本发明专利技术涉及一种基于液压系统的冻土钻孔机及其驱动方法，冻土钻孔机包括液压系统、动力传动机构、执行机构。液压系统包括液压马达，以及为液压马达提供动力的动力源。动力传动机构包括与液压马达的输出轴连接的行星减速器，连接在行星减速器的输出轴上的主传动轴，连接在主传动轴上的主传动齿轮，以及与主传动齿轮啮合的多个执行齿轮。执行机构包括与执行齿轮机械连接的钻杆，以及安装在钻杆末端的钻头。本发明专利技术采用液压系统取代传统的机械直联传动机构，通过调节液压系统的工作压力，解决了传统钻孔机入土力无法控制的缺陷；通过调节液压系统的输出流量，能够实现大范围的无级调速，解决了钻头转速调节范围小的缺陷。解决了钻头转速调节范围小的缺陷。解决了钻头转速调节范围小的缺陷。
【技术实现步骤摘要】
基于液压系统的冻土钻孔机及其驱动方法
[0001]本专利技术涉及钻孔机械
，具体涉及一种基于液压系统的冻土钻孔机及其驱动方法。
技术介绍
[0002]目前的钻孔机都是通过电动机或者柴油机连接减速机来直接驱动钻头的旋转动作，属于传统的机械传动设备，该类型钻孔机体积均比较大，功率质量比小，钻孔区域小，且使用灵活性差。此外，市面上的钻孔机由于输出功率较小，钻头转速调节范围小，入土力无法准确控制，导致入土性能不佳，只能用于松散的土壤，对冻土很不适应。
技术实现思路
[0003]专利技术目的：提供一种基于液压系统的冻土钻孔机，并进一步提出一种基于上述冻土钻孔机的驱动方法，以解决现有技术存在的上述问题。
[0004]技术方案：一种基于液压系统的冻土钻孔机，该冻土钻孔机包括动力源、液压系统、动力传动机构、执行机构、导向及限位机构以及移动框架小车。
[0005]其中，液压系统包括液压马达，以及为液压马达提供动力的动力源。
[0006]动力传动机构与液压系统中的液压马达机械连接；动力传动机构包括与液压马达的输出轴连接的行星减速器，连接在行星减速器的输出轴上的主传动轴，连接在主传动轴上的主传动齿轮，以及与主传动齿轮啮合的多个执行齿轮。考虑空间布局的紧凑性和美观性，方案中减速机构选用90度结构形式的行星减速器。
[0007]执行机构包括与执行齿轮机械连接的钻杆，以及安装在钻杆末端的钻头。其中，液压系统、动力源、动力传动机构、执行机构都架设在移动框架小车上。
[0008]冻土钻孔机的钻杆具有三种工作状态：钻杆静止状态、钻杆顺时针旋转状态和钻杆逆时针旋转状态，工作过程中可实现钻杆状态实时快速切换。
[0009]在进一步的实施例中，为了适应野外作业的特殊工况要求，冻土钻孔机选用柴油机作为动力源，通过柴油机带动高压齿轮泵旋转为液压系统提供所需压力和流量的液压油，驱动液压马达工作。液压马达连接行星减速器，并经齿轮组传动后驱动四根钻杆和钻头转动，进而完成对冻土的快速钻孔作业。
[0010]在进一步的实施例中，冻土钻孔机采用四钻杆结构，四根钻杆同时工作，大大增加了钻孔区域和钻孔效率。钻杆采用双刀片焊接结构，大大增强了钻孔效果，出土率可高达90%。钻头采用高锰钢合成材质，硬度更高，耐磨性更强，具有很高的耐冲击性，适用全国大部分地区的土质结构，尤其适用于超硬土质、粘土、冻土等等。
[0011]在进一步的实施例中，液压系统主要由液压油箱、吸油滤芯、空气滤清器、柴油机、高压齿轮泵、溢流阀、手动换向阀、液压马达和连接管路组成。吸油滤芯与所述液压油箱连通；高压齿轮泵与所述吸油滤芯连通；手动换向阀与所述高压齿轮泵连通；液压马达与所述手动换向阀连通；柴油机与所述高压齿轮泵的动力输入端连接；溢流阀与高压齿轮泵的动
力输出端连通。
[0012]液压系统采用柴油机+高压齿轮泵+溢流阀的调节方式，为液压马达工作提供所需的压力和流量。当钻杆转动过程中遇到异物被卡住、无法转动时，设备具有过载保护功能。
[0013]在进一步的实施例中，液压马达的输出轴直联所述行星减速器的输入接口，在所述液压马达的驱动下，所述行星减速器的输出轴输出正、反向旋转运动。
[0014]在进一步的实施例中，手动换向阀包括A、B、P、T四个油口，P油口与所述高压齿轮泵的出油端连通，T油口与所述液压油箱连通，A油口和B油口与所述液压马达的两个油口连通。
[0015]在进一步的实施例中，当所述手动换向阀处于a工位时，P油口与B油口连通，T油口与A油口连通，所述高压齿轮泵将油液输送进所述液压马达使液压马达的动力输出端正向旋转；当所述手动换向阀处于b工位时，P油口与A油口连通，T油口与B油口连通，所述高压齿轮泵将油液输送进液压马达使液压马达的动力输出端反向旋转；当所述手动换向阀处于中间工位时，P油口、A油口、B油口、T油口之间均互相连通，且P油口、A油口、B油口均通过T油口与所述液压油箱连通，所述高压齿轮泵输出的油液直接回到液压油箱，液压马达的动力输出端无动作；在进一步的实施例中，当所述高压齿轮泵与所述手动换向阀之间压力超过设定的工作压力阈值时，溢流阀自动开启，所述高压齿轮泵输出的多余流量的油液经溢流阀溢流后回到液压油箱。
[0016]在进一步的实施例中，每个所述执行齿轮分别连接一个执行主轴，在所述主传动齿轮的驱动下，执行齿轮带动执行主轴作正、反向旋转运动；所述执行主轴与钻杆刚性连接，所述钻杆与钻头直联，所述钻杆和钻头在执行主轴的带动下，作正、反向旋转运动，从而完成冻土钻孔作业。
[0017]在进一步的实施例中，所述行星减速器的输出轴与主传动轴之间、主传动轴与主传动齿轮之间、执行主轴与执行齿轮之间均通过键连接进行动力传递；所述主传动轴、执行主轴均通过两个反向安装的圆锥滚子轴承支承旋转；两个圆锥滚子轴承各限制轴在一个方向的轴向移动，并承受钻杆与钻头在作业过程中受到的双向轴向载荷。
[0018]在进一步的实施例中，动力传动机构还包括齿轮箱；主传动齿轮、执行齿轮、主传动轴、执行主轴设置在所述齿轮箱内。
[0019]在进一步的实施例中，冻土钻孔机还包括导向及限位机构；导向及限位机构包括滑块、导轨。在导向及限位机构中，滑块与齿轮箱刚性连接，滑块在导轨上来回滑动，动力传动机构和执行机构也跟随滑块在导轨上作直线运动。导向及限位机构主要在钻孔机钻孔时起到导向作用。此外，通过对滑块位置的限制，可起到对动力传动机构和执行机构的限位作用。
[0020]第二方面，提出一种冻土钻孔机的驱动方法，冻土钻孔机有运输状态位、钻孔初始位和钻孔终止位三个状态位；当冻土钻孔机随操作人员携行时，钻孔机处于所述运输状态位；当需要开展钻孔作业时，动力传动机构、执行机构、导向及限位机构一起绕移动框
架小车的旋转轴旋转90
°
，冻土钻孔机状态切换为所述钻孔初始位；钻孔作业开始后，所述执行机构以预定压力下压对冻土执行钻孔作业，当所述执行机构的行程走完，即进入所述钻孔终止位。
[0021]在进一步的实施例中，钻孔作业包括如下步骤：通过动力源带动高压齿轮泵为液压系统提供所需压力和流量的液压油，驱动液压马达工作；为了实现钻孔时钻杆旋转方向的自由调整，液压系统中采用手动换向阀实现液压马达旋转方向的调节，操作设备时，通过手动换向阀上的旋钮实现液压马达正转、液压马达反转及液压马达停止动作之间的快速切换；液压马达连接行星减速器，并经齿轮组传动后驱动四根钻杆和钻头转动，进而完成对冻土的快速钻孔作业；行星减速器的输出轴连接主传动轴、主传动齿轮，在液压马达的驱动下，行星减速器带动主传动齿轮作正、反向旋转；与主传动齿轮啮合传动的执行齿轮分别连接执行主轴，在主传动齿轮的驱动下，执行齿轮带动执行主轴作正、反向旋转运动；执行主轴与钻杆刚性连接，钻杆与钻头直联，钻杆和钻头在执行主轴的带动下，作正、反向旋转运动，从而完成冻土钻孔作业；主传动轴、执行主轴均通过两个反向安装的圆锥滚子轴承支承旋转，两个圆锥滚子轴承各限制轴在一个方向的轴向移动，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于液压系统的冻土钻孔机，其特征在于，包括：液压系统；所述液压系统包括液压马达，以及为所述液压马达提供动力的动力源；动力传动机构，与所述液压系统中的液压马达机械连接；所述动力传动机构包括与所述液压马达的输出轴连接的行星减速器，连接在所述行星减速器的输出轴上的主传动轴，连接在所述主传动轴上的主传动齿轮，以及与所述主传动齿轮啮合的多个执行齿轮；执行机构，包括与所述执行齿轮机械连接的钻杆，以及安装在所述钻杆末端的钻头；其中，所述液压系统、动力传动机构、执行机构都架设在移动框架小车上。2.根据权利要求1所述的冻土钻孔机，其特征在于，所述液压系统还包括：液压油箱；与所述液压油箱连通的吸油滤芯；与所述吸油滤芯连通的高压齿轮泵；与所述高压齿轮泵连通的手动换向阀；与所述手动换向阀连通的液压马达；与所述高压齿轮泵的动力输入端连接的柴油机；以及与所述高压齿轮泵的动力输出端连通的溢流阀。3.根据权利要求1所述的冻土钻孔机，其特征在于，所述液压马达的输出轴直联所述行星减速器的输入接口，在所述液压马达的驱动下，所述行星减速器的输出轴输出正、反向旋转运动。4.根据权利要求2所述的冻土钻孔机，其特征在于，所述手动换向阀包括A、B、P、T四个油口，P油口与所述高压齿轮泵的出油端连通，T油口与所述液压油箱连通，A油口和B油口与所述液压马达的两个油口连通。5.根据权利要求4所述的冻土钻孔机，其特征在于，当所述手动换向阀处于a工位时，P油口与B油口连通，T油口与A油口连通，所述高压齿轮泵将油液输送进所述液压马达使液压马达的动力输出端正向旋转；当所述手动换向阀处于b工位时，P油口与A油口连通，T油口与B油口连通，所述高压齿轮泵将油液输送进液压马达使液压马达的动力输出端反向旋转；当所述手动换向阀处于中间工位时，P油口、A油口、B油口、T油口之间均互相连通，且P油口、A油口、B油口均通过T油口与所述液压油箱连通，所述高压齿轮泵输出的油液直接回到液压油箱，液压马达的动力输出端无动作；当所述高压齿轮泵与所述手动换向阀之间压力超过设定的工作压力阈值时，溢流阀自动开启，所述高压齿轮泵输出的多余流量的油液经溢流阀溢流后回到液压油箱。6.根据权利要求1所述的冻土钻孔机，其特征在于，每个所述执行齿轮分别连接一个执行主轴，在所述主传动齿轮的驱动下，执行齿轮带动执行主轴作正、反向旋转运动；所述执行主轴与钻杆刚性连接，所述钻杆与钻头直联，所述钻杆和钻头在执行主轴的带动下，作正、反向旋转运动，从而完成冻土钻孔作业。7.根据权利要求6所述的冻土钻孔机，其特征在于，所述行星减速器的输出轴与主传动...
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，孙佳，黄晓玥，高晟辉，
申请(专利权)人：南京理工军邦特种智能装备研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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