，通过液压压力传感器来检测柱塞油缸内的压力变化，通过行程传感器检测活塞杆的伸缩程度，由此使得开关阀组能够在液压压力传感器和行程传感器的信号控制下自动控制开关，实现了刀盘的自动化作业。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提出的复扩刀盘液压系统的结构图；
图2为复扩刀盘的结构图；
图3为图2的剖视结构图。
本发明的附图标号说明：
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种复扩刀盘液压系统。
首先，介绍复扩刀盘的结构。
请参照图2至图3，复扩刀盘包括：拉杆1、上刀盘2、下刀盘3和柱塞油缸4。上刀盘2包括：上刀盘箱体2-1和上滚刀2-2。下刀盘3包括：下刀盘箱体3-1和下滚刀3-2。
拉杆1的底端设有第一外花键，下刀盘箱体3-1内设有第一内花键套3-3，第一内花键套3-3与第一外花键配合连接以传递扭矩，下刀盘箱体3-1安装在拉杆1底端，拉杆1的顶端与钻杆连接，当动力头驱动钻杆转动时，下刀盘箱体3-1能够与拉杆1同步转动。
下刀盘箱体3-1的顶部中心设有空心花键轴3-4，空心花键轴3-4套设在拉杆1上，空心花键轴3-4的底端通过螺栓固定在下刀盘箱体3-1上。
四个柱塞油缸4绕拉杆1轴线等间距分布地设置在拉杆1的周围，柱塞油缸4的缸筒固定在下刀盘箱体3-1上，柱塞油缸4的活塞杆能够向上伸出或向下缩回。
上刀盘箱体2-1设在下刀盘箱体3-1上方，拉杆1从上刀盘箱体2-1中心穿过，上刀盘箱体2-1的底端与柱塞油缸4的活塞杆接触，当柱塞油缸4的活塞杆向上伸出时，能够将上刀盘箱体2-1相对所述下刀盘箱体3-1向上顶起，而当活塞杆缩回时，若同时通过拉杆1将下刀盘箱体3-1向上提升，则能够使下刀盘箱体3-1相对上刀盘箱体2-1向上移动。
上刀盘箱体2-1内的底部设有第二内花键套2-3，第二内花键套2-3与空心花键轴3-4配合连接以传递扭矩，上刀盘箱体2-1和拉杆1之间通过花键副进行周向固定，但能进行轴向的相对滑动。当空心花键轴3-4随下刀盘箱体3-1一起转动时，上刀盘箱体2-1通过花键副被带动进行同步转动，当柱塞油缸4的活塞杆伸缩时，上刀盘箱体2-1相对下刀盘箱体3-1滑动。
本复扩刀盘的工作过程包括以下步骤：
一、扩孔准备：控制柱塞油缸4的活塞杆伸出，使上刀盘2顶紧岩面；
二、上刀盘作业：通过动力头驱动钻杆转动，钻杆通过拉杆1带动下刀盘3和上刀盘2一起转动，扭矩的传递路径为：动力头-钻杆-拉杆-下刀盘-空心花键轴-第二内花键套-上刀盘-上滚刀，同时主机向上提拉钻杆，由上滚刀2-2压入岩面并切削岩面，进行一级扩孔；
三、下刀盘作业：当上刀盘作业结束时，下刀盘接触岩面，通过动力头驱动钻杆转动，钻杆通过拉杆带动下刀盘和上刀盘转动，扭矩的传递路径为：动力头-钻杆-拉杆-下刀盘-下滚刀，由下刀盘压入岩面进行切削作业，进行二级扩孔；
四、刀盘下放：当二级扩孔结束时，柱塞油缸4的活塞杆缩回了最底端，由于此时上刀盘2和下刀盘3都接触岩面，因此需要将整个复扩刀盘下放一定高度并同时控制活塞杆伸出，从而使活塞杆重新伸出，以进行下一次扩孔。重复步骤一至步骤四，即可一次由下至上扩孔成井。
下面，基于上述复扩刀盘，介绍复扩刀盘液压系统，请参照图1，复扩刀盘液压系统包括：柱塞油缸4、蓄能器5、液压压力传感器6和行程传感器7。
蓄能器5具有位于气囊内的氮气和位于气囊周围的压力油，蓄能器5的氮气是通过充气单向阀8充入蓄能器5内，且充气单向阀8阻止蓄能器5内的气体回泄。所述液压系统通过充油单向阀9进行充油，且充油单向阀9阻止压力油回流走。
柱塞油缸4的无杆腔通过开关阀组10与蓄能器5连接。开关阀组10包括打开状态和关闭状态，当开关阀组10打开时，柱塞油缸4的无杆腔与蓄能器5连通。
液压压力传感器6设于柱塞油缸4的出油端，用于检测柱塞油缸4内的油压。行程传感器7设于柱塞油缸4内，用于检测其活塞杆的行程位置。开关阀组10、液压压力传感器6、行程传感器7都与控制器通信连接。
在上述扩孔准备阶段：当上刀盘2不接触岩面时，蓄能器5内储存的氮气压力大于压力油压力，柱塞油缸4依靠蓄能器内存储的氮气压力，蓄能器5内的压力油充入柱塞油缸4的无杆腔内，使活塞杆伸出将上刀盘顶起，当行程传感器7检测到油缸完全伸出，控制脉冲电磁阀保持关闭状态；
在上刀盘扩孔阶段：上刀盘2接触岩面，钻机主机驱动上刀盘2进行钻进工作，由于主机施加上刀盘2反提力，上刀盘2在钻进过程中要压入岩石进行扩孔，因此导致柱塞油缸4内的压力逐步升高，上刀盘2开始扩孔，此过程中柱塞油缸4内的压力油要充足，开关阀组10保持关闭状态，柱塞油缸4要将上刀盘2一直顶起；
在下刀盘扩孔阶段：当上刀盘2扩孔结束时，下刀盘3接触岩面，控制器通过液压压力传感器6检测到柱塞油缸内的压力下降，同时，控制器发出指令控制开关阀组10回到打开状态，使柱塞油缸4的无杆腔与蓄能器5保持连通。由此，当主机驱动下刀盘3钻进工作，下刀盘3开始扩孔，在下刀盘3的扩孔过程中，上刀盘2始终只能以一个较小的压力接触岩面；
在刀盘下放阶段：当下刀盘3扩孔结束，此时柱塞油缸4的活塞杆缩回，当控制器通过行程传感器7检测到柱塞油缸4内的活塞杆完全缩回，主机将使推进油缸动作，控制钻杆及拉杆1下放，下放的过程中，控制开关阀组10保持打开状态，柱塞油缸4在蓄能器5内氮气压力的作用下缓缓伸出，伸出到位后，又能进行下一次的上刀盘扩孔。
由此，当上刀盘2作业前，能够通过蓄能器5的油压使活塞杆伸出，并通过关闭开关阀组10将活塞杆顶紧；当上刀盘2作业时，通过开关阀组10保持关闭将活塞杆锁紧，动力由下刀盘3传递至上刀盘2，使得上刀盘2能够一直向上顶紧岩面进行切削作业；当上刀盘2作业结束时，通过打开开关阀组10，能使柱塞油缸4连通蓄能器5进行泄压，使上刀盘2切换到浮动状态，这样使得，当下刀盘3作业时，上刀盘2虽然转动但不切削岩面，动力直接传递到下刀盘3，由下刀盘3进行二级扩孔作业。使得，通过本液压系统，上刀盘作业和下刀盘作业时，向上的提拉力都能通过主机动力提供，而无需通过另外的液压驱动来提供向上压入岩石的动力。
并且，所述开关阀组10的开启或关闭通过液压压力传感器6和行程传感器7自动控制。在扩孔准备阶段，通过行程传感器7检测到活塞杆完全伸出，即控制开关阀组10关闭；在上刀盘扩孔结束时，通过液压压力传感器6检测到柱塞油缸4内的压力降低，即控制开关阀组10打开；在下刀盘作业结束时，通过行程传感器7检测到活塞杆完全缩回时，即控制主机下放刀盘并保持开关阀组10打开。
具体在本实施方式中，既设有行程传感器7来控制开关阀组10的开关，也设有液压压力传感器6来控制触发刀盘下放。但不限定地，在其它一些实施方式中，也可以仅设置行程传感器7，而通过其他控制单元来控制刀盘下放；或者，也可以仅设置液压压力传感器6，而通过其他控制单元来控制开关阀组10的开关；再或者，也可以行程传感器7和液压压力传感器6都没有设置，而是通过其他控制单元检测刀盘转速等其它工作参数来进行控制，在此不作限定。
进一步地，具体在本实施方式中，开关阀组10包括四个脉冲电磁阀，每两个脉冲电磁阀串联构成一组，两组脉冲电磁阀并联设置在所述蓄能器与所述柱塞油缸之间。
蓄能器5的油口通过脉冲电磁阀连接柱塞油缸4的无杆腔，当脉冲电磁阀处于左位时是打开状态、处于右位时是关闭状态，且脉冲电磁阀打开时，柱塞油缸4的压力油流向蓄能器5。
设置两组脉冲电磁阀的作用是：当其中一组坏掉不能工作时，还能通过另外一组来实现开关阀组10的打开或关闭控制。一组脉冲电磁阀中设置串联的两个的作用是：当其中一个脉冲电磁阀打开卡死时，通过另外一个脉冲电磁阀还能实现将油路关闭。
进一步地，充油单向阀9至蓄能器5的连接管路上设有第一手动高压球阀11；柱塞油缸4至开关阀组10之间的连接管路上设有第二手动高压球阀12；充气单向阀8至蓄能器5之间的连接管路上设有第三手动高压球阀13。第一手动高压球阀11、第二手动高压球阀12、第三手动球阀13用于手动控制对应连接管路的开启和关闭。
进一步地，蓄能器5的气体侧管道上设有第一测压接头14，蓄能器5的压力油侧管道上设有第二测压接头15，第一测压接头14和第二测压接头15用于测量系统压力，是方便调试和维修检测而预留设置的。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
