CN106438532B - 一种电比例控制式凿岩机凿岩效率自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电比例控制式凿岩机凿岩效率自动控制系统。其包括ECU电子控制单元、液压泵、单向阀、液压马达、减压阀、换向阀、电比例压力阀、溢流阀、压力补偿阀、转速传感器、压力传感器，ECU电子控制单元分别与转速传感器、压力传感器以及电比例压力阀电连接；推进和冲击系统中液压泵经压力补偿阀与冲击机构相连；回转系统中液压泵经单向阀与液压马达相连，液压马达经减压阀与电比例压力阀相连。本发明通过电液信号变换，实现液压系统压力的连续自动控制；并可实现冲击压力和推进压力、旋转速度的协调匹配，大幅度提高凿岩效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种凿岩机凿岩控制系统，特别涉及一种电比例控制式凿岩机凿岩效率自动控制系统。
背景技术
液压凿岩台车是一种用于岩石开孔和挖掘开挖的专用设备。在一些隧道及地下工程等大端面的岩石掘进工程中，液压凿岩台车起着不可替代的作用。液压凿岩系统是液压凿岩台车的核心部分，工作时，液压马达驱动钎杆旋转，同时液压系统推进液压缸推动钎杆前进，保证钎具与岩石有效接触，通过冲击活塞冲击钎杆，再由钎杆将能量传递到岩石上，达到破碎岩石的目的。在凿岩破碎工作过程中，从能量转化与传递角度考虑，整个凿岩工作过程中有三个能量转换环节，首先是液压油的压力能转化为冲击活塞的动能；然后是活塞的动能转化为钎杆的应变能；最后是应变能使岩石破碎转变为岩石的表面能。以上各种能量转化与传递的高效性是提高液压凿岩机凿岩效率的重要环节，要提高液压凿岩机的凿岩效率就应紧扣这些能量转变与传递环节。其中，液压油的压力能转化为冲击活塞的动能，该能量转化功能主要由液压凿岩机的冲击机构实现；活塞的动能转化为钎杆的应变能、应变能使岩石破碎转变为岩石的表面能，该能量转化与传递主要是液压凿岩机的冲击机构、钎杆、推进缸、岩石相互作用的结果。影响凿岩机总体凿岩效率的因素很多，如凿岩性质、钎头形状与直径、炮孔深度、冲机能、冲击频率、回转速度、轴推力、冲洗水量大小等，其中最主要的还是冲击能、冲击频率、回转速度和轴推力。冲击能和冲击频率主要由凿岩机的冲击压力决定；回转速度由回转马达决定；轴推力由推进系统产生。
现有的液压凿岩机凿岩效率自动控制系统主要由冲击系统和冲击凿入系统(回转系统和推进系统)组成，而且，以往对于这两大系统的研究工作基本都是独立进行的，对冲击系统的研究没有考虑冲击凿入系统的影响，而对冲击凿入系统的研究又没有考虑冲击系统的限制。实际上，凿岩机冲击系统和冲击凿入系统只有作某种匹配时，才能得到较好的凿岩效果。其中冲击系统中的冲击压力用液控压力阀来控制，冲击凿入系统的回转速度和推进力由液控换向阀来控制。现有液压凿岩机自动控制系统用液控阀控制系统的压力具有很多的问题。如系统复杂、液压冲击和液压脉动大、控制效率和控制精度低、稳定性差、冲击系统和冲击凿入系统的匹配特性差。
发明内容
为了解决现有的液压凿岩机凿岩效率自动控制系统中冲击系统和冲击凿入系统的匹配特性差，控制效率以及控制精度低的技术问题，本发明提供一种比例控制式实时调节系统压力的电比例控制式凿岩机冲击压力自动控制系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种电比例控制式凿岩机凿岩效率自动控制系统，包括回转系统、推进系统、冲击系统，其中回转系统中第一液压泵的进油口与油箱相连；液压泵的出油口分别接第一单向阀和第一溢流阀，第一溢流阀的出油口接油箱；第一单向阀的另一端分别接第一减压阀和液压马达，液压马达的另一端接油箱；液压马达上装有转速传感器，转速传感器把转速信号传递给ECU电子控制单元；ECU电子控制单元分别与第一电比例压力阀和第二电比例压力阀电连接；第一减压阀的另一端分别接第一、第二电比例压力阀，第一、第二电比例压力阀的另一端与换向阀远程液控端的左右口分别连接，推进和冲击系统中第二液压泵的进油口与油箱相连；第二液压泵的出油口分别接第二溢流阀、第二单向阀和压力补偿阀，第二溢流阀的出油口接油箱，压力补偿阀的另一端接冲击机构；第二单向阀的另一端分别接换向阀的P口和第二减压阀，换向阀的A口接推进缸的无杆腔，推进缸的有杆腔接换向阀的B口，换向阀的T口接油箱；推进缸两腔的油路上安装两个压力传感器，压力传感器与ECU电子控制单元电连接，第二减压阀的另一端接第三电比例压力阀；第三电比例压力阀的另一端接压力补偿阀的远程液控口；推进缸两腔的压力通过压力传感器把压力信号传递给ECU电子控制单元；ECU电子控制单元与第三电比例压力阀电连接。
本发明的有益效果：本发明中通过转速传感器将液压马达的转速信号引入ECU电子控制单元中，ECU接收到液压马达的转速信号后，输出控制信号控制电比例压力阀的阀芯位移，从而调节第一、二电比例压力阀的输出压差缓慢变化，进而通过第一、二电比例压力阀的输出压差控制换向阀的换向，通过换向阀的换向实现凿岩机推进缸的工作调整和工作切换，从而达到液压系统马达转速连续自动控制推进力，实现马达转速与推进力无极自动匹配；本发明还在推进缸两腔的油路上安装两个压力传感器，通过压力传感器将推进缸两腔的压力信号引入ECU电子控制单元中，ECU接收到推进缸两腔的压力信号后，输出控制信号控制第三电比例压力阀的阀芯位移，从而调节第三电比例压力阀的输出压力缓慢变化，进而通过第三电比例压力阀的输出压力控制压力补偿阀的出口压力，从而达到液压系统推进力连续自动控制冲击压力，实现推进力与冲击压力无极自动匹配，最终实现冲击系统和冲击凿入系统的自动匹配。本发明中通过电液信号变换，实现液压系统压力的连续自动控制；可实现冲击压力和推进压力、旋转速度的协调匹配，大幅度提高凿岩效率；通过电液控制，大大化简控制回路及系统；控制效率和控制精度高，易于实现闭环控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括回转系统、推进系统、冲击系统，回转系统中液压泵1的进油口与油箱相连；液压泵1的出油口分别接单向阀3和溢流阀2，溢流阀2的出油口接油箱；单向阀3的另一端分别接减压阀5和液压马达4，液压马达4的另一端接油箱；液压马达4通过转速传感器把转速信号传递给ECU电子控制单元；ECU电子控制单元的另一端分别与电比例压力阀6和7电连接；减压阀5的另一端分别接电比例压力阀6和7，电比例压力阀6和7的另一端与换向阀14远程液控端的左右口分别连接。推进和冲击系统中液压泵8的进油口与油箱相连；泵8的出油口分别接溢流阀9、单向阀10和压力补偿阀13，溢流阀9的出油口接油箱，压力补偿阀13的另一端接冲击机构；单向阀10的另一端分别接换向阀14的P口和减压阀11，换向阀14的A口接推进缸15的无杆腔，推进缸15的有杆腔接换向阀14的B口，换向阀14的T口接油箱；减压阀11的另一端接电比例压力阀12；电比例压力阀12的另一端接压力补偿阀13的远程液控口；推进缸15两腔的压力通过压力传感器把压力信号传递给ECU电子控制单元；ECU电子控制单元的另一端与电比例压力阀12电连接；液压泵1是一个排量为30L/min的双作用式叶片泵；溢流阀2、9是一个设定压力为20MPa的安全阀；液压马达4是一个转速为75r/min的双向定量马达；减压阀5、减压阀11的公称压力为10MPa；电比例压力阀6，7、12的开启压力为0.5MPa，调压范围为0～10MPa；液压泵8是一个压力为18MPa的恒压泵；换向阀14是一个三位五通液控换向阀。
本发明利用液压泵1给回转系统供油，通过在液压马达4输出轴上安装一个转速传感器，实时的将液压马达4的转速信号引入ECU电子控制单元中，控制电比例压力阀6、7的出口压力，进而通过电比例压力阀6、7的输出压差控制换向阀14阀芯的位移，通过换向阀14阀芯的移动实现凿岩机推进缸的工作调整和工作切换，从而达到液压系统马达转速连续自动控制推进力，实现马达转速与推进力无极自动匹配。随着液压马达4转速的逐渐降低，通过转速传感器，液压马达4的转速信号进入到ECU中，ECU采集到输入信号后，进行综合判断和处理，经过运算和决策等信息加工处理后，按照控制器中储存的控制规律发出相应的控制信号，控制电比例压力阀6、7阀芯的移动，调节电比例压力阀6、7的出口压差缓变升高，进而换向阀14通过引入液压差和阀内的弹簧力差动实现阀芯移动。由于ECU的控制，电比例压力阀6、7的阀芯缓变移动，电比例压力阀6、7出口压差缓变升高，进而控制换向阀14阀芯进行缓变式移动。液压马达4转速越低则ECU输出的控制信号越强，电比例压力阀6、7的出口压差就越大，换向阀14的阀口开度越小，推进压力越小，使得推进压力随液压马达转速降低而无极下降，实现马达转速与推进力无极自动匹配。
本发明利用液压泵8给推进和冲击系统供油，通过在推进缸15两腔的油路上安装两个压力传感器，可以实时的将推进缸15两腔油路上的压力信号引入ECU电子控制单元中，控制电比例压力阀12的出口压力，进而控制压力补偿阀13的出口压力，实现推进力与冲击压力无极自动匹配。随着推进缸15两腔压差的逐渐减小，通过压力传感器，推进缸15两腔的压差信号进入到ECU中，ECU采集到输入信号后，发出相应的控制信号控制电比例压力阀12阀芯的移动，调节电比例压力阀12的出口压力缓变降低，进而压力补偿阀13通过引入的外控压力、液压力和阀内的弹簧力差动实现输出压力控制，从而达到液压系统推进力连续自动控制冲击压力，实现推进力与冲击压力无极自动匹配。由于ECU的控制，电比例压力阀12的阀芯缓变移动，电比例压力阀12出口压力缓变降低，进而控制压力补偿阀13的输出压力缓变降低。推进缸15两腔的压差越低则ECU输出的控制信号越强，电比例压力阀12的出口压力就越低，压力补偿阀13的出口压力就越低，使得冲击压力随推进压差降低而无极下降，从而达到液压系统推进力连续自动控制冲击压力，实现推进力与冲击压力无极自动匹配。
Claims (2)
1.一种电比例控制式凿岩机凿岩效率自动控制系统，其特征在于：包括回转系统、推进系统、冲击系统，其中回转系统中第一液压泵的进油口与油箱相连；第一液压泵的出油口分别接第一单向阀和第一溢流阀，第一溢流阀的出油口接油箱；第一单向阀的另一端分别接第一减压阀和液压马达，液压马达的另一端接油箱；液压马达上装有转速传感器，转速传感器把转速信号传递给ECU电子控制单元；ECU电子控制单元分别与第一电比例压力阀和第二电比例压力阀电连接；第一减压阀的另一端分别接第一、第二电比例压力阀，第一、第二电比例压力阀的另一端与换向阀远程液控端的左右口分别连接，推进和冲击系统中第二液压泵的进油口与油箱相连；第二液压泵的出油口分别接第二溢流阀、第二单向阀和压力补偿阀，第二溢流阀的出油口接油箱，压力补偿阀的另一端接冲击机构；第二单向阀的另一端分别接换向阀的P口和第二减压阀，换向阀的A口接推进缸的无杆腔，推进缸的有杆腔接换向阀的B口，换向阀的T口接油箱；推进缸两腔的油路上安装两个压力传感器，压力传感器与ECU电子控制单元电连接，第二减压阀的另一端接第三电比例压力阀；第三电比例压力阀的另一端接压力补偿阀的远程液控口；推进缸两腔的压力通过压力传感器把压力信号传递给ECU电子控制单元；ECU电子控制单元与第三电比例压力阀电连接。
2.根据权利要求1所述的电比例控制式凿岩机凿岩效率自动控制系统，其特征在于：所述的换向阀是一个三位五通液控换向阀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |