CN103867312B - 钻机的发动机转速控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻机的发动机转速控制方法，把发动机转速分为低速档、高速档和介于低速档和高速档之间的中速档；根据钻机的工况控制发动机的转速，其中在怠速和行走工况下，发动机工作在低速档，其中，通过在发动机控制系统中设置低速档支路、中速档支路和高速档支路，并接通其中一路同时断开其他两路来控制发动机工作在相应的转速。本发明同时公开了相应的钻机的发动机转速控制系统。本发明将发动机的转速细分为三档，并且将钻机的工况细分为怠速和另外六种工作状况，按照其实际工作需求匹配相应的转速，使大部分工况下，发动机都不在高速档工作，达到降低功率消耗、节省燃油、降低噪音和延长部件寿命的目的。

Description

钻机的发动机转速控制方法及系统

技术领域

本发明涉及钻机，特别涉及一种钻机的发动机转速控制方法及系统，其能够达到节能降噪的目的。

背景技术

目前钻机中的主要驱动方式为，一台发动机同时带动空压机和油泵，从发动机工作开始，油泵和空压机即一直在工作。发动机通常需预设两档不同的转速：转速低于或等于1200rpm的低速档和转速等于或高于1800rpm的高速档。发动机启停时及日常维护时，发动机处在怠速工况下，发动机转速较低，处在低速档；而发动机处于其他工作情况下时，其转速较高，处在高速档。

钻机的工作时的工作情况主要有以下几种：行走、换杆和钻孔，并且钻孔时按空压机排风量不同又细分分为大风和小风两种不同工况。现有技术中，钻机的发动机转速一般只有两档，各工作情况下的转速情况如图1所示：即在怠速工况下，发动机处于低速，转速低于或等于1200rpm；而在行走、换杆以及以小风和大风钻孔这四种工况下，发动机均处于高速，即转速等于或高于1800rpm。不同工况，对液压及压缩空气的需求情况并不相同，行走、换杆两个工况下并不需要压缩空气或仅需要微量压缩空气，小风钻孔时只需部分压缩空气，仅大风钻孔时才需要全部的风量，所以不同工况下的能量消耗是不同的。

发动机的转速与空压机的实际消耗功率成正比关系。较高的发动机转速会导致过多的无用的功率消耗。这些无用的功率消耗在增大了燃油消耗的同时，也必然会最终转变成热量，而增加系统的负荷。

而发动机油耗也与发动机转速直接相关。转速越高，油耗一般也就越大，同时，较高的转速，还会降低发动机及各相关部件的寿命。此外，发动机的噪音与转速之间呈指数的关系，较高的转速，产生较大的噪音。现有技术中，发动机在各种工作情况下均在以高转速运行，具有油耗高、噪音大、产生的废热多以及各部件寿命短的缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是克服由于发动机的单一的工作转速造成的发动机油耗高、噪音大及寿命短等缺点。

为解决上述问题，本发明提供了一种钻机的发动机转速控制方法，把发动机转速分为低速档、高速档和介于低速档和高速档之间的中速档；根据钻机的工况控制发动机的转速，其中在怠速和行走工况下，发动机工作在低速档，其中，通过在发动机控制系统中设置低速档支路、中速档支路和高速档支路，并接通其中一路同时断开其他两路来控制发动机工作在相应的转速。

作为优选，在钻机进行钻孔工作时，当空压机处于大风的情况下，则控制发动机工作在高速档。

作为优选，在钻机进行钻孔工作时、空压机处于小风的工况下，根据液压系统的压力控制发动机的转速：如果液压系统的压力为低压，则控制发动机工作在低速档；如果液压系统的压力为高压，则控制发动机工作在中速档。

作为优选，如果钻机处在换杆工况下，根据液压系统的压力控制发动机的转速：如果液压系统的压力为低压，则控制发动机工作在中速档；如果液压系统的压力为高压，则控制发动机工作在高速档。

本发明同时提供了一种钻机的发动机转速控制系统，包括：钻机工况确定部，其配置为根据用户指令、发动机负载状况、液压系统运行状况和/或空压机运行状况确定钻机工况；低速档支路、中速档支路和高速档支路，其分别对应于发动机的低速档、中速档和高速档；发动机转速控制部，其配置为根据所述钻机工况确定部所确定的钻机工况，通过接通所述低速档支路、中速档支路和高速档支路中的其中一路同时断开其他两路来控制发动机工作在相应的转速，其中，在所述钻机工况确定部确定钻机工况为怠速工况或行走工况时，所述发动机转速控制部控制发动机工作在低速档。

作为优选，所述钻机工况确定部配置为在钻机进行钻孔工作时，当空压机为大风运行的情况下，确定钻机工况为大风钻孔工况；所述发动机转速控制部配置为在所述钻机工况确定部确定钻机工况为大风钻孔工况时，通过接通所述高速档支路同时断开低速档支路和高速档支路来控制发动机工作在高速档。

作为优选，所述钻机工况确定部配置为在钻机进行钻孔工作时、空压机为小风运行的状况下，当液压系统的压力为低压时，确定钻机工况为低压小风钻孔工况，且当液压系统的压力为高压时，确定钻机工况为高压小风钻孔工况：所述发动机转速控制部配置为在所述钻机工况确定部确定钻机工况为低压小风钻孔工况时，通过接通所述低速档支路同时断开中速档支路和高速档支路来控制发动机工作在低速档，并在所述钻机工况确定部确定钻机工况为高压小风钻孔工况时，通过接通所述中速档支路同时断开低速档支路和高速档支路来控制发动机工作在中速档。

作为优选，所述钻机工况确定部配置为在钻机进行换杆时，当液压系统的压力为低压时，确定钻机工况为低压换杆工况，且当液压系统的压力为高压时，确定钻机工况为高压换杆工况：所述发动机转速控制部配置为在所述钻机工况确定部确定钻机工况为低换杆工况时，通过接通所述中速档支路同时断开低速档支路和高速档支路来控制发动机工作在中速档，并在所述钻机工况确定部确定钻机工况为高压换杆工况时，通过接通所述高速档支路同时断开中速档支路和低速档支路来控制发动机工作在高速档。

本发明将发动机的转速细分为三档，并且将钻机的工况细分为怠速和另外六种工作状况，按照其实际工作需求匹配相应的转速，使大部分工况下，发动机都不在高速档工作，达到降低功率消耗、节省燃油、降低噪音和延长部件寿命的目的。

附图说明

图1为现有技术中的钻机的发动机在不同工况下的转速设置情况示意图。

图2为采用本发明的钻机的发动机在不同工况下的转速设置情况示意图。

图3为本发明的钻机的发动机转速控制系统的结构示意图。

图4为图3中的钻机的发动机转速控制系统的一个实施例的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明把发动机转速进一步细分为三个档，低于或等于1200rpm的低速档、1400rpm的中速档和等于或高于1800rpm的高速档。其中，本实施例中的中速档采用1400rpm，而在实际操作中，中速档一般等于1400rpm，也可以稍大于或稍小于1400rpm，但转速在1400±10rpm的范围内。

如图2所示，在本发明中，把钻机的工作情况更加细分，其中在怠速和行走工况下，发动机工作在低速档。

在钻机进行钻孔工作时，当空压机处于大风的情况下，则发动机工作在高速档，此种工况下，不再考虑其他因素。

在钻机进行钻孔工作时，对其工况进一步细分，其中空压机处于小风的工况下，根据液压系统的压力控制发动机的转速：如果液压系统的压力为低压，则发动机工作在低速档；如果液压系统的压力为高压，则发动机工作在中速档。

如果钻机处在换杆工况下，根据液压系统的压力控制发动机的转速：如果液压系统的压力为低压，则发动机工作在低速档；如果液压系统的压力为高压，则发动机工作在中速档。

本发明将原来单一的工作转速增加为两个工作转速（中速档和高速档）。具体控制时，钻机进行钻孔，仅在大风模式下的高速档。行走时使用低速档，而换杆工况和小风钻孔工况下，根据负载的情况在低速和中速之间自动切换。负载的大小根据液压系统的压力进行判断，其中液压系统的压力为高压，认为负载较大，使用中速档，如果液压系统的压力为低压，则使用低速档。这里，所谓的高压和低压即液压泵的压力，其中高压为大于30Bar的压力，低压为小于30Bar的压力。

本发明的钻机的发动机转速控制方法即可通过电路实现，也可以通过液压控制系统实现。

图3示出了根据本发明的发动机转速控制系统的结构示意图。

如图3所示，本发明的钻机的发动机转速控制系统包括：钻机工况确定部1，其根据用户指令、发动机负载状况、液压系统运行状况和/或空压机运行状况确定钻机工况。低速档支路3、中速档支路4和高速档支路5，其分别对应于发动机的低速档、中速档和高速档。发动机转速控制部2，其根据钻机工况确定部所确定的钻机工况，通过接通低速档支路3、中速档支路4和高速档支路5中的其中一路同时断开其他两路来控制发动机工作在相应的转速。其中，钻机工况确定部1和发动机转速控制部2也可以由同一个部件来实现。

其中，在钻机工况确定部1确定钻机工况为怠速工况或行走工况时，发动机转速控制部2控制发动机工作在低速档。

在钻机进行钻孔工作时，当空压机为大风运行的情况下，钻机工况确定部1确定钻机工况为大风钻孔工况，这时发动机转速控制部2通过接通高速档支路同时断开低速档支路和高速档支路来控制发动机工作在高速档。

在钻机进行钻孔工作时、空压机为小风运行的状况下，根据液压系统的压力为高压还是低压来确定钻机工况。当液压系统的压力为低压时，钻机工况确定部1确定钻机工况为低压小风钻孔工况，这时发动机转速控制部2通过接通低速档支路同时断开中速档支路和高速档支路来控制发动机工作在低速档；而当液压系统的压力为高压时，钻机工况确定部1确定钻机工况为高压小风钻孔工，这时发动机转速控制部2通过接通中速档支路同时断开低速档支路和高速档支路来控制发动机工作在中速档。

在钻机进行换杆时，也根据液压系统的压力为高压还是低压来确定钻机工况。当液压系统的压力为低压时，钻机工况确定部1确定钻机工况为低压换杆工况，这时发动机转速控制部2通过接通中速档支路同时断开低速档支路和高速档支路来控制发动机工作在中速档。而当液压系统的压力为高压时，钻机工况确定部1确定钻机工况为高压换杆工况，这时发动机转速控制部2通过接通高速档支路同时断开中速档支路和低速档支路来控制发动机工作在高速档。

图4示出了以电路实现的本发明的发动机转速控制系统的一个实施例。

如图4中所示，控制芯片的针脚60，58和45为发动机低速、高速和中速的控制端，低电平有效。301线为接地线，131为系统压力开关信号，155接大风阀开关信号。S189为手动转速切换开关，用于调试检修等工况。当发动机启动时针脚60接地，故发动机工作于低速，同时行走模式下发动机也工作于低速。工作于小风及换杆模式下，发动机也处于低速状态。但当131带电时，位于主控板上的油门继电器3和油门继电器2带电，分别断开低速控制端60、高速控制端58并使中速控制端45接地，使发动机工作于中速状态。当大风阀打开时，油门继电器3和油门继电器1带电，分别断开低速控制端60、中速控制端45并使高速控制端58接地，使发动机工作于高速状态。

综上，本发明将发动机的转速细分为三档，并且将钻机的工况细分为怠速和另外六种工作状况，按照其实际工作需求匹配相应的转速，使大部分工况下，发动机都不在高速档工作，达到降低功率消耗、节省燃油、降低噪音和延长部件寿命的目的。

当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.钻机的发动机转速控制方法，其特征在于，把发动机转速分为低速档、高速档和介于低速档和高速档之间的中速档；根据钻机的工况控制发动机的转速，其中在怠速和行走工况下，发动机工作在低速档，其中，通过在发动机控制系统中设置低速档支路、中速档支路和高速档支路，并接通其中一路同时断开其他两路来控制发动机工作在相应的转速

在钻机进行钻孔工作时，当空压机处于大风的情况下，则控制发动机工作在高速档；

在钻机进行钻孔工作时、空压机处于小风的工况下，根据液压系统的压力控制发动机的转速：

如果液压系统的压力为低压，则控制发动机工作在低速档；

如果液压系统的压力为高压，则控制发动机工作在中速档。

2.如权利要求1所述的钻机的发动机转速控制方法，其特征在于，如果钻机处在换杆工况下，根据液压系统的压力控制发动机的转速：

如果液压系统的压力为低压，则控制发动机工作在中速档；

如果液压系统的压力为高压，则控制发动机工作在高速档。

3.钻机的发动机转速控制系统，其特征在于，包括：

钻机工况确定部，其配置为根据用户指令、发动机负载状况、液压系统运行状况和/或空压机运行状况确定钻机工况；

低速档支路、中速档支路和高速档支路，其分别对应于发动机的低速档、中速档和高速档；

发动机转速控制部，其配置为根据所述钻机工况确定部所确定的钻机工况，通过接通所述低速档支路、中速档支路和高速档支路中的其中一路同时断开其他两路来控制发动机工作在相应的转速，其中

在所述钻机工况确定部确定钻机工况为怠速工况或行走工况时，所述发动机转速控制部控制发动机工作在低速档；

所述钻机工况确定部配置为在钻机进行钻孔工作时，当空压机为大风运行的情况下，确定钻机工况为大风钻孔工况；

所述发动机转速控制部配置为在所述钻机工况确定部确定钻机工况为大风钻孔工况时，通过接通所述高速档支路同时断开低速档支路和高速档支路来控制发动机工作在高速档；

所述钻机工况确定部配置为在钻机进行钻孔工作时、空压机为小风运行的状况下，当液压系统的压力为低压时，确定钻机工况为低压小风钻孔工况，且当液压系统的压力为高压时，确定钻机工况为高压小风钻孔工况：

所述发动机转速控制部配置为在所述钻机工况确定部确定钻机工况为低压小风钻孔工况时，通过接通所述低速档支路同时断开中速档支路和高速档支路来控制发动机工作在低速档，并在所述钻机工况确定部确定钻机工况为高压小风钻孔工况时，通过接通所述中速档支路同时断开低速档支路和高速档支路来控制发动机工作在中速档。

4.如权利要求3所述的钻机的发动机转速控制系统，其特征在于，

所述钻机工况确定部配置为在钻机进行换杆时，当液压系统的压力为低压时，确定钻机工况为低压换杆工况，且当液压系统的压力为高压时，确定钻机工况为高压换杆工况：

所述发动机转速控制部配置为在所述钻机工况确定部确定钻机工况为低换杆工况时，通过接通所述中速档支路同时断开低速档支路和高速档支路来控制发动机工作在中速档，并在所述钻机工况确定部确定钻机工况为高压换杆工况时，通过接通所述高速档支路同时断开中速档支路和低速档支路来控制发动机工作在高速档。