CN104832298A - 一种发动机档位控制系统和旋挖钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机档位控制系统，包括控制器、油门旋钮、操作手柄，油门旋钮上设置有至少两个发动机档位，每一个发动机档位对应不同的发动机转速和功率输出，操作手柄上设置有用于控制发动机全功率输出的全功率输出按钮；当按下全功率输出按钮时，控制器控制发动机全功率输出，否则根据油门旋钮的发动机档位控制发动机对应的发动机转速输出。本发明还提供了一种旋挖钻机。本发明可以快速适用旋挖钻机负载短时突然变大等恶劣工况，延长了发动机使用寿命，提高了施工效率；发动机启动保护模块可以有效防止机手不规范启动发动机；标定模块实现了一键标定功能，使标定操作简单，方便机手操作。

Description

一种发动机档位控制系统和旋挖钻机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种发动机档位控制系统和旋挖钻机。

背景技术

旋挖钻机是一种适合在建筑基础工程中成孔作业的施工机械，配合不同钻具，适应于短螺旋、回转斗及岩层的成孔作业。对干硬性黏土可不用稳定液护壁的干式旋挖工法，一般的覆盖层采用静态泥浆护壁的湿式旋挖工法，它广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。

旋挖钻机动力系统由发动机与液压泵直接连接，为发动机和液压传动相结合的统一体。由于旋挖钻机工作环境恶劣，负载变化很大，经常碰到负载短时突然变大的情况，因此需要采用大功率发动机驱动。旋挖钻机在旋工时，如果发动机全功率输出必然造成整机节能性能下降，因此发动机的控制也对整机节能性有很大影响。发动机控制是旋挖钻机控制系统的一项核心内容，发动机控制的好坏直接影响施工效率和发动机寿命。

目前，旋挖钻机发动机控制一般采用多档旋钮开关控制发动机转速，合适的档位能够使施工高效节能，但是如何选择档位对机手是个挑战，需要具有丰富知识和经验。在施工工程中，经常碰到负载短时突然变大的情况，调节档位不能满足实时性需求。由于没有发动机启动保护功能，部分机手经常连续启动发动机或在高档位启动发动机，这样对发动机危害很大。发动机档位或转速不符合要求时，复杂的标定过程需要由专业人员进行。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种发动机档位控制系统和旋挖钻机，以解决旋挖钻机负载短时突然变大的情况，调节档位不能满足实时性需求的问题。

一方面，本发明提供了一种发动机档位控制系统，包括控制器、油门旋钮、操作手柄，油门旋钮上设置有至少两个发动机档位，每一个发动机档位对应不同的发动机转速和功率输出，操作手柄上设置有用于控制发动机全功率输出的全功率输出按钮；当按下全功率输出按钮时，控制器控制发动动机全功率输出，否则根据油门旋钮的发动机档位控制发动机对应的发动机转速输出。

为了使发动机与旋挖钻机负载功率相匹配，适用不同工况，油门旋钮上设置有启动档、低耗档、经济档、重载档、强力档五个发动机档位。

为了保护发动机，延长发动机使用寿命，控制器包括发动机启动保护模块，当启动发动机时，发动机启动保护模块自动将发动机档位降为启动档；当发动机启动成功后，发动机启动保护模块将发动机档位切换至油门旋钮的发动机档位状态；当发动机启动失败后，发动机启动保护模块延时后再一次启动发动机。

进一步地，包括第一时间继电器和第二时间继电器；当发动机启动失败后，且如果启动次数小于预设启动次数值时，发动机启动保护模块在启动第一时间继电器延时后再一次启动发动机，并使启动次数加1，如果发动机再一次启动失败，发动机启动保护模块启动第二时间继电器延时后再一次启动发动机，并使启动次数加1。

进一步地，包括第三时间继电器，当发动机启动失败后，且如果启动次数大于预设启动次数值时，发动机启动保护模块在启动第三时间继电器延时后最一次启动发动机，如果发动机仍然启动失败，发动机启动保护模块结束发动机启动。

进一步地，第一时间继电器的延时时间为15秒，第二时间继电器的延时时间为30秒，第三时间继电器的延时时间为120秒。

进一步地，当发动机转速大于或等于600转/分钟时，发动机启动保护模块判断发动机启动成功；否则，判断发动机启动失败。

当发动机档位或转速不符合工况要求时，简化发动机档位和速度标定过程，方便机手标定，包括显示器，控制器包括用于标定发动机档位和转速的标定模块，标定模块的标定步骤如下：将油门旋钮放在最低档上，通过显示器选择发动机转速标定，则发动机从最低档开始进行转速标定，标定模块调节发动机的油门电压，当发动机实际转速与目标转速满足转速偏差，且保持在预设保持时间内时，则将此发动机实际转速对应的油门电压保存为目标油门电压，然后自动进入下一个档位标定。

另外，本发明还提供了一种旋挖钻机，包括上述的发动机档位控制系统。

本发明的一种发动机档位控制系统和旋挖钻机有益效果在于：

1)、操作手柄是用于控制旋挖钻机施工作业的，旋挖钻机在旋工过程中，当碰到恶劣工况时，机手操作手柄上的全功率输出按钮，使发动机马上输出全功率，快速适应恶劣工况。解决了旋挖钻机负载短时突然变大的情况，调节档位不能满足实时性需求的问题。

2)、发动机启动保护模块可以有效防止机手不规范启动发动机，延长发动机使用寿命。

3)、标定模块实现了一键标定功能，使标定操作简单，方便机手操作。

4)、油门旋钮上设置有启动档、低耗档、经济档、重载档、强力档五个发动机档位。实现了发动机与旋挖钻机负载功率相匹配，适用不同工况。

附图说明

构成本发明的一部分的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为本发明发动机控制系统硬件示意图；

图2为本发明发动机启动保护模块控制流程示意图；

图3为本发明标定模块标定流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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。

如图1至3所示，本发明优选的一种发动机档位控制系统，发动机的输出轴直接与液压泵相连接，液压泵向旋挖钻机的液压系统提供液压油动力。

如图1所示，发动机档位控制系统包括显示器和控制器，油门电机调节发动机油门开度，油门旋钮、操作手柄、发动机测速传感器、钥匙开关、其它信号输入装置与控制器的输入端相连接。油门旋钮上设置有至少两个发动机档位，每一个发动机档位对应不同的发动机转速和功率输出，控制器根据油门旋钮的不同发动机档位，油门电机输出不同的油门电压，从而使发动机输出不同的转速和功率。

显示器进行发动机状态、转速等数据显示和各种模式选择设定按钮。控制器采集的信号和显示屏命令，利用发动机控制模型确定控制方式，输出控制信号到发动机、液压泵、启动马达等其它信号输出装置。钥匙开关用来控制发动机的启动和停止。油门旋钮用来选择发动机的档位，设定目标转速和液压泵输出功率。发动机测速传感器测量发动机的实际转速。启动马达用来启动发动机。发动机是整个旋挖钻机的动力源。液压泵为液压系统提供动力。

操作手柄是用于控制旋挖钻机施工作业的手柄，例如：动力头正反转、上车左右旋转等，在操作手柄上设置有用于控制发动机全功率输出的全功率输出按钮；当按下全功率输出按钮时，控制器向油门电机输出发动机全功率油门电压，控制发动动机全功率输出。当松下全功率输出按钮时，根据油门旋钮的发动机档位控制发动机对应的发动机转速输出。

为了使发动机与旋挖钻机负载功率相匹配，适用不同工况，保证了施工的高效节能。根据旋挖钻机施工工况，把发动机档位分为启动档、低耗档、经济档、重载档、强力档五个档位，油门旋钮分为五档，与发动机档位相对应。每个档位对应不同转速和不同功率，使旋挖钻机既能适应施工工况，又能达到高效节能。

旋挖钻机施工时，首先根据地质情况通过油门旋钮选择发动机档位，发动机档位确定后，其对应的转速和液压泵功率也相应确定，结合发动机失速，通过发动机控制模型，实现发动机转速和液压泵的功率稳定，保证了施工的高效节能。

在施工工程中，经常碰到负载短时突然变大的恶劣工况或者某个动作需要大功率高转速，如果不停地调节发动机档位，既操作麻烦又影响施工效率，不能满足实时性需求。当碰到恶劣工况时，按下操作手柄上的全功率输出按钮，控制器通过发动机控制模型，自动向油门电机输出发动机全功率油门电压，控制发动动机全功率输出，快速适应恶劣工况；当工况恢复正常时，松开全功率输出按钮，发动机恢复油门旋钮选择的发动机档位转速和功率。从而解决了旋挖钻机负载短时突然变大的情况，调节档位不能满足实时性需求的问题。

如图2所示，为了保护发动机，延长发动机使用寿命，控制器包括发动机启动保护模块。当启动发动机时，发动机启动保护模块自动将发动机档位降为启动档；当发动机启动成功后，发动机启动保护模块将发动机档位切换至油门旋钮的发动机档位状态；当发动机启动失败后，发动机启动保护模块延时后再一次启动发动机。

判断发动机是否启动成功或启动失败方法如下：当发动机转速大于或等于600转/分钟时，发动机启动保护模块判断发动机启动成功；否则，判断发动机启动失败。

发动机启动保护模块延时后再一次启动发动机程序如下：

包括第一时间继电器、第二时间继电器、第三时间继电器；第一时间继电器延时15秒，第二时间继电器延时30秒，第三时间继电器延时120秒。当发动机启动失败后，且如果启动次数小于5次，发动机启动保护模块在启动第一时间继电器延时15秒后再一次启动发动机，并使启动次数加1，如果发动机再一次启动失败，发动机启动保护模块启动第二时间继电器延时30秒后再一次启动发动机，并使启动次数加1。如果发动机启失败程序结束，返回开始状态。

当发动机启动失败后，且如果启动次数大于5时，发动机启动保护模块在启动第三时间继电器延时120秒后最一次启动发动机，如果发动机仍然启动失败程序结束，返回开始状态。

发动机启动保护模块，防止机手不规范启动发动机，延长了发动机使用寿命。

如图3所示，当发动机档位或转速不符合工况要求时，需要重新标定发动机档位和速度。为了方便机手标定，控制器包括用于标定发动机档位和转速的标定模块，标定模块的标定步骤如下：

将油门旋钮放在最低档上，通过显示器选择发动机转速标定，则发动机从最低档开始进行转速标定，标定模块调节发动机的油门电压，当发动机实际转速与目标转速满足转速偏差<m转，且保持在预设保持时间t内时，则将此发动机实际转速对应的油门电压保存为目标油门电压，然后自动进入下一个档位标定。标定模块实现了一键标定功能，极大地降低了机手标定难度。

本发明还提供了一种旋挖钻机，包括上述的发动机档位控制系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种发动机档位控制系统，包括控制器、油门旋钮、操作手柄，其特征在于，油门旋钮上设置有至少两个发动机档位，每一个发动机档位对应不同的发动机转速和功率输出，操作手柄上设置有用于控制发动机全功率输出的全功率输出按钮；当按下全功率输出按钮时，控制器控制发动动机全功率输出，否则根据油门旋钮的发动机档位控制发动机对应的发动机转速输出。

2.根据权利要求1所述的发动机档位控制系统，其特征在于，油门旋钮上设置有启动档、低耗档、经济档、重载档、强力档五个发动机档位。

3.根据权利要求2所述的发动机档位控制系统，其特征在于，控制器包括发动机启动保护模块，当启动发动机时，发动机启动保护模块自动将发动机档位降为启动档；当发动机启动成功后，发动机启动保护模块将发动机档位切换至油门旋钮的发动机档位状态；当发动机启动失败后，发动机启动保护模块延时后再一次启动发动机。

4.根据权利要求3所述的发动机档位控制系统，其特征在于，包括第一时间继电器和第二时间继电器；当发动机启动失败后，且如果启动次数小于预设启动次数值时，发动机启动保护模块在启动第一时间继电器延时后再一次启动发动机，并使启动次数加1，如果发动机再一次启动失败，发动机启动保护模块启动第二时间继电器延时后再一次启动发动机，并使启动次数加1。

5.根据权利要求4所述的发动机档位控制系统，其特征在于，包括第三时间继电器，当发动机启动失败后，且如果启动次数大于预设启动次数值时，发动机启动保护模块在启动第三时间继电器延时后最一次启动发动机，如果发动机仍然启动失败，发动机启动保护模块结束发动机启动。

6.根据权利要求5所述的发动机档位控制系统，其特征在于，第一时间继电器的延时时间为15秒，第二时间继电器的延时时间为30秒，第三时间继电器的延时时间为120秒。

7.根据权利要求3所述的发动机档位控制系统，其特征在于，当发动机转速大于或等于600转/分钟时，发动机启动保护模块判断发动机启动成功；否则，判断发动机启动失败。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的发动机档位控制系统，其特征在于，包括显示器，控制器包括用于标定发动机档位和转速的标定模块，标定模块的标定步骤如下：将油门旋钮放在最低档上，通过显示器选择发动机转速标定，则发动机从最低档开始进行转速标定，标定模块调节发动机的油门电压，当发动机实际转速与目标转速满足转速偏差，且保持在预设保持时间内时，则将此发动机实际转速对应的油门电压保存为目标油门电压，然后自动进入下一个档位标定。

9.一种旋挖钻机，其特征在于，包括如权利1至8任意一项所述的发动机档位控制系统。