CN102926655A - 旋挖钻机的控制方法和控制装置与旋挖钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋挖钻机的控制方法和控制装置与旋挖钻机。本发明的旋挖钻机包括：钻杆组件、加压油缸、动力头、平衡阀、和控制器，其中，加压油缸用于通过动力头向钻杆组件施加下钻压力；平衡阀分别与加压油缸的有杆腔和无杆腔连接，用于通过控制有杆腔和无杆腔的液压流量以产生背压；控制器，用于获取钻杆组件相对地面的位置信息，并按照预设的钻杆组件与平衡阀开关的映射发送控制所述平衡阀开关的控制指令。本发明根据钻杆组件的位置控制平衡阀的开关以控制是否施加背压，从而可以针对不同的地层情况，在动力头到达指定位置时，改变油缸的加压压力。

Description

旋挖钻机的控制方法和控制装置与旋挖钻机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种旋挖钻机的控制方法和控制装置与旋挖钻机。

背景技术

旋挖钻机是一种用于建筑基础工程中成孔作业的施工机械。它是以履带为支承的回转斗式旋挖钻孔机械，其工作装置由动力头、钻杆组件、液压系统、桅杆等组成。

桅杆为钻杆组件的支撑部件，在工作中承受扭矩、振动等，液压系统中的加压油缸主要作用为控制动力头的移动，通过动力头将加压力传递到钻杆组件的钻杆上。加压油缸固定于桅杆上。加压油缸的活塞杆向下设置，加压油缸的活塞杆与动力头之间通过加压油缸销连接，活塞杆伸出，则动力头下降；活塞杆收回，则动力头上升。动力头移动的行程即为活塞杆伸出行程。动力头在旋挖钻机工作时，主要起到传递加压力和扭矩的作用。加压力的来源即为加压油缸。

现有的旋挖钻机的动力头加压一般采用加压油缸平衡阀来控制加油油缸的方式，所以需要在空载时使用背压的方式来支撑动力头，而加压油缸施加压力的大小在设计时已经确定，无法根据现场变化的地层情况进行调节。

针对现有技术中无法根据施工地层的情况调节加压压力的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种旋挖钻机的控制方法和控制装置与旋挖钻机，以实现旋挖钻机可根据不同地层的变化调节加压压力大小，增加旋挖钻机的工作适应性，从而解决现有技术中无法根据施工地层的情况调节加压压力的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种旋挖钻机。该旋挖钻机包括：钻杆组件、加压油缸、动力头、平衡阀、和控制器，其中，加压油缸用于通过动力头向钻杆组件施加下钻压力；平衡阀分别与加压油缸的有杆腔和无杆腔连接，用于通过控制有杆腔和无杆腔的液压流量以产生背压；控制器，用于获取钻杆组件相对地面的位置信息，并按照预设的钻杆组件与平衡阀开关的映射发送控制平衡阀开关的控制指令。

进一步地，上述平衡阀为液控阀，该旋挖钻机还包括：平衡阀先导油路，用于按照控制指令向上述平衡阀发送先导控制信号，以控制平衡阀的开关。

进一步地，平衡阀先导油路包括：换向阀，连接于控制器与平衡阀之间，用于接收控制器发送的控制指令以控制平衡阀的开关。

进一步地，本发明提供的旋挖钻机还包括位移传感器，用于测量钻杆组件相对地面的位置，并向控制器发送钻杆组件相对地面的位置信息。

进一步地，本发明提供的旋挖钻机还包括人机交互装置，与控制器连接，用于接收用户设置的控制方案，该控制方案包含钻杆组件位置与平衡阀开关的映射。

根据本发明的另一个方面，提供了一种旋挖钻机的控制方法。该旋挖钻机的控制方法包括：获取钻杆组件相对地面的位置；按照预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射发送开关平衡阀的控制指令。

进一步地，预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射包括：当钻杆组件下降到第一预设位置时，发送控制平衡阀打开的控制指令；当钻杆组件上升到第二预设位置时，发送控制平衡阀关闭的控制指令。

进一步地，在获取动力头的位置信息之前包括：接收用户设置的控制方案，该控制方案包含预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射。

根据本发明的另一个方面，提供了一种旋挖钻机的控制装置。该旋挖钻机的控制装置包括：位置获取模块，用于获取钻杆组件相对地面的位置；平衡阀开关控制模块，用于按照预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射发送开关平衡阀的控制指令。

进一步地，该旋挖钻机的控制装置还包括：控制方案获取模块，用于接收用户设置的控制方案。

应用本发明的技术方案，本发明的旋挖钻机包括：钻杆组件、加压油缸、动力头、平衡阀、和控制器，其中，加压油缸用于通过动力头向钻杆组件施加下钻压力；平衡阀分别与加压油缸的有杆腔和无杆腔连接，用于通过控制有杆腔和无杆腔的液压流量以产生背压；控制器，用于获取钻杆组件相对地面的位置信息，并按照预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射发送控制平衡阀开关的控制指令。根据钻杆组件的位置控制平衡阀的开关以控制是否施加背压，从而可以针对不同的地层情况，在动力头到达指定位置时，改变油缸的加压压力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的旋挖钻机的示意图；

图2是根据本发明实施例的旋挖钻机的功率控制装置的示意图；

图3是根据本发明实施例的旋挖钻机的控制方法的示意图；

图4是根据本发明优选实施例的旋钻挖机的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种旋挖钻机，图1是根据本发明实施例的旋挖钻机的示意图，如图1所示，本实施例的旋挖钻机包括：钻杆组件19、加压油缸12、动力头13、平衡阀11、和控制器10，其中，加压油缸12用于通过动力头13向钻杆组件19施加下钻压力；平衡阀11分别与加压油缸12的有杆腔和无杆腔连接，用于通过控制有杆腔和无杆腔的液压流量以调节向加压油缸12产生的背压的大小；控制器10，用于获取钻杆组件19相对地面的位置信息，并按照预设的钻杆组件19与平衡阀11开关的映射发送开关平衡阀11的控制指令。

背压是在液压装置中是因下游阻力或元件进出口阻抗比值变化而产生的压力，在本实施例中，上述背压指加压油缸12因负载而被施加的与负载重力方向相反的压力。钻杆组件19的重量通过桅杆及加压油缸12等装置，上述负载即为钻杆组件19的重量。控制器10获取到钻杆组件19相对地面的位置信息而发出对平衡阀11的控制指令。其中，由于相对于平整地层而言，钻杆组件19与加压油缸12的活塞杆及动力头13之间的位置相对固定，控制器10获取该钻杆组件19相对地面的位置信息，也可以通过间接获取加压油缸12的活塞杆或动力头相对地面的位置信息来获取钻杆组件19相对地面的位置信息。也即，控制器10也可获取加压油缸12的活塞杆相对地面的位置、或动力头13相对地面的位置以间接判断钻杆组件19相对地面的位置以发出向平衡阀11的控制指令。钻杆组件19具体包括钻杆和钻具，钻具是位于最底部的直接进行旋挖操作的机构，以上获取钻杆组件19相对地面的位置的目的为获取钻具是否达到地面的相应位置，从而根据钻具进行操作的地面情况加大下钻压力。钻杆组件19的位置可以根据旋挖钻机的具体结构，选定钻杆组件的某一具体位置作为测量的基准点，以该钻杆组件的基准点的位置作为计算钻杆组件的位置的基准点。

加压油缸12通过动力头13向钻杆组件19施加加压压力，现有旋钻挖机通过控制主油泵的开关进行施压，但是没有对背压的进行控制，从而背压抵消了部分正向压力。本发明实施例的旋挖钻机通过获取钻杆组件19的位置，在该位置到达预定的位置时，对背压进行控制，从而改变加压油缸12的下钻压力。实现了根据地层情况调节加压压力。通过背压的控制，可以对加压压力进行20%左右的快速调节。

在上述平衡阀11为液控阀的情况下，控制器10按照预设的钻杆组件19位置与平衡阀11开关的映射发送开关平衡阀11的控制指令的具体是方式是通过一个换向阀控制平衡阀的先导回路，该换向阀连接在控制器10和平衡阀11之间，控制器10向换向阀发送控制指令，从而控制先导回路的液压油方向以控制背压的开关。平衡阀先导油路，用于按照控制指令向平衡阀发送先导控制信号，以控制液压油方向。

上述换向阀也可以是电控阀，控制器10通过发出相应的电流信号对该换向阀进行控制。

控制器10获取钻杆组件19相对地面的位置信息的具体方式可以是：在动力头上设置位移传感器或者其他测距装置，与控制器10电连接，用于测量钻杆组件19相对地面的位置，并向控制器10发送钻杆组件19相对地面的位置信息。控制器10接收来自该位移传感器的测量数据，按照预设的钻杆组件19位置与平衡阀11开关的映射，进行背压控制。一般而言，可以设置钻杆组件19位下降到地面的高度时，关闭背压，在钻杆组件19上升到地面的高度时，打开背压。

以上位移传感器也可以使用在钻杆组件19到达地面高度时活塞在加压油缸12的对应位置设置接近开关的方式来代替。当活塞到达预定位置时，接近开关向控制器10发出电信号，控制器10根据该电信号判断加压油缸12的钻杆组件19的相对地面的位置。

优选地，本发明实施例的旋挖钻机可以根据地层硬度情况，对上述位置信息与背压开关的映射进行设置。这种情况下，本发明实施例的旋挖钻机还可以包括人机交互装置，与控制器连接，对上述位置信息与背压大小的映射进行设置，可以用于接收用户设置的控制方案，该控制方案包含钻杆组件19位置与平衡阀11开关的映射。例如设置第一预设位置和第二预设位置，当钻杆组件19下降到第一预设位置时，控制换向阀打开，为平衡阀11供给液压油从而打开平衡阀11，使背压关闭；当钻杆组件19上升到第二预设位置时，控制换向阀关闭，停止给平衡阀11供给液压油从而关闭平衡阀11，恢复背压压力。该第一预设位置和第二预设位置可根据现场作业的工况进行灵活设置。

本发明实施例还提供了一种旋挖钻机的功率控制装置，该旋挖钻机的功率控制装置适用于以上实施例的旋挖钻机，包括以上实施例中的控制器10。图2是根据本发明实施例的旋挖钻机的功率控制装置的示意图，如图2所示，本发明实施例的旋挖钻机的功率控制装置包括：位置获取模块21，用于获取钻杆组件19相对地面的位置；平衡阀开关控制模块23，用于按照预设的钻杆组件19位置与平衡阀11开关的映射发送开关平衡阀11的控制指令。

其中，平衡阀开关控制模块23的执行步骤可以是当钻杆组件19下降到第一预设位置时，发送平衡阀11打开的控制指令；当钻杆组件19上升到第二预设位置时，发送平衡阀打开的控制指令。

优选地，本发明实施例的旋挖钻机控制装置为了对上述钻杆组件位置与平衡阀开关的映射进行设置，还可以包括控制方案获取模块，用于接收用户设置的控制方案，该控制方案包含钻杆组件位置与平衡阀开关的映射。

本发明实施例还提供了一种旋挖钻机的控制方法，该旋挖钻机的控制方法可以通过本发明上述实施例所提供的任一种旋挖钻机的控制装置来执行，并且，该旋挖钻机的控制方法可以应用于包括以上控制装置的旋挖钻机，图3是根据本发明实施例的旋挖钻机的控制方法的示意图，如图3所示，该旋挖钻机的控制方法包括：

步骤S31，获取钻杆组件19相对地面的位置；

步骤S33，按照预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射发送开关平衡阀的控制指令。

其中，步骤S33具体可以包括：当钻杆组件19下降到第一预设位置时，发送控制换向阀打开从而为平衡阀供给液压油的控制指令，从而打开平衡阀，使背压关闭；当钻杆组件19上升到第二预设位置时，发送控制换向阀关闭从而停止为平衡阀供给液压油，从而关闭平衡阀，恢复背压压力。在步骤S31之前，还可以包括：接收用户设置的控制方案，该控制方案包含钻杆组件位置与平衡阀开关的映射。

下面结合图4对使用本发明实施例的旋钻挖机的控制装置执行以上控制方法的一种具体选钻挖机进行说明。图4是根据本发明优选实施例的旋钻挖机的示意图，该旋挖钻机包括控制器10，平衡阀11，加压油缸12，先导换向阀13，主阀14，主油泵15，先导油泵16，油箱17，位移传感器18，并以加压油缸12活塞杆末端作为钻杆组件19的测量基准点。

本发明优选实施例的旋钻挖机的控制方式可以为，加压油缸12活塞杆末端位于地面上方时，控制器控制先导换向阀13关闭，控制平衡阀先导回路停止给平衡阀11供油，从而打开加压油缸12的背压。当开始下钻动作时，主油泵15通过主阀14向加压油缸12加压，此时控制器10获取设置在加压油缸12活塞杆末端上的位移传感器18测量的加压油缸12活塞杆末端位置，按照预设的位置和背压的映射，当加压油缸12活塞杆末端的位置达到第一预设位置时，控制先导换向阀13打开给平衡阀11提供先导控制信号，通过改变先导油路的压力和方向以控制背压的开关，从而可以迅速地根据预设控制方案改变加压油缸12的加压压力。当加压油缸12活塞杆末端的位置达到第二预设位置时，通过停止给平衡阀11供油，恢复背压的初始状态。

操作人员可以根据地层的实际情况，利用人机交互装置设定控制方案。从而保证旋钻的功率基本稳定。对于地层硬度较软的地面则可以选择不关闭背压，对于硬度较高的地面在动力头接触地面时，直接全部关闭背压。

优选地，位移传感器可以进行校正，输出的数值设定为加压油缸12活塞杆末端到达地面时为0位，高于地面时为正值，低于地面时为负值，从而按照数值的正负直接得出加压油缸12活塞杆末端的位置。上述控制器为可编程逻辑控制器PLC。那么对于较硬地面的控制方式为：当加压油缸12下放时，下放到离地面处于0位或负值时位移传感器18发出信号，PLC10给出控制指令，将换向阀13打开，给平衡阀11供液压油从而关闭背压起到打开平衡阀11的做法，当加压油缸12提出地面时，位移值处于正值时位移传感器18发出信号给控制器10，通过PLC10给出控制指令，关闭换向阀11，停止给平衡阀11供油恢复平衡阀背压压力。

以上实施例中的位移传感器18可以使用加油油缸中设置接近开关来代替，以活塞在油缸内的位置来反映加压油缸活塞杆末端与地面的相对距离。

应用本发明的技术方案，加压油缸用于通过动力头向钻杆组件施加下钻压力；平衡阀分别与加压油缸的有杆腔和无杆腔连接，用于通过控制有杆腔和无杆腔的液压流量以产生背压；控制器，用于获取钻杆组件相对地面的位置信息，并按照预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射发送控制平衡阀开关的控制指令。根据钻杆组件的位置控制平衡阀的开关以控制是否施加背压，从而可以针对不同的地层情况，在钻杆组件到达指定位置时，改变加压油缸的加压压力。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的控制装置来实现，它们可以集中在单个的控制装置上，或者分布在多个控制装置所组成的网络上，可选地，它们可以用控制装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由控制装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋挖钻机，其特征在于，包括：钻杆组件、加压油缸、动力头、平衡阀、和控制器，其中，

所述加压油缸用于通过所述动力头向所述钻杆组件施加下钻压力；

所述平衡阀分别与所述加压油缸的有杆腔和无杆腔连接，用于通过控制有杆腔和无杆腔的液压流量以产生背压；

所述控制器，用于获取所述钻杆组件相对地面的位置信息，并按照预设的钻杆组件与平衡阀开关的映射发送控制所述平衡阀开关的控制指令。

2.根据权利要求1所述的旋挖钻机，其特征在于，所述平衡阀为液控阀，该旋挖钻机还包括：平衡阀先导油路，用于按照所述控制指令向所述平衡阀发送先导控制信号，以控制所述平衡阀的开关。

3.根据权利要求2所述的旋挖钻机，其特征在于，所述平衡阀先导油路包括：换向阀，连接于所述控制器与所述平衡阀之间，用于接收所述控制器发送的控制指令以控制所述平衡阀的开关。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋挖钻机，其特征在于，还包括位移传感器，用于测量所述钻杆组件相对地面的位置，并向所述控制器发送所述钻杆组件相对地面的位置信息。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的旋挖钻机，其特征在于，还包括人机交互装置，与所述控制器连接，用于接收用户设置的控制方案，该控制方案包含钻杆组件位置与平衡阀开关的映射。

6.一种旋挖钻机的控制方法，其特征在于，包括：

获取钻杆组件相对地面的位置；

按照预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射发送开关所述平衡阀的控制指令。

7.根据权利要求6所述的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，所述预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射包括：

当所述钻杆组件下降到第一预设位置时，发送控制所述平衡阀打开的控制指令；

当所述钻杆组件上升到第二预设位置时，发送控制所述平衡阀关闭的控制指令。

8.根据权利要求6所述的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，在获取动力头的位置信息之前包括：

接收用户设置的控制方案，该控制方案包含所述预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射。

9.一种旋挖钻机的控制装置，其特征在于，包括：

位置获取模块，用于获取钻杆组件相对地面的位置；

平衡阀开关控制模块，用于按照预设的钻杆组件位置与平衡阀开关的映射发送开关所述平衡阀的控制指令。

10.根据权利要求9所述的旋挖钻机的控制装置，其特征在于，还包括：

控制方案获取模块，用于接收用户设置的控制方案。

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