CN103850672A

CN103850672A - 液压驱动钻机的控制系统

Info

Publication number: CN103850672A
Application number: CN201410106853.3A
Authority: CN
Inventors: 沈文宝
Original assignee: Huzhou Qianjin Baoyun Machinery Casting Co Ltd
Current assignee: Huzhou Qianjin Baoyun Machinery Casting Co Ltd
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明公开了一种液压驱动钻机的控制系统。本发明的比例阀控制放大器（16）包括与电流互感器（17）相连的输入接口单元（18），输入接口单元（18）连接有一信号处理单元（19），信号处理单元（19）连接一功率放大单元（20），功率放大单元（20）与比例调速阀（15）连接；所述的比例调速阀（15）上设有位移传感器（21），位移传感器（21）连接有一信号调理电路（22），信号调理电路（22）与信号处理单元相连（19）。本发明可以有效防止钻杆电机过载而引起的设备故障，同时可以提高钻地的效率。

Description

液压驱动钻机的控制系统

技术领域

本发明涉及一种水平定向钻机，特别是一种通过液压驱动钻杆进给的水平定向钻机。

背景技术

目前，随着现代文明意识和环保意识的逐渐加强，开挖路面进行各类地下管线施工导致的社会问题，交通问题和环境污染问题已越来越受人民的关注，城市限制开挖施工的法规将陆续出台，这给非开挖水平定向钻提供了广阔的舞台。现有的水平定向钻机在钻地过程中，一旦遇到坚硬的石块，钻杆的转动就会减慢，甚至停止转动，导致驱动钻杆的电机损坏甚至烧毁。目前的研究通过电机与钻杆进给速度的反馈来解决上述问题，但是研究中的反馈控制系统较不成熟，使得稳定性和响应速度都较不理想，仍未能完全解决电机损坏甚至烧毁的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种液压驱动钻机的控制系统。本发明可以有效防止钻杆电机过载而引起的设备故障，同时可以提高钻地的效率。

本发明的技术方案：一种液压驱动钻机的控制系统，包括机架，机架的下方设有履带，机架的上方设有驾驶室；机架的侧面设有水平定向钻机组，水平定向钻机组包括一底座，底座的前部与机架的侧面转动连接，底座的后部经一升降活塞与机架相连；所述的底座的侧面设有轨道，底座的上方设有与轨道配合的移动滑块，移动滑块的上方设有一钻杆电机，钻杆电机的输出端固定一钻杆；所述的底座的底部设有一液压缸，液压缸的伸出端与移动滑块连接；该钻机还包括一油泵，油泵经P油路连接有一三位四通电磁阀，三位四通电磁阀的A油路和B油路分别与液压缸的两端连接，三位四通电磁阀的T油路与油箱相连；所述的B油路上连接有一比例调速阀，比例调速阀连接有一比例阀控制放大器，比例阀控制放大器连接有一电流互感器，电流互感器经电路与转杆电机相连；所述的比例阀控制放大器包括与电流互感器相连的输入接口单元，输入接口单元连接有一信号处理单元，信号处理单元连接一功率放大单元，功率放大单元与比例调速阀连接；所述的比例调速阀上设有位移传感器，位移传感器连接有一信号调理电路，信号调理电路与信号处理单元相连。

上述的液压驱动钻机的控制系统中，所述的P油路上还连接有一溢流阀。

前述的液压驱动钻机的控制系统中，其特征在于：所述的信号处理单元与功率放大单元之间还设有信号调节单元。

前述的液压驱动钻机的控制系统中，所述的信号处理单元为FPGA。

前述的液压驱动钻机的控制系统中，所述的信号调节单元包括运算放大器U1，U1的负输入端经电阻R0与信号处理单元(19)相连，U1的负输入端还经电阻R1和电容C与U1的输出端相连，U1的输出端与功率放大单元相连。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

（1）通过与转动电机相连的电流互感器和与比例调速阀的反馈控制，即在钻机钻地过程中，当钻到坚硬的石块，钻杆电机转动异常，电流互感器检测电机的相电流发生变化，电流互感器将信号发送给比例阀控制放大器，比例阀控制放大器将信号放大后再将信号发送给比例调速阀，比例调速阀通过控制液压油流速，减缓钻杆的进给速度，减小钻杆所受到的负荷，避免由于过载而引起的设备故障，同时本发明也能保证在钻地过程中钻杆始终以一定转速旋转，保证了钻地效果的一致性。

（2）本发明还对比例阀控制放大器进行了改进，改进后的比例阀控制放大器具有良好的稳态控制特性、动态响应快，频带宽、功率放大级的功耗小、抗干扰能力强，有很好的稳定性和可靠性等效果。因此液压缸的运行稳定且可靠，使得钻地的稳定性和响应速度，理想地解决了电机损坏甚至烧毁的问题。

（3）本发明还对信号调节单元进行了改进，改进后的信号调节单元既能快速地抑制干扰量，又能进行精确的调整，消除静差。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的开环控制示意图；

图3是比例阀控制放大器的结构示意图；

图4是信号调节单元的结构示意图；

图5是信号调理电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的限制。

实施例：一种液压驱动钻机的控制系统，如附图1和附图2所示，包括机架1，机架1的下方设有履带2，机架1的上方设有驾驶室3；机架的侧面设有水平定向钻机组4，水平定向钻机组4包括一底座5，底座5的前部与机架1的侧面转动连接，底座5的后部经一升降活塞6与机架1相连，通过升降活塞的升降实现钻杆钻地角度的调节；所述的底座5的侧面设有轨道7，底座5的上方设有与轨道7配合的移动滑块8，使得移动滑块可以在底座的轨道上自由滑行，移动滑块8 的上方设有一钻杆电机11，钻杆电机11的输出端固定一钻杆9；本发明还包括一油泵12，油泵12经P油路连接有一三位四通电磁阀13，三位四通电磁阀的四个通路分别为P、T、A和B油路，三位四通电磁阀13的A油路和B油路分别与液压缸14的两端连接，三位四通电磁阀13的T油路与油箱相连；所述的B油路上连接有一比例调速阀15，比例调速阀可以是电液比例节流阀，比例调速阀15连接有一比例阀控制放大器16，比例阀控制放大器16连接有一电流互感器17，电流互感器用以检测电机的相电流变化，电流互感器17经电路与电机7相连，。所述的P油路上还连接有一溢流阀10。所述的比例阀控制放大器通过接受到的电机相电流变化，再对比例调速阀提供特定电流，从而调节比例调速阀的流速，再对液压缸的进给速度进行调整，所述的比例阀控制放大器可以通过市售获得，因此具体结构在此不在赘述。

如附图3所示，所述的比例阀控制放大器16包括与电流互感器17相连的输入接口单元18，输入接口单元18连接有一信号处理单元19，信号处理单元19连接一功率放大单元20，功率放大单元可以采用常规的功率放大器，功率放大单元20与比例调速阀15连接；所述的比例调速阀15上设有位移传感器21，位移传感器21连接有一信号调理电路22，信号调理电路22与信号处理单元相连19，信号调理电路22也称测量放大电路，其接收比例调速阀上电磁铁的位移传感信号，再反馈给信号处理单元，调节比例调速阀的速度，所述的信号调理电路也可采用常规的电路，如图5所示。所述的信号处理单元19与功率放大单元20之间还设有信号调节单元23。所述的信号处理单元19为FPGA。如附图4所示，所述的信号调节单元23包括运算放大器U₁，U₁ 的负输入端经电阻R₀与信号处理单元19相连，U₁的负输入端还经电阻R₁和电容C与U₁的输出端相连，U₁的输出端与功率放大单元20相连。

Claims

1.液压驱动钻机的控制系统，其特征在于：包括机架（1），机架（1）的下方设有履带（2），机架（1）的上方设有驾驶室（3）；机架的侧面设有水平定向钻机组（4），水平定向钻机组（4）包括一底座（5），底座（5）的前部与机架（1）的侧面转动连接，底座（5）的后部经一升降活塞（6）与机架（1）相连；所述的底座（5）的侧面设有轨道（7），底座（5）的上方设有与轨道（7）配合的移动滑块（8），移动滑块（8）的上方设有一钻杆电机（11），钻杆电机（11）的输出端固定一钻杆（9）；所述的底座的底部设有一液压缸，液压缸的伸出端与移动滑块连接；该钻机还包括一油泵（12），油泵（12）经P油路连接有一三位四通电磁阀（13），三位四通电磁阀（13）的A油路和B油路分别与液压缸（14）的两端连接，三位四通电磁阀（13）的T油路与油箱相连；所述的B油路上连接有一比例调速阀（15），比例调速阀（15）连接有一比例阀控制放大器（16），比例阀控制放大器（16）连接有一电流互感器（17），电流互感器（17）经电路与转杆电机（11）相连；所述的比例阀控制放大器（16）包括与电流互感器（17）相连的输入接口单元（18），输入接口单元（18）连接有一信号处理单元（19），信号处理单元（19）连接一功率放大单元（20），功率放大单元（20）与比例调速阀（15）连接；所述的比例调速阀（15）上设有位移传感器（21），位移传感器（21）连接有一信号调理电路（22），信号调理电路（22）与信号处理单元相连（19）。

2.根据权利要求1所述的液压驱动钻机的控制系统，其特征在于：所述的P油路上还连接有一溢流阀（10）。

3.根据权利要求1所述的研液压驱动钻机的控制系统，其特征在于：所述的信号处理单元（19）与功率放大单元（20）之间还设有信号调节单元（23）。

4.根据权利要求1至3任一项所述的液压驱动钻机的控制系统，其特征在于：所述的信号处理单元（19）为FPGA。

5.根据权利要求3所述的液压驱动钻机的控制系统，其特征在于：所述的信号调节单元（23）包括运算放大器U1，U1的负输入端经电阻R0与信号处理单元(19)相连，U1的负输入端还经电阻R1和电容C与U1的输出端相连，U1的输出端与功率放大单元(20)相连。