CN102979499A - 车载钻机作业控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载钻机作业控制系统及方法，包括控制单元、检测单元、开关单元、上车作业模式切换单元、变速箱控制器和分动箱电磁阀单元，开关单元包括取力开关子单元；分动箱电磁阀单元包括分动箱取力电磁阀和分动箱空档电磁阀；检测单元用于检测车载钻机的刹车状态及分动箱的档位状态；车载钻机处于刹车状态时，取力开关子单元向控制单元发出取力信号，分动箱取力电磁阀和分动箱空档电磁阀同时得电，此时分动箱处于空档状态；空档信号由检测单元发送给控制单元，控制单元产生驱动信号通过上车作业模式切换单元输送给变速箱控制器，变速箱控制器将输出模式转换成上车作业模式。本发明能够提高上车作业切换操作的安全性能。

Description

车载钻机作业控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种车载钻机作业控制系统及方法。

背景技术

随着经济的高速、快速增长，石油和天然气资源不断枯竭，各国均在积极地寻求新的替代能源。能源战略是重大战略，是国家支持的产业。我国“十一五”规划纲要中也明确指出：加大石油和天然气资源的勘探力度，重点开拓油页岩等非常规油气资源调查勘探，推进油气勘探开发主体多元化。国家能源战略的实施中，钻探设备的现代化水平成为重要因素，其中的车载钻机具有轻便、灵活、高效、高机动性等特点，是集勘探、钻井、抢救等多种功能于一体，主要应用于煤层气、油页岩气的开采的专用车辆。

图1是车载钻机的结构示意图。如图1所示，车载钻机按功能可以分为底盘A和上车B，其中：底盘A的作用是道路行驶及支撑上车B，并为上车B提供动力、电源。上车B用于完成钻探作业。底盘A和上车B共用一套安装在底盘A的动力系统，该动力系统包括发动机C。上车B所需要的动力来自于发动机C。

图2是发动机的动力输出流向图。如图2所示，发动机C的动力依次输送给变速箱D、分动箱E。分动箱E具有动力输入口E1以及动力输出口E2、动力输出口E3和动力输出口E4。也就是说，变速箱D的动力输出具有以下三种输送渠道：

1、发动机C、变速箱D、分动箱E的输入口E1、输出口E2、驱动桥F及轮胎G；2、发动机C、变速箱D、分动箱E的输入口E1、输出口E3、驱动桥F及轮胎G；3、发动机C、变速箱D、分动箱E的输入口E1、输出口E4及上车B；

其中：前面两种动力输送渠道对应的是下车工作模式，即车载钻机行驶状态。从分动箱E的输出口E2和E3输出的动力均供底盘A行驶使用，输出口E2和E3的区别仅仅是输出的扭矩不同，以满足不同的路况行驶要求。

后面一种动力输送渠道对应的是上车工作模式：当需要上车B作业时，上车B绕着旋转绞点H（如图1所示）顺时针旋转90°，至垂直于地面的位置。操作者按下取力开关，同时将分动箱E置于空档，便可以将发动机C的动力从分动箱E的输出口E4切换到上车B，从而可以开始实施钻探操作。

但是，车载钻机在行驶的过程中进行上车切换操作的时候，即按下取力开关同时使分动箱E置于空档状态的时候，发动机C的动力无法立刻从分动箱E的输出口E4切换到上车B，这样会导致车辆发生窜动等危险情况，操作的安全性将严重受到影响。

此外，目前的车载钻机的分动箱取力电磁阀和分动箱空档电磁阀分别由各自相应的开关进行控制，控制方式较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提出一种车载钻机作业控制系统及方法，其能够提高上车作业切换操作的安全性能。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种车载钻机作业控制系统，包括控制单元、检测单元、开关单元、上车作业模式切换单元、变速箱控制器和分动箱电磁阀单元，其中：所述开关单元包括取力开关子单元；所述分动箱电磁阀单元包括分动箱取力电磁阀和分动箱空档电磁阀；所述检测单元用于检测所述车载钻机的刹车状态以及分动箱的档位状态；当所述车载钻机处于刹车状态时，所述取力开关子单元向所述控制单元发出取力信号，所述控制单元接收到所述取力信号后控制所述分动箱取力电磁阀和分动箱空档电磁阀同时得电，此时所述分动箱处于空档状态；所述空档信号由所述检测单元发送给所述控制单元，所述控制单元接收到所述空档信号后产生一驱动信号，所述驱动信号通过所述上车作业模式切换单元输送给所述变速箱控制器，所述变速箱控制器将输出模式转换成上车作业模式。

进一步地，所述检测单元包括手刹车检测子单元和分动箱档位检测子单元；其中：所述手刹车检测子单元用于检测所述车载钻机的刹车状态，并将检测到的所述车载钻机刹车信号输入所述控制单元；所述分动箱档位检测子单元用于检测所述分动箱的档位状态。

进一步地，还包括手刹车状态显示单元，所述控制单元接收到所述手刹车检测子单元检测到的所述车载钻机刹车信号后，驱动所述手刹车状态显示单元进行显示。

进一步地，还包括上车作业显示单元，所述分动箱的动力切换至所述上车时，所述变速箱控制器驱动所述上车作业显示单元进行显示。

进一步地，所述车载钻机作业控制系统还包括分动箱低档显示单元；所述开关单元还包括分动箱低档开关子单元；所述分动箱电磁阀单元还包括分动箱低档电磁阀；所述车载钻机爬坡需要大扭矩输出时，所述分动箱低档开关子单元向所述控制单元输送低档信号；所述分动箱档位检测子单元检测到所述分动箱处于低档状态，将检测到的所述分动箱低档信号输入所述控制单元，所述控制单元驱动所述分动箱低档显示单元进行显示。

进一步地，所述上车作业模式切换单元为继电器线圈。

本发明还提供一种车载钻机作业控制方法，应用于所述的车载钻机作业控制系统，其特征在于包括以下步骤：通过所述检测单元对所述车载钻机的刹车状态以及分动箱的档位状态进行检测；当检测到所述车载钻机处于刹车状态时，通过所述取力开关子单元向所述控制单元发出取力信号；响应于所述取力信号，所述控制单元使所述分动箱取力电磁阀和分动箱空档电磁阀同时得电，此时所述分动箱处于空档状态；通过所述检测单元将所述空档信号发送给所述控制单元；响应于所述空档信号，所述控制单元产生一驱动信号，并将所述驱动信号通过所述上车作业模式切换单元输送给所述变速箱控制器；所述变速箱控制器将输出模式转换成上车作业模式。

进一步地，当检测到所述车载钻机处于刹车状态时，通过所述检测单元将所述车载钻机刹车信号发送给所述控制单元；响应于所述车载钻机刹车信号，所述控制单元驱动所述手刹车状态显示单元进行显示。

进一步地，所述分动箱的动力切换至所述上车的同时，所述变速箱控制器驱动所述上车作业显示单元进行显示。

进一步地，当检测到所述分动箱处于低档状态时，通过所述检测单元将所述低档信号输入所述控制单元；响应于所述低档信号，所述控制单元驱动所述分动箱低档显示单元进行显示。

基于上述技术方案中的任一技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

本发明设置了检测单元检测车载钻机的刹车状态以及分动箱的档位状态，当车载钻机处于刹车状态时，取力开关子单元向控制单元发出取力信号，控制单元控制分动箱取力电磁阀和分动箱空档电磁阀同时得电，而当分动箱处于空档状态时，空档信号又由检测单元发送给控制单元，控制单元由此获知上车作业模式的工作信号，然后通过上车作业模式切换单元向变速箱控制器发送一驱动信号，变速箱控制器将输出模式切换成上车作业模式，因此本发明将车载钻机的手刹车状态作为切换上车作业模式的前提条件，与现有的车载钻机在行驶的过程中实施上车切换操作的时候、发动机的动力无法立刻从分动箱的输出口切换到上车的情况相比，可以避免车辆窜动等危险情况的发生，提高了操作安全性。

与现有的车载钻机的上车作业切换操作方式相比，本发明解决了现有技术中上车作业切换操作安全性不高的问题。

除此之外，本发明的优选技术方案至少还存在以下优点：

1、本发明通过设置分动箱档位检测子单元检测分动箱的档位，并将分动箱空档信号输入到控制单元，由控制单元根据相关信息进行上车作业模式的控制，从而使得上车作业模式控制的可靠性、智能化控制程度更高。

2、本发明通过设置手刹车状态显示单元，在控制单元接收到手刹车检测子单元检测到的车载钻机刹车信号后，驱动手刹车状态显示单元进行显示，因此操作者通过手刹车状态显示单元的显示情况，获知负载钻机是否处于刹车状态，从而决定是否需要控制取力开关子单元向控制单元发出取力信号，从而进一步提高了本发明的安全操作性能。

3、本发明通过设置上车作业显示单元，当变速箱的动力成功切换到上车作业模式时，上车作业显示单元进行显示，提示操作者车辆目前所处的状态，操作安全性以及人机交互性高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为车载钻机的结构示意图；

图2为发动机的动力输出流向图；

图3为本发明所提供的车载钻机作业控制系统的第一实施例的原理示意图；

图4为检测单元一实施例的原理示意图；

图5为本发明所提供的车载钻机作业控制系统的第二实施例的原理示意图；

图6为本发明所提供的车载钻机作业控制系统的第三实施例的原理示意图；

图中标记：A、底盘；B、上车；C、发动机；D、变速箱；E、分动箱；E1、动力输入口；E2、动力输出口；E3、动力输出口；E4、动力输出口；F、驱动桥；G、轮胎；H、旋转绞点；S1、取力开关；S2、分动箱空档检测开关；S3、分动箱低档检测开关；S4、手刹车检测开关；Y1、分动箱取力电磁阀；Y2、分动箱空档电磁阀；Y3、分动箱低档电磁阀；K1、继电器；H1、上车作业指示灯；H2、分动箱低档指示灯；H3、手刹车指示灯；

1、控制单元；2、检测单元；21、分动箱档位检测子单元；22、手刹车检测子单元；3、开关单元；31、取力开关子单元；32、分动箱低档开关子单元；4、上车作业模式切换单元；5、变速箱控制器；6、分动箱电磁阀单元；61、分动箱取力电磁阀；62、分动箱空档电磁阀；63、分动箱低档电磁阀；7、手刹车状态显示单元；8、上车作业显示单元；9、分动箱低档显示单元。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图3为本发明所提供的车载钻机作业控制系统的第一实施例的原理示意图。如图3所示，本发明所提供的车载钻机作业控制系统包括控制单元1、检测单元2、开关单元3、上车作业模式切换单元4、变速箱控制器5和分动箱电磁阀单元6，其中：

控制单元1可以采用本领域技术人员公知的PLC（ProgrammableLogic Controller，可编程逻辑控制器），PLC可以将输入的开关量、模拟量等信号通过一定的程序设计，按既定的逻辑输出控制电磁阀、灯光、报警等执行元件，但是控制单元1并不限于采用PLC，还可以采用其它的控制设备。

检测单元2用于检测车载钻机的刹车状态以及分动箱E的档位状态，并将检测到的所有信号均发送给控制单元1。开关单元3包括取力开关子单元31，本实施例中，取力开关子单元31可以采用取力开关S1。上车作业模式切换单元4可以采用继电器线圈，当满足上车作业模式的切换条件时，采用常规继电器控制方法，与采用PLC与变速箱控制器通讯的方法相比，继电器控制方法具有传递信号可靠性更高的优势。变速箱控制器5用于接收输入的变速箱油温、发动机转速等信号，输出驱动指示灯、报警器以及控制变速箱D的动力输出模式。分动箱电磁阀单元6包括分动箱取力电磁阀61和分动箱空档电磁阀62。

当检测单元2检测到车载钻机处于刹车状态时，取力开关子单元31向控制单元1发出取力信号，该取力信号通常由操作者按下取力开关S1而发出。控制单元1接收到取力信号后控制分动箱取力电磁阀61和分动箱空档电磁阀62同时得电。本实施例中，发出取力信号的时候，控制单元1控制分动箱取力电磁阀61和分动箱空档电磁阀62同时得电，与现有技术中需要采用独立的开关去分别控制分动箱取力电磁阀61和分动箱空档电磁阀62相比，本发明可以减少整个控制系统的阀器件以及管路连接的数量，使整个系统的结构得到了简化。

当检测单元2检测到分动箱E处于空档状态时，分动箱空档信号由检测单元2发送给控制单元1，控制单元1接收到分动箱空档信号后，产生一驱动信号，该驱动信号通过上车作业模式切换单元4输送给变速箱控制器5，由变速箱控制器5控制变速箱D的动力输出模式，使变速箱D的动力依次从分动箱E的输入口E1、输出口E4，输出给上车B（如图2所示）。

基于本发明上述实施例提供的车载钻机作业控制系统，本发明将车载钻机的手刹车状态作为切换上车作业模式的前提条件，与现有的车载钻机在行驶的过程中按下取力开关并使分动箱E置于空档状态的时候、发动机C的动力却无法立刻从分动箱E的输出口E4切换到上车B的情况相比，可以避免车辆窜动等危险情况的发生，提高了操作安全性。

图4为检测单元一实施例的原理示意图，如图4所示，检测单元2可以包括分动箱档位检测子单元21和手刹车检测子单元22。其中：分动箱档位检测子单元21用于检测分动箱E的档位状态，可以包括分动箱空档检测开关和分动箱低档检测开关，分别对分动箱E的空档信号和低档信号进行检测。本实施例中，通过设置分动箱档位检测子单元21检测分动箱E的档位，将分动箱空档信号输入到控制单元1，控制单元1根据相关信息进行上车作业模式的控制，使得上车作业模式控制的可靠性、智能化控制程度更高。手刹车检测子单元22可以采用手刹车检测开关，用于检测车载钻机的刹车状态，并将检测到的车载钻机刹车信号发送给控制单元1。

图5为本发明所提供的车载钻机作业控制系统的第二实施例的原理示意图。如图5所示，本发明所提供的车载钻机作业控制系统还包括手刹车状态显示单元7，在控制单元1接收到手刹车检测子单元22检测到的车载钻机刹车信号后，驱动手刹车状态显示单元7进行显示。本实施例中，手刹车检测子单元22采用的是指示灯显示的方式，实质上，还可以采用其它的提示方式，比如蜂鸣器或带有提示音的发生器等。操作者便可以通过手刹车状态显示单元7的显示情况，获知负载钻机是否处于刹车状态，从而决定是否需要控制取力开关子单元31向控制单元1发出取力信号。

上述各实施例中，本发明所提供的车载钻机作业控制系统还包括上车作业显示单元8，在分动箱E的动力切换至上车B的时候，变速箱控制器5会驱动上车作业显示单元8进行显示。同样，本实施例中的上车作业显示单元8也可以采用指示灯显示的方式，当然，使用其它提示方式代替上述公开的提示方式的技术方案也在本发明的保护范围之内。本实施例中，当变速箱D的动力成功切换到上车作业模式时，上车作业显示单元8进行显示，提示操作者车辆目前所处的状态，操作安全性以及人机交互性高。

上述各实施例中，本发明所提供的车载钻机作业控制系统还包括分动箱低档显示单元9。开关单元3还包括分动箱低档开关子单元32。分动箱电磁阀单元6还包括分动箱低档电磁阀63。当车载钻机爬坡需要大扭矩输出时，分动箱低档开关子单元32向控制单元1输送低档信号，分动箱档位检测子单元21检测到分动箱E处于低档状态，将检测到的分动箱低档信号输入控制单元1，控制单元1驱动分动箱低档显示单元9进行显示。

图6为本发明所提供的车载钻机作业控制系统的第三个具体实施例的原理示意图。如图6所示，控制单元1采用的是PLC控制器。

前提条件：车辆处于静止状态，伸出的四个垂直支腿将车辆支起（轮胎离开地面），手刹车检测开关S4检测到负载钻机处于手刹车状态，于是将高电平信号输入到PLC控制器，PLC控制器输出驱动手刹车指示灯H3亮。

然后，操作者可以按下取力开关S1，PLC控制器接收到取力的高电平信号，程序控制输出高电平信号，分动箱取力电磁阀Y1和分动箱空档电磁阀Y2动作，分动箱空档检测开关S2检测到分动箱E置于空档时接通，将高电平信号输入到PLC控制器，PLC控制器输出高电平信号驱动上车作业模式切换继电器线圈K1动作，上车作业模式切换继电器线圈K1的触点接通变速箱控制器5的相应针脚，变速箱控制器5将动力输出模式切换到预先设置的上车作业模式。同时，变速箱控制器5输出低电平信号，上车作业指示灯H1亮，表示发动机动力已经切换到上车作业装置，可以进行上车作业。

当车载钻机道路行驶时，分动箱E处于高档，即动力从发动机C、变速箱D、分动箱E的输入口E1、输出口E3和E4、驱动桥F及轮胎G。而当车载钻机爬坡需要大扭矩输出时，操作者可以按下分动箱低档开关S5，PLC控制器接收到分动箱低档信号，输出高电平信号驱动分动箱低档电磁阀Y3动作；此时，分动箱低档检测开关S3闭合，将检测到的分动箱处于低档的确认信号输入到PLC控制器，PLC控制器输出驱动分动箱低档指示灯H2亮。

基于上述车载钻机作业控制系统，本发明还提供一种车载钻机作业控制方法，其包括以下步骤：

通过检测单元1对车载钻机的刹车状态以及分动箱的档位状态进行检测。

当检测到车载钻机处于刹车状态时，通过取力开关子单元31向控制单元1发出取力信号。

响应于取力信号控制单元1，分动箱取力电磁阀61和分动箱空档电磁阀62同时得电。

当分动箱E处于空档状态时，通过检测单元2将空档信号发送给控制单元1。

响应于空档信号，控制单元1产生一驱动信号，并将驱动信号通过上车作业模式切换单元4输送给变速箱控制器5。

变速箱控制器5将输出模式转换成上车作业模式。

本发明所提供的车载钻机作业控制方法将车载钻机的手刹车状态作为切换上车作业模式的前提条件，与现有的车载钻机在行驶的过程中操作者给出上车切换操作指令的时候、发动机C的动力无法立刻从分动箱E的输出口E4切换到上车B的情况相比，可以避免车辆窜动等危险情况的发生，能够提高车载钻机的上车切换操作的安全性。

上述过程中，本发明所提供的车载钻机作业控制方法还包括以下步骤：

当检测到车载钻机处于刹车状态时，通过检测单元2将车载钻机刹车信号发送给控制单元1。

响应于车载钻机刹车信号，控制单元1驱动手刹车状态显示单元7进行显示。

通过手刹车状态显示单元7的显示情况，获知负载钻机是否处于刹车状态，从而决定是否需要控制取力开关子单元31向控制单元1发出取力信号，从而可以进一步提高本发明的上车切换操作的安全可靠性。

上述过程中，本发明所提供的车载钻机作业控制方法还包括以下步骤：

分动箱E的动力切换至上车B的同时，变速箱控制器5驱动上车作业显示单元8进行显示。这种提示操作者车辆目前所处的状态的方式，即通过人机交互的方式，可以进一步提高操作安全性。

上述过程中，当车载钻机爬坡需要大扭矩输出时，本发明所提供的车载钻机作业控制方法还包括以下步骤：

当检测到分动箱E处于低档状态时，通过检测单元2将低档信号输入控制单元1。

响应于低档信号，控制单元1驱动分动箱低档显示单元9进行显示。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种车载钻机作业控制系统，其特征在于，

包括控制单元、检测单元、开关单元、上车作业模式切换单元、变速箱控制器和分动箱电磁阀单元，其中：

所述开关单元包括取力开关子单元；

所述分动箱电磁阀单元包括分动箱取力电磁阀和分动箱空档电磁阀；

所述检测单元用于检测所述车载钻机的刹车状态以及分动箱的档位状态；

当所述车载钻机处于刹车状态时，所述取力开关子单元向所述控制单元发出取力信号，所述控制单元接收到所述取力信号后控制所述分动箱取力电磁阀和分动箱空档电磁阀同时得电，此时所述分动箱处于空档状态；

所述空档信号由所述检测单元发送给所述控制单元，所述控制单元接收到所述空档信号后产生一驱动信号，所述驱动信号通过所述上车作业模式切换单元输送给所述变速箱控制器，所述变速箱控制器将输出模式转换成上车作业模式。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述检测单元包括手刹车检测子单元和分动箱档位检测子单元；其中：

所述手刹车检测子单元用于检测所述车载钻机的刹车状态，并将检测到的所述车载钻机刹车信号输入所述控制单元；

所述分动箱档位检测子单元用于检测所述分动箱的档位状态。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

还包括手刹车状态显示单元，

所述控制单元接收到所述手刹车检测子单元检测到的所述车载钻机刹车信号后，驱动所述手刹车状态显示单元进行显示。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，

还包括上车作业显示单元，

所述分动箱的动力切换至所述上车时，所述变速箱控制器驱动所述上车作业显示单元进行显示。

5.如权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，

所述车载钻机作业控制系统还包括分动箱低档显示单元；

所述开关单元还包括分动箱低档开关子单元；

所述分动箱电磁阀单元还包括分动箱低档电磁阀；

所述车载钻机爬坡需要大扭矩输出时，所述分动箱低档开关子单元向所述控制单元输送低档信号；

所述分动箱档位检测子单元检测到所述分动箱处于低档状态，将检测到的所述分动箱低档信号输入所述控制单元，所述控制单元驱动所述分动箱低档显示单元进行显示。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述上车作业模式切换单元为继电器线圈。

7.一种车载钻机作业控制方法，应用于权利要求1-6中任一项所述的车载钻机作业控制系统，其特征在于包括以下步骤：

通过所述检测单元对所述车载钻机的刹车状态以及分动箱的档位状态进行检测；

当检测到所述车载钻机处于刹车状态时，通过所述取力开关子单元向所述控制单元发出取力信号；

响应于所述取力信号，所述控制单元使所述分动箱取力电磁阀和分动箱空档电磁阀同时得电，此时所述分动箱处于空档状态；

通过所述检测单元将所述空档信号发送给所述控制单元；

响应于所述空档信号，所述控制单元产生一驱动信号，并将所述驱动信号通过所述上车作业模式切换单元输送给所述变速箱控制器；

所述变速箱控制器将输出模式转换成上车作业模式。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

当检测到所述车载钻机处于刹车状态时，通过所述检测单元将所述车载钻机刹车信号发送给所述控制单元；

响应于所述车载钻机刹车信号，所述控制单元驱动所述手刹车状态显示单元进行显示。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述分动箱的动力切换至所述上车的同时，所述变速箱控制器驱动所述上车作业显示单元进行显示。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

当检测到所述分动箱处于低档状态时，通过所述检测单元将所述低档信号输入所述控制单元；

响应于所述低档信号，所述控制单元驱动所述分动箱低档显示单元进行显示。

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