CN103758801A - 一种自动钻进液压控制系统、控制方法及作业车 - Google Patents

Abstract

一种自动钻进的液压控制系统、控制方法及作业车，具有第一压力传感器（1）；变幅油缸（2）；平衡阀（3）；电比例溢流阀（4）；第二压力传感器（5）；液压马达（6）；液压泵（7）；负载敏感压力补偿阀（8、9）；控制器；角度检测仪。角度检测仪检测出悬臂俯仰角度；压力传感器检测出变幅油缸（2）无杆腔和有杆腔的压力；检测出的状态数据输入控制器；控制器计算出当前钻进压力、钻杆的入土深度、将预设的入土深度对应的钻进压力与当前钻进压力进行比较，并根据比较结果向所述控制器发送对所述电比例溢流阀（4）的控制指令；根据控制指令来操作电比例溢流阀（4），使当前钻进压力与预设的入土深度对应的钻进压力相等。

Description

一种自动钻进液压控制系统、控制方法及作业车

技术领域

本发明涉及一种作业车，尤其涉及一种作业车的自动钻进液压控制系统及其控制方法。

背景技术

CN202594665U公开了一种多功能工程车，具有运输、吊装和钻孔的功能。如图1所示，钻孔功能的实现主要包括的钻杆及钻头，驱动钻杆及钻头旋转的液压马达6，连板、推拉油缸和变幅油缸2。钻杆的位置、钻杆与地面的夹角调节由悬臂上的推拉油缸和悬臂的变幅油缸2以及作业车的摆放位置来确定。而钻进的压力主要由变幅油缸2决定。目前该作业车钻孔时，靠人工操作悬臂的变幅油缸2和悬臂上的推拉油缸来控制钻机的下钻。人工操作控制钻杆下钻时，不可避免地带来以下弊端：当下钻速度过快时，易引起系统过载，造成系统能量损失，温度过高，损坏零件；当下钻速度过慢，造成施工效率低；人工操作控制的间歇性，也往往会带来工作效率的降低，不稳定性增加；人为判断失误或操作延时等因素，导致工作机构损坏，增加了操作者的劳动强度。

发明内容

因此，本发明的目的在于：提供一种作业车的自动钻进液压控制系统及其控制方法，能精确实时地调节作业车的下钻压力，提高工效和作业车的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种自动钻进液压控制系统，至少具有第一压力传感器；变幅油缸；平衡阀；电比例溢流阀；第二压力传感器；驱动钻杆旋转的液压马达；液压泵；第一负载敏感压力补偿阀；第二负载敏感压力补偿阀；控制器；检测悬臂俯仰角度的角度检测仪，所述液压泵的出油口与第一负载敏感压力补偿阀、第二负载敏感压力补偿阀的进油口连通；第一负载敏感压力补偿阀的第一工作油口与所述液压马达的第一工作油口连通，第二工作油口与所述液压马达的第二工作油口连通，回油口与回油管连通；第二负载敏感压力补偿阀的第一工作油口与所述变幅油缸的有杆腔、电比例溢流阀的压力油口及所述平衡阀的控制油口连通，第二工作油口与平衡阀的进油口连通，回油口与回油管连通；所述平衡阀的出油口与所述变幅油缸的无杆腔连通；所述第一压力传感器用于检测变幅油缸无杆腔的压力；所述第二压力传感器用于检测变幅油缸有杆腔的压力；所述第一压力传感器、第二压力传感器、电比例溢流阀、和角度检测仪与所述控制器电连接。

作为本发明的进一步改进方案：所述自动钻进液压控制系统，还具有溢流阀，所述溢流阀的进油口与所述液压泵的出口连通，溢流阀的出油口与回油管连通。

作为本发明的进一步改进方案：所述自动钻进液压控制系统，还具有第三压力传感器，第三压力传感器用于检测第一负载敏感压力补偿阀和第二负载敏感压力补偿阀的进油口液压油压力，第三压力传感器、第一负载敏感压力补偿阀和第二负载敏感压力补偿阀与所述控制器电连接。

在不冲突的情况下上述改进方案可单独或组合实施。

为了解决上述技术问题，本发明提供的作业车为包括以上所述的自动钻进液压控制系统的作业车。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种作业车的液压控制方法，用于作业车的自动钻进液压控制系统，所述自动钻进液压控制系统至少具有第一压力传感器；变幅油缸；平衡阀；电比例溢流阀；第二压力传感器；驱动钻杆旋转的液压马达；液压泵；第一负载敏感压力补偿阀；第二负载敏感压力补偿阀；控制器；检测悬臂俯仰角度的角度检测仪，所述液压泵的出油口与第一负载敏感压力补偿阀、第二负载敏感压力补偿阀的进油口连通；第一负载敏感压力补偿阀的第一工作油口与所述液压马达的第一工作油口连通，第二工作油口与所述液压马达的第二工作油口连通，回油口与回油管连通；第二负载敏感压力补偿阀的第一工作油口与所述变幅油缸的有杆腔、电比例溢流阀的压力油口及所述平衡阀的控制油口连通，第二工作油口与平衡阀的进油口连通，回油口与回油管连通；所述平衡阀的出油口与所述变幅油缸的无杆腔连通；所述第一压力传感器用于检测变幅油缸无杆腔的压力；所述第二压力传感器用于检测变幅油缸有杆腔的压力；所述第一压力传感器、第二压力传感器、电比例溢流阀、和角度检测仪与所述控制器电连接，控制过程包括以下步骤：

1）利用角度检测仪检测出悬臂俯仰角度；第一压力传感器检测出变幅油缸无杆腔的压力；第二压力传感器检测出变幅油缸有杆腔的压力；

2) 角度检测仪检测出的臂架俯仰角度状态数据；第一压力传感器、第二压力传感器检测出的压力状态数据输入控制器；

3）所述控制器对第一压力传感器、第二压力传感器检测的数据进行解码并计算出当前钻进压力；控制器对所述角度检测仪检测的数据进行解码并计算钻杆的入土深度；控制器将预设的入土深度对应的钻进压力与当前钻进压力进行比较，并根据比较结果向所述控制器发送对所述电比例溢流阀的控制指令； 

4）所述控制器根据接收到的控制指令来操作所述电比例溢流阀，使当前钻进压力与预设的入土深度对应的钻进压力相等。

作为本发明的进一步改进方案：所述的作业车的液压控制方法，自动钻进液压控制系统还具有第三压力传感器，第三压力传感器用于检测第一负载敏感压力补偿阀和第二负载敏感压力补偿阀的进油口液压油压力，第三压力传感器、第一负载敏感压力补偿阀和第二负载敏感压力补偿阀与所述控制器电连接，所述控制过程还包括以下步骤：

1)利用第三压力传感器检测出第一负载敏感压力补偿阀和第二负载敏感压力补偿阀的进油口液压油压力；

2)第三压力传感器检测出的压力状态数据输入控制器；

3）所述控制器对第三压力传感器检测的数据进行解码并与设定压力值进行比较，根据比较结果向所述控制器发送对所述第一负载敏感压力补偿阀和第二负载敏感压力补偿阀的控制指令； 

4)所述控制器根据接收到的控制指令来操作所述第一负载敏感压力补偿阀和第二负载敏感压力补偿阀，使钻杆的转速和变幅油缸的进给速度在设定值范围内。

作为本发明的进一步改进方案：所述的作业车的液压控制方法，通过以下计算式来计算钻杆的入土深度：

h=l-L×sinα-H

式中：

h为钻杆的入土深度mm 

L 为悬臂根部铰点到悬臂上摆臂铰点的距离mm 

l 为悬臂上摆臂铰点到钻杆根部的距离mm

H为悬臂根部铰点到地面的距离mm

h 为钻杆入土深度mm

α为悬臂的俯仰角度。

作为本发明的进一步改进方案：所述的作业车的液压控制方法，通过以下计算式来计算钻进压力：

F=（G×L2+（P1×S1－P2×S2）×L1）/L3

式中： 

F为作用在钻杆上的力N

G为悬臂总成和钻杆总成的重力N

P1 为第二压力传感器检测出变幅油缸有杆腔的压力MPa

P2为第一压力传感器检测出变幅油缸无杆腔的压力MPa 

S1 为变幅油缸有杆腔的面积mm2

S2 为变幅油缸无杆腔的面积mm2

L 1为悬臂根部铰点到变幅油缸的力臂mm

L 2为悬臂根部铰点到悬臂总成和钻杆总成的重力的力臂mm

L 3为悬臂根部铰点到钻杆的力臂mm。

本发明的有益效果：避免因人为判断失误或操作延时等因素，导致工作机构损坏，提供工作效率30%以上，减少系统发热和人的劳动强度。

附图说明

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是作业车的钻孔部件机械部分结构示意图；

图2是自动钻进液压控制系统的原理图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本发明自动钻进液压控制系统及使用该控制系统的作业车的具体实施方式。

如图1、图2所示的作业车自动钻进液压控制系统实施例图，所述的自动钻进液压控制系统具有第一压力传感器1；变幅油缸2；平衡阀3；电比例溢流阀4；第二压力传感器5；驱动钻杆旋转的液压马达6；液压泵7；第一负载敏感压力补偿阀8；第二负载敏感压力补偿阀9；溢流阀10；第三压力传感器11；控制器；检测悬臂俯仰角度的角度检测仪。

所述液压泵7的出油口与第一负载敏感压力补偿阀8、第二负载敏感压力补偿阀9的进油口连通；第一负载敏感压力补偿阀8的第一工作油口与所述液压马达6的第一工作油口连通，第二工作油口与所述液压马达6的第二工作油口连通，回油口与回油管连通；第二负载敏感压力补偿阀9的第一工作油口与所述变幅油缸2的有杆腔、电比例溢流阀4的压力油口及所述平衡阀3的控制油口连通，第二工作油口与平衡阀3的进油口连通，回油口与回油管连通；所述平衡阀3的出油口与所述变幅油缸2的无杆腔连通；所述溢流阀10的进油口与液压泵7的出口连通；出油口与回油管连通；所述第一压力传感器1用于检测变幅油缸2无杆腔的压力；所述第二压力传感器5用于检测变幅油缸2有杆腔的压力；第三压力传感器11用于检测第一负载敏感压力补偿阀8和第二负载敏感压力补偿阀9的进油口液压油压力；所述第一压力传感器1、第二压力传感器5、第三压力传感器11、电比例溢流阀4、第一负载敏感压力补偿阀8、第二负载敏感压力补偿阀9、角度检测仪与所述控制器电连接。

下面结合图1、图2 对作业车自动钻进液压控制系统的工作原理进行详细说明：

当第一负载敏感压力补偿阀8动作且位于右位时，液压泵7 的压力油通过第一负载敏感压力补偿阀8，到液压马达6的第一工作油口，经液压马达6的第二工作油口，第一负载敏感压力补偿阀8后回油，推动液压马达6做功。与此同时，第二负载敏感压力补偿阀9 动作且位于左位时，液压泵7 的压力油通过第二负载敏感压力补偿阀9进入变幅油缸2的有杆腔内，同时压力油进入到平衡阀3先导控制口，打开平衡阀3，变幅油缸2的无杆腔的回油通过平衡阀3与第二负载敏感压力补偿阀9 回到油箱，从而实现作业车悬臂的下压，给钻杆带来向下的压力。第二负载敏感压力补偿阀9 动作且位于右位时，液压泵7 的压力油通过第二负载敏感压力补偿阀9、平衡阀3进入变幅油缸2的无杆腔内，变幅油缸2的有杆腔的回油通过第二负载敏感压力补偿阀9 回到油箱，从而实现作业车悬臂的抬升。

作业过程中利用角度检测仪检测出悬臂俯仰角度；第一压力传感器1检测出变幅油缸2无杆腔的压力；第二压力传感器5检测出变幅油缸2有杆腔的压力；第三压力传感器11检测出第一负载敏感压力补偿阀8和第二负载敏感压力补偿阀9的压力油进口压力；

角度检测仪检测出的臂架俯仰角度状态数据；第一压力传感器1、第二压力传感器5、第三压力传感器11检测出的压力状态数据输入控制器；

所述控制器对第一压力传感器1、第二压力传感器5检测的数据进行解码并计算出当前钻进压力；控制器对所述角度检测仪检测的数据进行解码并计算钻杆的入土深度；控制器将预设的入土深度对应的钻进压力与当前钻进压力进行比较，并根据比较结果向所述控制器发送对所述电比例溢流阀4的控制指令；所述控制器根据接收到的控制指令来操作所述电比例溢流阀4，使当前钻进压力与预设的入土深度对应的钻进压力相等。

钻杆的入土深度是通过计算式h=l-L×sinα-H来计算的。式中：

h为钻杆的入土深度mm 

L 为悬臂根部铰点到悬臂上摆臂铰点的距离mm 

l 为悬臂上摆臂铰点到钻杆根部的距离mm

H为悬臂根部铰点到地面的距离mm

h 为钻杆入土深度mm

α为悬臂的俯仰角度。

钻进压力是通过以下计算式来计算的：

F=（G×L2+（P1×S1－P2×S2）×L1）/L3

式中： 

F为作用在钻杆上的力N

G为悬臂总成和钻杆总成的重力N

P1 为第二压力传感器5检测出变幅油缸2有杆腔的压力MPa

P2为第一压力传感器1检测出变幅油缸2无杆腔的压力MPa 

S1 为变幅油缸有杆腔的面积mm2

S2 为变幅油缸无杆腔的面积mm2

L 1为悬臂根部铰点到变幅油缸的力臂mm

L 2为悬臂根部铰点到悬臂总成和钻杆总成的重力的力臂mm

L 3为悬臂根部铰点到钻杆的力臂mm。

所述控制器对第三压力传感器11检测的数据进行解码与设定压力值进行比较，并根据比较结果向所述控制器发送对所述第一负载敏感压力补偿阀8和第二负载敏感压力补偿阀9的控制指令；所述控制器根据接收到的控制指令来操作所述第一负载敏感压力补偿阀8和第二负载敏感压力补偿阀9的阀芯开度，使钻杆的转速和变幅油缸2的进给速度在设定值范围内。

显然，本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明权利要求和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自动钻进液压控制系统，至少具有第一压力传感器（1）；变幅油缸（2）；平衡阀（3）；电比例溢流阀（4）；第二压力传感器（5）；驱动钻杆旋转的液压马达（6）；液压泵（7）；第一负载敏感压力补偿阀（8）；第二负载敏感压力补偿阀（9）；控制器；检测悬臂俯仰角度的角度检测仪，其特征在于，所述液压泵（7）的出油口与第一负载敏感压力补偿阀（8）、第二负载敏感压力补偿阀（9）的进油口连通；第一负载敏感压力补偿阀（8）的第一工作油口与所述液压马达（6）的第一工作油口连通，第二工作油口与所述液压马达（6）的第二工作油口连通，回油口与回油管连通；第二负载敏感压力补偿阀（9）的第一工作油口与所述变幅油缸（2）的有杆腔、电比例溢流阀（4）的压力油口及所述平衡阀（3）的控制油口连通，第二工作油口与平衡阀（3）的进油口连通，回油口与回油管连通；所述平衡阀（3）的出油口与所述变幅油缸（2）的无杆腔连通；所述第一压力传感器（1）用于检测变幅油缸（2）无杆腔的压力；所述第二压力传感器（5）用于检测变幅油缸（2）有杆腔的压力；所述第一压力传感器（1）、第二压力传感器（5）、电比例溢流阀（4）、和角度检测仪与所述控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的自动钻进液压控制系统，其特征在于，还具有溢流阀（10），所述溢流阀（10）的进油口与所述液压泵（7）的出口连通，溢流阀（10）的出油口与回油管连通。

3.根据权利要求1所述的自动钻进液压控制系统，其特征在于，还具有第三压力传感器（11），第三压力传感器（11）用于检测第一负载敏感压力补偿阀（8）和第二负载敏感压力补偿阀（9）的进油口液压油压力，第三压力传感器（11）、第一负载敏感压力补偿阀（8）和第二负载敏感压力补偿阀（9）与所述控制器电连接。

4.一种作业车，其特征在于，该作业车包括权利要求1～3任一项所述的自动钻进液压控制系统。

5.一种作业车的液压控制方法，用于作业车的自动钻进液压控制系统，所述自动钻进液压控制系统至少具有第一压力传感器（1）；变幅油缸（2）；平衡阀（3）；电比例溢流阀（4）；第二压力传感器（5）；驱动钻杆旋转的液压马达（6）；液压泵（7）；第一负载敏感压力补偿阀（8）；第二负载敏感压力补偿阀（9）；控制器；检测悬臂俯仰角度的角度检测仪，其特征在于，所述液压泵（7）的出油口与第一负载敏感压力补偿阀（8）、第二负载敏感压力补偿阀（9）的进油口连通；第一负载敏感压力补偿阀（8）的第一工作油口与所述液压马达（6）的第一工作油口连通，第二工作油口与所述液压马达（6）的第二工作油口连通，回油口与回油管连通；第二负载敏感压力补偿阀（9）的第一工作油口与所述变幅油缸（2）的有杆腔、电比例溢流阀（4）的压力油口及所述平衡阀（3）的控制油口连通，第二工作油口与平衡阀（3）的进油口连通，回油口与回油管连通；所述平衡阀（3）的出油口与所述变幅油缸（2）的无杆腔连通；所述第一压力传感器（1）用于检测变幅油缸（2）无杆腔的压力；所述第二压力传感器（5）用于检测变幅油缸（2）有杆腔的压力；所述第一压力传感器（1）、第二压力传感器（5）、电比例溢流阀（4）、和角度检测仪与所述控制器电连接，控制过程包括以下步骤：

1）利用角度检测仪检测出悬臂俯仰角度；第一压力传感器（1）检测出变幅油缸（2）无杆腔的压力；第二压力传感器（5）检测出变幅油缸（2）有杆腔的压力；

2) 角度检测仪检测出的臂架俯仰角度状态数据；第一压力传感器（1）、第二压力传感器（5）检测出的压力状态数据输入控制器；

3）所述控制器对第一压力传感器（1）、第二压力传感器（5）检测的数据进行解码并计算出当前钻进压力；控制器对所述角度检测仪检测的数据进行解码并计算钻杆的入土深度；控制器将预设的入土深度对应的钻进压力与当前钻进压力进行比较，并根据比较结果向所述控制器发送对所述电比例溢流阀（4）的控制指令； 

4）所述控制器根据接收到的控制指令来操作所述电比例溢流阀（4），使当前钻进压力与预设的入土深度对应的钻进压力相等。

6.根据权利要求5所述的作业车的液压控制方法，其特征在于，自动钻进液压控制系统还具有第三压力传感器（11），第三压力传感器（11）用于检测第一负载敏感压力补偿阀（8）和第二负载敏感压力补偿阀（9）的进油口液压油压力，第三压力传感器（11）、第一负载敏感压力补偿阀（8）和第二负载敏感压力补偿阀（9）与所述控制器电连接，所述控制过程还包括以下步骤：

1)利用第三压力传感器（11）检测出第一负载敏感压力补偿阀（8）和第二负载敏感压力补偿阀（9）的进油口液压油压力；

2)第三压力传感器（11）检测出的压力状态数据输入控制器；

3）所述控制器对第三压力传感器（11）检测的数据进行解码并与设定压力值进行比较，根据比较结果向所述控制器发送对所述第一负载敏感压力补偿阀（8）和第二负载敏感压力补偿阀（9）的控制指令； 

4)所述控制器根据接收到的控制指令来操作所述第一负载敏感压力补偿阀（8）和第二负载敏感压力补偿阀（9），使钻杆的转速和变幅油缸（2）的进给速度在设定值范围内。

7.根据权利要求5所述的作业车的液压控制方法，其特征在于，通过以下计算式来计算钻杆的入土深度：

h=l-L×sinα-H

式中：

h为钻杆的入土深度mm 

L 为悬臂根部铰点到悬臂上摆臂铰点的距离mm 

l 为悬臂上摆臂铰点到钻杆根部的距离mm

H为悬臂根部铰点到地面的距离mm

h 为钻杆入土深度mm

α为悬臂的俯仰角度。

8.根据权利要求5所述的作业车的液压控制方法，其特征在于，通过以下计算式来计算钻进压力：

F=（G×L2+（P1×S1－P2×S2）×L1）/L3

式中： 

F为作用在钻杆上的力N

G为悬臂总成和钻杆总成的重力N

P1 为第二压力传感器（5）检测出变幅油缸（2）有杆腔的压力MPa

P2为第一压力传感器（1）检测出变幅油缸（2）无杆腔的压力MPa 

S1 为变幅油缸有杆腔的面积mm2

S2 为变幅油缸无杆腔的面积mm2

L 1为悬臂根部铰点到变幅油缸的力臂mm

L 2为悬臂根部铰点到悬臂总成和钻杆总成的重力的力臂mm

L 3为悬臂根部铰点到钻杆的力臂mm。

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