權利要求書： 1.一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：具有大排量主泵(101)以及小排量副泵(102)的泵站(1)；

用于控制起拔油缸(9)起拔速度的快慢速起拔邏輯回路(2)；

用于控制起拔油缸(9)鎖緊與浮動轉換的動力頭鎖緊邏輯回路(4)其中，所述快慢速起拔邏輯回路(2)包括快速給進多路閥(201)、慢速給進多路閥(202)、梭閥、液控換向閥(204)；所述快速給進多路閥(201)的A、B口連接梭閥的A、B口，梭閥的C口連接液控換向閥(204)的液控口X；慢速給進多路閥(202)的A、B口連接液控換向閥(204)的A’、B’口；快速給進多路閥(201)A、B口分別與慢速給進多路閥(202)A、B口連接，然后與起拔油缸(9)A、B口連接；

其中，所動力頭鎖緊邏輯回路(4)進一步包括：梭閥、液控單向閥(404、405)；其中梭閥獲取起拔油缸(9)及回轉馬達(6)狀態(tài)，當高壓油流入起拔油缸(9)或回轉馬達(6)時，高壓油控制液控單向閥(404、405)打開；當起拔油缸(9)或回轉馬達(6)不工作時，液控單向閥(404、405)鎖緊油缸。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括：用于控制鉆機部件工作狀態(tài)轉換的常開式卡盤常閉式夾持器邏輯回路(3)；所述常開式卡盤常閉式夾持器邏輯回路(3)進一步包括：起下鉆邏輯控制回路(301)、回轉邏輯控制回路(302)；

其中起下鉆邏輯控制回路(301)通過梭閥獲取快速給進多路閥(201)狀態(tài)，當快速給進多路閥(201)工作時，控制液控換向閥(204)截止慢速給進多路閥(202)，當快速給進多路閥(201)不工作時，慢速給進多路閥(202)至起拔油缸(9)回路聯(lián)通；

其中回轉邏輯控制回路(302)通過梭閥獲取動力頭狀態(tài)，動力頭轉動時，高壓油通過梭閥控制常開式卡盤控制液控閥(302b)及常閉式夾持器控制液控閥(302d)控制換向，從而控制常開式卡盤(7)及常閉式夾持器(8)的開合。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括：用于實現(xiàn)壓力調節(jié)的壓力控制回路(5)；所述壓力控制回路(5)油源取自小排量副泵(102)，其中，所述壓力控制回路(5)包括兩個手動減壓閥,其中一個手動減壓閥控制慢速給進壓力，另一個手動減壓閥控制常開式卡盤(7)夾緊力。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括：當快速給進多路閥(201)動作時，壓力油通過梭閥控制液控換向閥(204)工作于上位，慢速給進多路閥(202)A、B口截止；快速給進多路閥(201)控制起拔油缸(9)實現(xiàn)快速給進起拔；

快速給進多路閥(201)位于中位時，液控換向閥(204)工作于下位，操作慢速給進多路閥(202)A、B口截止連通，慢速給進多路閥(202)控制起拔油缸(9)實現(xiàn)慢速給進起拔。

5.根據(jù)權利要求4所述的控制方法，其特征在于，包括：起下鉆功能轉換多路閥(301a)上位為下鉆邏輯，快速給進多路閥(201)或慢速給進多路閥(202)操作至給進位時，常開式卡盤(7)自動夾緊，常閉式夾持器(8)自動松開；快速給進多路閥(201)或慢速給進多路閥(202)操作至給起拔位時，常開式卡盤(7)松開，常閉式夾持器(8)夾緊；

起下鉆功能轉換多路閥(301a)下位為起鉆邏輯，快速給進多路閥(201)或慢速給進多路閥(202)操作至給進位時，常開式卡盤(7)自動松開，常閉式夾持器(8)自動夾緊；快速給進多路閥(201)或慢速給進多路閥(202)操作至給起拔位時，常開式卡盤(7)夾緊，常閉式夾持器(8)松開。

6.根據(jù)權利要求4所述的控制方法，其特征在于，包括：回轉邏輯控制回路(302)中，所述梭閥獲取回轉馬達(6)狀態(tài)，邏輯控制常開式卡盤(7)及常閉式夾持器(8)，回轉馬達(6)正轉常開式卡盤(7)夾緊、常閉式夾持器(8)松開鉆進；回轉馬達(6)正轉常開式卡盤(7)夾緊、截止閥(302c)截止，常閉式夾持器(8)夾緊緊扣；回轉馬達(6)反轉常開式卡盤夾緊、常閉式夾持器(8)夾緊卸扣。

7.根據(jù)權利要求4所述的控制方法，其特征在于，動力頭鎖緊邏輯回路(4)中，所述梭閥獲取回轉馬達(6)狀態(tài)，所述梭閥(402)獲起拔油缸(9)狀態(tài)，通過梭閥組成邏輯控制網絡，控制液控單向閥(404、405)的開啟閉合，當回轉馬達(6)轉動或快速給進多路閥(201)或慢速給進多路閥(202)操作時，液控單向閥(404、405)打開，否則液控單向閥(404、405)鎖緊起拔油缸(9)，節(jié)流閥(403)實現(xiàn)減壓鉆進。

說明書： 一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)及方法技術領域[0001] 本發(fā)明涉及一種邏輯控制系統(tǒng)及方法，屬于鉆機技術領域，具體是涉及一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)及方法。

背景技術[0002] 操作鉆機過程中，主要涉及回轉馬達、起拔油缸等主要執(zhí)行機構與常開式卡盤、常閉式夾持器等輔助機構動作之間的相互配合。在不同的鉆探工序，各執(zhí)行機構與輔助機構

的工作順序及工作狀態(tài)不同，鉆機操縱人員需要根據(jù)不同工序，控制各執(zhí)行機構及輔助機

構動作，以完成鉆探任務。鉆機執(zhí)行機構及輔助機構一般采用液壓控制，由于鉆機各執(zhí)行機

構及輔助機構單獨控制或部分采用聯(lián)動控制，鉆機操縱人員需在熟悉鉆機個執(zhí)行機構功能

及不同工序對應執(zhí)行機構工作狀態(tài)的前提下，同時操縱多個液壓閥完成鉆機操作。在倒桿

過程中，若司鉆人員操縱不熟練，將直接影響倒桿效率。若誤操作，將掉鉆、損壞鉆具等事

故，而且由于需要頻繁轉換各執(zhí)行機構之間的配合關系，工人勞動強度大，效率低。

[0003] 目前，有些鉆機采用部分聯(lián)動控制，通過主執(zhí)行機構工作油路與輔助機構工作油路連接，通過執(zhí)行機構工作壓力油控制輔助機構動作，此方法雖然能部分實現(xiàn)執(zhí)行機構與

輔助機構的聯(lián)動，但由于輔助機構工作油源來自執(zhí)行機構，其工作壓力與執(zhí)行機構負載相

關，由于執(zhí)行機構負載變化較大，為保證輔助機構有足夠工作能力，需要將常開式卡盤及常

閉式夾持器尺寸增大，以保證低負載時工作，同時由于輔助機構控制油來自執(zhí)行機構，屬于

單泵多回路系統(tǒng)，常導致輔助機構動作不協(xié)調。一般解決方法是在執(zhí)行機構油路中增加背

壓閥，根執(zhí)行機構負載及流量，調節(jié)背壓大小。此方法造成液壓系統(tǒng)壓力損失較大。較大的

壓力損失導致液壓油溫升高較快，造成系統(tǒng)過熱，需要為鉆機配套較高效的液壓散熱系統(tǒng)。

同時需要司鉆人員頻繁調節(jié)背壓閥，以滿足輔助回路壓力需要，且在部分工況下，由于輔助

壓力無法調節(jié)至系統(tǒng)需要，影響了鉆機效能的發(fā)揮。另一種解決方案是將電子技術應用于

鉆機控制，實現(xiàn)執(zhí)行機構與輔助機構邏輯控制，此方案雖能實現(xiàn)自動化控制，但由于電控技

術對司鉆人員綜合素質要求較高，且受制于鉆機成本及后續(xù)維護費用。由于現(xiàn)有鉆機多采

用全液壓控制，因此電子技術的應用和推廣有一定的局限性。

發(fā)明內容[0004] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術所存在的鉆機操縱復雜、容易誤操縱、系統(tǒng)壓力及流量損失較大、效率等技術問題，提供了一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)及方法在

鉆機液壓系統(tǒng)中加入邏輯控制回路，根據(jù)鉆機不同工況，自動選擇起拔油缸、回轉馬達、常

開式卡盤、常閉式夾持器之間的配合關系，邏輯控制回路自動控制各機構動作，可避免誤操

作造成的鉆井事故，鉆機操作簡單、勞動強度低。

[0005] 本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：[0006] 一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)，包括：[0007] 具有大排量主泵以及小排量副泵的泵站；[0008] 用于控制起拔油缸起拔速度的快慢速起拔邏輯回路；[0009] 其中，所述快慢速起拔邏輯回路包括快速給進多路閥、慢速給進多路閥、梭閥、液控換向閥；所述快速給進多路閥的A、B口連接梭閥的A、B口，梭閥的C口連接液控換向閥的液

控口X；慢速給進多路閥的A、B口連接液控換向閥的A’、B’口；快速給進多路閥A、B口分別與

慢速給進多路閥A、B口連接，然后與起拔油缸A、B口連接。

[0010] 優(yōu)選的，上述的一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)，還包括：用于控制鉆機部件工作狀態(tài)轉換的常開式卡盤常閉式夾持器邏輯回路；所述常開式卡盤常閉式夾持器邏輯回路進一步

包括：起下鉆邏輯控制回路、回轉邏輯控制回路；

[0011] 其中起下鉆邏輯控制回路通過梭閥獲取快速給進多路閥狀態(tài)，當快速給進多路閥工作時，控制液控換向閥截止慢速給進多路閥，當快速給進多路閥不工作時，慢速給進多路

閥至起拔油缸回路聯(lián)通；

[0012] 其中回轉邏輯控制回路通過梭閥(302a)獲取動力頭狀態(tài)，動力頭轉動時，高壓油通過梭閥(302a)控制常開式卡盤控制液控閥(302b)及常閉式夾持器控制液控閥控制換向，

從而控制常開式卡盤及常閉式夾持器的開合。

[0013] 優(yōu)選的，上述的一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)，還包括：[0014] 控制起拔油缸鎖緊與浮動轉換的動力頭鎖緊邏輯回路；所動力頭鎖緊邏輯回路進一步包括：

[0015] 梭閥(401、402)、液控單向閥(404、405)；[0016] 其中梭閥獲取起拔油缸及回轉馬達狀態(tài)，當高壓油流入起拔油缸或回轉馬達時，高壓油控制液控單向閥打開；當起拔油缸或回轉馬達不工作時，液控單向閥鎖緊油缸。

[0017] 優(yōu)選的，上述的一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)，還包括：用于實現(xiàn)壓力調節(jié)的壓力控制回路；所述壓力控制回路油源取自小排量副泵，包括兩個手動減壓閥,其中一個手動減壓

閥控制慢速給進壓力，另一個手動減壓閥控制常開式卡盤夾緊力。

[0018] 上述的一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)的控制方法，包括：當快速給進多路閥動作時，壓力油通過梭閥控制液控換向閥工作于上位，慢速給進多路閥A、B口截止?？焖俳o進多路閥

控制起拔油缸實現(xiàn)快速給進起拔；快速給進多路閥位于中位時，液控換向閥工作于下位，操

作慢速給進多路閥A、B口截止連通，慢速給進多路閥控制起拔油缸實現(xiàn)慢速給進起拔。

[0019] 優(yōu)選的，上述的一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)的控制方法，包括：[0020] 起下鉆功能轉換多路閥上位為下鉆邏輯，快速給進多路閥或慢速給進多路閥操作至給進位時，常開式卡盤自動夾緊，常閉式夾持器自動松開；快速給進多路閥或慢速給進多

路閥操作至給起拔位時，常開式卡盤松開，常閉式夾持器夾緊。

[0021] 起下鉆功能轉換多路閥下位為起鉆邏輯，快速給進多路閥或慢速給進多路閥操作至給進位時，常開式卡盤自動松開，常閉式夾持器自動夾緊?？焖俳o進多路閥或慢速給進多

路閥操作至給起拔位時，常開式卡盤夾緊，常閉式夾持器松開。

[0022] 優(yōu)選的，上述的一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)的控制方法，包括：回轉邏輯控制回路中，所述梭閥獲取回轉馬達狀態(tài)，邏輯控制常開式卡盤及常閉式夾持器，回轉馬達正轉常開

式卡盤夾緊、常閉式夾持器松開鉆進；回轉馬達正轉常開式卡盤夾緊、截止閥截止，常閉式

夾持器夾緊緊扣；回轉馬達反轉常開式卡盤夾緊、常閉式夾持器夾緊卸扣。

[0023] 優(yōu)選的，上述的一種鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)的控制方法，包括：動力頭鎖緊邏輯回路中，所述梭閥獲取回轉馬達狀態(tài)，所述梭閥獲起拔油缸狀態(tài)，通過梭閥組成邏輯控制網

絡，控制液壓單向閥的開啟閉合，當回轉馬達轉動或快速給進多路閥或慢速給進多路閥操

作時，液控單向閥打開，否則液控單向閥鎖緊起拔油缸，所述節(jié)流閥實現(xiàn)減壓鉆進。

[0024] 因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：液壓控制方法鉆機回轉馬達、常開式卡盤、常閉式夾持器及起拔油缸之間液壓邏輯控制，動力頭及馬達動作時，常開式卡盤常閉式夾持器通過

邏輯控制網絡自動配合輔助動作，鉆機操作簡單，工人勞動前度低，且由于輔助動作自動配

合主執(zhí)行機構動作，提高了鉆機操作效率。采用液壓控制方法實現(xiàn)執(zhí)行機構與輔助機構之

間動作邏輯控制，降低了對鉆機操作人員數(shù)量程度的要求。同時不需要復雜的電控系統(tǒng)，系

統(tǒng)使用及維護成本降低，對司鉆人員的綜合素質要求較低。同時邏輯控制回路不需要過大

的系統(tǒng)背壓及流量，降低了液壓系統(tǒng)能量損失，減少了液壓系統(tǒng)發(fā)熱。

附圖說明[0025] 圖1是鉆機液壓邏輯控制系統(tǒng)；[0026] 圖2是本發(fā)明快慢速起拔邏輯回路液壓原理圖；[0027] 圖3是本發(fā)明常開式卡盤常閉式夾持器邏輯回路液壓原理圖；[0028] 圖4是本發(fā)明動力頭鎖緊邏輯回路液壓系統(tǒng)原理圖；[0029] 圖5是本發(fā)明壓力控制回路原理圖。具體實施方式[0030] 下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。[0031] 實施例：[0032] 參見圖1，圖1是本發(fā)明實例的液壓原理圖包括泵站1、快慢速給進起拔邏輯回路2、常開式卡盤常閉式夾持器邏輯回路3、動力頭鎖緊邏輯回路4、壓力控制回路5、回轉馬達6、

常開式卡盤7、常閉式夾持器8和起拔油缸9組成。

[0033] 泵站1優(yōu)選為雙泵，主泵101選擇大排量泵，實現(xiàn)動力頭快速回轉及快速給進起拔，副泵102優(yōu)選為恒壓變量泵選擇小排量泵，輔助回路壓力保持恒定不變，實現(xiàn)慢速給進起拔

及為輔助回路供油?？炻倨鸢芜壿嫽芈?實現(xiàn)給進快速起拔及慢速給進起拔轉換；常開式

卡盤常閉式夾持器邏輯回路3針對鉆機結構動作控制回轉馬達6、常開式卡盤7、常閉式夾持

器8及起拔油缸9工作狀態(tài)轉換；動力頭鎖緊邏輯回路4控制起拔油缸9在不同工況下的鎖緊

與浮動轉換；壓力控制回路5實現(xiàn)鉆機常開式卡盤7、常閉式夾持器8、起拔油缸9的壓力調

節(jié)。

[0034] 參見圖2，圖2為快慢速起拔邏輯回路2，包括快速給進多路閥201、慢速給進多路閥202、梭閥203、液控換向閥204。快速給進多路閥201中位優(yōu)選為“0”型，慢速給進多路閥202

中位優(yōu)選為“Y”型?？焖俳o進多路閥201A、B口與梭閥203的A、B口連接，梭閥203的C口與液控

換向閥204液控口X連接。慢速給進多路閥202A、B口與液控換向閥204A’、B’口連接。

[0035] 當快速給進多路閥201動作時，壓力油通過梭閥203控制液控換向閥204工作于上位，慢速給進多路閥202A、B口截止?？焖俳o進多路閥201控制起拔油缸9實現(xiàn)快速給進起拔；

快速給進多路閥201位于中位時，液控換向閥204工作于下位，操作慢速給進多路閥202A、B

口與起拔油缸9A、B口連通，由于快速給進多路閥201中位為“O”型，中位截止，此時慢速給進

多路閥202控制起拔油缸9，慢速給進多路閥202為小排量泵供油，可實現(xiàn)慢速給進起拔。

[0036] 通過設置快慢速給進起拔邏輯回路2，操作人員單獨操作快速給進多路閥201、慢速給進多路閥202，液壓系統(tǒng)自動實現(xiàn)功能轉換，簡化了鉆機操作。

[0037] 參見圖3，圖3常開式卡盤常閉式夾持器邏輯回路液壓原理圖包括起下鉆邏輯控制回路301、回轉邏輯控制回路302。

[0038] 所述起下鉆邏輯回路301包括起下鉆功能轉換多路閥301a、液控多路閥301b、單向閥301c、液控單向閥301d組成。

[0039] 起下鉆功能轉換多路閥301a、的A、B口與起拔油缸A、B口連接，A’、B’與液控多路閥a、b口連接，所述起下鉆功能轉換多路閥301a、實現(xiàn)起鉆或下鉆功能的轉換，通過獲取鉆機

起拔油缸9A、B口壓力，通過液控多路閥301b、單向閥301c、液控單向閥301d自動控制常開式

卡盤7及常閉式夾持器8的工作狀態(tài)。

[0040] 所述常開式卡盤7及常閉式夾持器8工作油取自副泵102，其壓力由壓力控制回路5控制。

[0041] 起下鉆功能轉換多路閥301a上位為下鉆邏輯，快速給進多路閥201或慢速給進多路閥202操作至給進位時，液控多路閥301b的先導口a為高壓，液控多路閥301b工作于上位，

高壓油通過液控多路閥301b、單向閥301c為常開式卡盤7供油，常開式卡盤7自動夾緊，高壓

油通過常閉式夾持器控制液控閥302d截止閥302c為常閉式夾持器8供油，常閉式夾持器8自

動松開?？焖俳o進多路閥201或慢速給進多路閥202操作至起拔位時，液控多路閥301b的先

導口b為高壓，液控多路閥301b工作于下位，高壓油流經液控多路閥301b打開液控單向閥

301d,常開式卡盤7控制油回油箱，常閉式夾持器8截止閥302c、常閉式夾持器控制液控閥

302d與油箱連接，常閉式夾持器8自動夾緊。起下鉆功能轉換多路閥301a下位為起鉆邏輯，

其原理與下鉆邏輯相反，快速給進多路閥201或慢速給進多路閥202操作至給進位時，常開

式卡盤7自動松開，常閉式夾持器8自動夾緊?？焖俳o進多路閥201或慢速給進多路閥202操

作至給起拔位時，常開式卡盤7夾緊，常閉式夾持器8松開。

[0042] 回轉邏輯控制回路302包括梭閥302a、常開式卡盤控制液控閥302b、截止閥302c、常閉式夾持器控制液控閥302d。

[0043] 所述梭閥302a獲取回轉馬達6狀態(tài)，馬達6轉動，梭閥302a獲取馬達6高壓油，控制常開式卡盤控制液控閥302b工作于上位，高壓油通過常開式卡盤控制液控閥302控制常開

式盤7夾緊；梭閥302a獲取馬達6高壓油控制常閉式夾持器控制液控閥302d工作于下位，高

壓油流經常閉式夾持器控制液控閥302d，截止閥302c控制常閉式夾持器8打開。通過邏輯控

制常開式卡盤7及常閉式夾持器8，回轉馬達6正轉常開式卡盤7夾緊、常閉式夾持器8松開鉆

進。回轉馬達6轉動前將截止閥302c截止，此時常開式卡盤7夾緊、由于截止閥302c截止，常

閉式夾持器8扔處于夾緊狀態(tài)，回轉馬達6正轉緊扣，回轉馬達6反轉時常開式卡盤夾緊、常

閉式夾持器8夾緊卸扣。

[0044] 常開式卡盤常閉式夾持器邏輯回路3可實現(xiàn)常開式卡盤7及常閉式夾持器8邏輯控制，起下鉆過程中或正常鉆進過程中，鉆機操作人員只需要操作回轉馬達6或起拔油缸9動

作，由于常開式卡盤7及常閉式夾持器8工作油源取自副泵，因此不需要在給進起拔回路背

壓，常開式卡盤及常閉式夾持器夾緊可靠。

[0045] 參見圖4，圖4為動力頭鎖緊邏輯回路4液壓系統(tǒng)原理圖，包括梭閥401、402、節(jié)流閥403液控單向閥404、405。

[0046] 所述梭閥401B口與梭閥302aC口連接，梭閥401A口與梭閥402C口連接，梭閥402A、B口分別與單向閥404、405A口連接，梭閥401C口與液控單向閥404、405C口連接，液控單向閥

404、405B口與起拔油缸9A、B口連接。

[0047] 所述梭閥302a獲取回轉馬達6狀態(tài)，所述梭閥402獲起拔油缸9狀態(tài)，通過梭閥302a、401、402組成邏輯控制網絡，控制液壓單向閥404、405的開啟閉合，當回轉馬達6轉動

或快速給進多路閥201或慢速給進多路閥202操作時，液控單向閥404、405打開，否則液控單

向閥404、405鎖緊起拔油缸9。所述節(jié)流閥403實現(xiàn)減壓鉆進。

[0048] 動力頭鎖緊邏輯回路4通過梭閥網絡及液控單向閥組成起拔油缸開啟及鎖緊邏輯控制，當鉆機主執(zhí)行機構不動作時，鎖緊起拔油缸，可避免給進系統(tǒng)在自重作用下滑移，造

成人員或設備損傷。同時當擰卸鉆具時，起拔油缸9自動處于浮動狀態(tài)，簡化了鉆機操作，同

時有助于擰卸鉆具過程中絲扣的保護。

[0049] 在實際應用中，只需要控制主執(zhí)行機構動作，通過邏輯控制實現(xiàn)輔助機構的動作。鉆機操作人員勞動強度低，鉆機效率高。鉆機輔助機構工作壓力取自高壓油源，邏輯控制回

路只需要較小的執(zhí)行機構工作壓力便可實現(xiàn)輔助機構的可靠動作，不需要較大的系統(tǒng)背

壓，系統(tǒng)壓力損失小，效率高。

[0050] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替

代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。