CN107422732A - 一种凿岩台车的液压行走控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凿岩台车的液压行走控制方法及系统，该控制方法在前后马达和减速机不同型号的工况下，利用PLC控制系统，实时地准确调节四个电控马达和减速机的排量和速度，从而实现前后车轮在直线行走时保持同步性，在转向时具有差速性，在狭小空间时可完成原地转弯；该系统在泵和马达之间增加了一套强制分流系统，该系统包括了两位三通换向阀、两位四通换向阀、电液分流阀以及PLC控制系统，该系统可根据实时的工况改变泵与马达的排量，从而使得台车能够实现原地转弯，转弯半径小，爬坡度大。

Description

一种凿岩台车的液压行走控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种凿岩台车的液压行走控制系方法及系统。

背景技术

液压四轮驱动的凿岩台车行走系统，前后车桥的重量相差很大(达到2倍以上)，传统的液压四轮驱动的行走系统中，基本上是前后马达与前后减速机都是相同的，整车的前后桥重量分配基本相同，从而使得在行驶过程中可保持前后轮胎的同步性。因此，现有的凿岩台车在前后车桥相同的驱动方式下，无法实现原地转弯，且转弯半径大，不适合台车在狭小空间工作。

发明内容

本发明提供了一种凿岩台车的液压行走控制方法及系统，其目的在于，克服前后驱动的行走系统前桥重量与后桥重量相差很大(2倍以上)，前后桥的马达、减速机不相同的情况下，保证前后轮胎在直线行走时同步性，在转向时的差速性，在狭小空间的原地转弯。

一种凿岩台车的液压行走控制方法，包括以下步骤：

步骤1：利用凿岩台车上的电子水平仪采集路况，依据路况控制开关分流阀选择行走模式；

当路况平坦时，选择自由轮模式，当路况泥泞时，选择强制分流模式；

步骤2：在选定的行走模式下，依据实时采集的左右电比例脚踏阀的电流信号大小，通过控制器实时改变电比例泵阀门开度；

电比例脚踏阀的电流信号大小与电比例泵阀门开度成正比例：

Ia＝Ψ*Vg

当Ia≤200mA，Ψ＝0；

当200mA＜Ia≤600mA，Ψ为定值常数；

其中，Vg表示电比例马达排量，Ia为控制电比例泵阀门开度的电比例脚踏阀的电流，其最大值为600mA；

步骤3：将两个电比例泵输出的两组排量的液压油分别经过两个电液分流阀流入四个电控马达；

步骤4：依据实时采集的四个减速机的输出速度，同步调节各电控马达的电磁阀阀门开度，使得四个减速机的输出速度一致，令车辆前后轮同步运转。

依据凿岩台车四个电控马达转速和左右两侧前、后电控马达的减速机传动比，计算出每个减速机的输出速度；当四个减速机的输出速度不一致时，发出控制电控马达的电磁阀阀门开度的指令，调节四个电控马达排量，使得四个减速机的输出速度一致。

电比例泵的排量与脚踏板的电比例阀门开度成正比，在直线行走与弯曲公路平路与爬坡时双泵的排量是相同；在特殊情况，例如，要求转弯半径小的时候，左边的车轮向前，右边的车轮向后，控制两个电比例泵的排量不相同，以较大半径实现原地转弯，而在前后车桥相同的驱动下无法实现原地转弯。

一种凿岩台车的液压行走控制系统，包括两个两位三通换向阀、一个两位四通换向阀、电子水平仪、PLC控制器、两个电液分流阀、两个电比例泵、四个电控马达、四个马达转速传感器及四个减速机；

所述两位三通换向阀、两位四通换向阀、电子水平仪、PLC控制器、两个电液分流阀、两个电比例泵、四个电控马达、四个马达转速传感器以及四个减速机均与所述PLC控制器相连；

四个电控马达分两组设置在左右两侧，每侧的两个电控马达均与一个电比例泵相连；

所述电子水平仪用于检测路况是平坦或泥泞；

所述两个电比例泵依据控制器输出的电比例脚踏阀的电流信号，输出对应的排量的液压油；

所述四个电控马达分别用于控制车辆的前后四个车轮的角速度；

所述四个马达转速传感器分别用于采集车辆的四个电控马达的转速；

所述四个减速机用于驱动前后车轮；

控制器依据实时采集的四个减速机的输出速度，同步调节各电控马达的电磁阀阀门开度，使得四个减速机的输出速度一致，令车辆前后轮同步运转；

若四个减速机的输出速度不一致，则将减速机输出速度大的对应电控马达的控制电流减小，从而减小电磁阀阀门开度，增加电控马达排量，将减速机输出速度小的对应电控马达控制电流加大，从而增加电磁阀阀门开度，减小电控马达排量。

进一步地，所述两个两位三通换向阀和一个两位四通换向阀设置于两个电液分流阀与两个电比例泵之间；

所述两个电液分流阀分别用于选择自由轮模式和强制分流模式，且对液压油进行分配；

所述两位三通换向阀用于强制分流的一个电磁换向阀，当所述两位三通换向阀得电时，与所述电液分流阀接通，实现强制分流；

所述两位四通换向阀用于连接电比例泵和电控马达，当所述两位四通换向阀断电时，其阀通道型式为“H”型；当所述两位四通换向阀得电时，其四通道为单向接通。

在常规的设计中，前后轮的转动马达采用相同型号进行同步控制，驱动台车行走；然而，当采用前后车桥相同的驱动方式时，发现无法沿用常规的前后相同型号的马达结构形式，该方案被大多研发人员放弃；而本发明人通过大量的分析实验发现，在采用前后车桥相同的驱动方式时，若采用前后车轮的驱动马达型号相同，是由于前后桥的重量差，引起同步控制下的减速机不能运动，就是说，前桥重量大的压力高，后桥重量轻的压力低，由于压力不一致，在地面附着系数相同的情况下，后桥会打滑，因前后马达是连通的，打滑后前桥的压力会迅速下降，这样台车的压力建立不起来，台车就不能行走，导致前后轮无法正常运转；这一问题的发现，是发明人付出了大量的创造性劳动才得到的。

有益效果

本发明提供了一种凿岩台车的液压行走控制方法及系统，该控制方法在两侧前后马达和减速机不同型号的工况下，利用PLC控制系统，实时地准确调节四个马达和减速机的排量和速度，从而实现前后车轮在直线行走时保持同步性，在转向时具有差速性，在狭小空间时可完成原地转弯；通过非常规设计发现了在采用前后车桥相同的驱动方式时，四个减速机的输出速度不一致的原因在于前后桥的重量差，结合这一问题的发现，本发明提出了在泵和马达之间增加了一套强制分流的控制系统，该系统包括了两位三通换向阀、两位四通换向阀、电液分流阀以及PLC控制系统，该系统可根据实时的工况改变泵与马达的排量，从而使得台车能够实现原地转弯，转弯半径小，爬坡度大。

附图说明

图1为本发明控制方法流程图；

图2为本发明控制液压原理图；

具体实施方式

下面将结合附图和实例对本发明做进一步的说明。

如图1和图2所示，一种凿岩台车的液压行走控制方法，包括以下步骤：

步骤1：利用凿岩台车上的电子水平仪采集路况，依据路况控制开关分流阀选择行走模式；

当路况平坦时，选择自由轮模式，当路况泥泞时，选择强制分流模式；

步骤2：在选定的行走模式下，依据实时采集的左右电比例脚踏阀的电流信号大小，通过控制器实时改变电比例泵阀门开度；

电比例脚踏阀的电流信号大小与电比例泵阀门开度成正比例：

Ia＝Ψ*Vg

当Ia≤200mA，Ψ＝0；

当200mA＜Ia≤600mA，Ψ为定值常数；

其中，Vg表示电比例马达排量，Ia为控制电比例泵阀门开度的电比例脚踏阀的电流，其最大值为600mA；

步骤3：将两个电比例泵输出的两组排量的液压油分别经过两个电液分流阀流入四个电控马达；

步骤4：依据实时采集的四个减速机的输出速度，同步调节各电控马达的电磁阀阀门开度，使得四个减速机的输出速度一致，令车辆前后轮同步运转。

依据凿岩台车四个电控马达转速和左右两侧前、后电控马达的减速机传动比，计算出每个减速机的输出速度；当四个减速机的输出速度不一致时，发出控制电控马达的电磁阀阀门开度的指令，调节四个电控马达排量，使得四个减速机的输出速度一致。

一种凿岩台车的液压行走控制系统，包括两个两位三通换向阀、一个两位四通换向阀、电子水平仪、PLC控制器、两个电液分流阀、两个电比例泵、四个电控马达、四个马达转速传感器及四个减速机；

所述两位三通换向阀、两位四通换向阀、电子水平仪、PLC控制器、两个电液分流阀、两个电比例泵、四个电控马达、四个马达转速传感器以及四个减速机均与所述PLC控制器相连；

四个电控马达分两组设置在左右两侧，每侧的两个电控马达均与一个电比例泵相连；

四个电控马达分别为左前电控马达1、左后电控马达2、右前电控马达5以及右后电控马达6；

所述电子水平仪用于检测路况是平坦或泥泞；

所述两个电比例泵依据控制器输出的电比例脚踏阀的电流信号，输出对应的排量的液压油；本实例中采用一体化的双电比例泵10替代两个独立的电比例泵；

所述四个电控马达分别用于控制车辆的前后四个车轮的角速度；

所述四个马达转速传感器分别用于采集车辆的四个电控马达的转速；

所述四个减速机用于驱动前后车轮；

控制器依据实时采集的四个减速机的输出速度，同步调节各电控马达的电磁阀阀门开度，使得四个减速机的输出速度一致，令车辆前后轮同步运转；

若四个减速机的输出速度不一致，则将减速机输出速度大的对应电控马达的控制电流减小，从而减小电磁阀阀门开度，增加电控马达排量，将减速机输出速度小的对应电控马达控制电流加大，从而增大电磁阀阀门开度，减小电控马达排量。

所述两个两位三通换向阀和一个两位四通换向阀设置于两个电液分流阀与两个电比例泵之间；

所述两个电液分流阀分别用于选择自由轮模式和强制分流模式，且对液压油进行分配，包括第一电液分流阀3和第二电液分流阀4；

所述两位三通换向阀用于强制分流，当所述两位三通换向阀得电时，与所述电液分流阀接通，实现强制分流；两个两位三通换向阀包括左侧两位三通换向阀7和右侧两位三通换向阀9；

所述两位四通换向阀8用于连接电比例泵和电控马达，当所述两位四通换向阀断电时，其阀通道型式为“H”型；当所述两位四通换向阀得电时，其四通道为单向接通。

电控马达的转速传感器的电流信号进入控制器后进行处理，得到四个电控马达的理论转速，如果四个电控马达带的减速机输出的转速相同，控制器就输出相同的电流对电控马达的电比例电磁阀进行控制，来达到对电控马达的排量进行控制。

如果四个电控马达带的减速机输出的转速不同，控制器就输出不同的电流信号，对电控马达上的电比例电磁阀进行控制增大或减少(对速度快的马达要减少电流，增加马达的排量，速度慢的要减少马达的排量)最终达到四个车轮的角速度相同，对前后车轮进行同步控制。

该系统的工作过程如下：

当台车开始行走状态，慢慢踏下脚踏阀的踏板，电流传到控制器，控制器经过接收到的脚踏阀电流的大小电信号经过逻辑计算大小后(即脚踏板范围小输出的电流小，脚踏板范围大，脚踏阀输出的电流大)，电流信号传到两个电比例泵，两个电比例泵收到信号后同时排出相同流量的液压油，分别供给左右各两个电控马达，使左右电控马达前进或后退，控制器同时输出电信号到电控马达的比例电磁换向阀，使电控马达的排量增大或减少，以适应车轮的前进或后退的速度，电控马达可控制车辆的前后轮的角速度，使其前后轮同步运动，同时控制器采集上述电控马达的电流信号进行逻辑判断，通过判断结果对电控马达的排量进行控制，进而使电控马达的转速增大或减小，控制器采集转速传感器的信号进行逻辑判断，对马达的速度进行修正，最终对前后轮胎进行合理有效的同步控制。

通过上面的控制，凿岩台车在前后桥载荷相差很大的情况下(两倍以上)，使用前桥两个相同马达与后桥两个相同马达，在前后桥马达型号不同的情况下，带动前后桥不同的减速机进行车轮的同步控制，使台车能够实现原地转弯，转弯半径小，爬坡度高，节约成本。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种凿岩台车的液压行走控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用凿岩台车上的电子水平仪采集路况，依据路况控制开关分流阀选择行走模式；

当路况平坦时，选择自由轮模式，当路况泥泞时，选择强制分流模式；

步骤2：在选定的行走模式下，依据实时采集的左右电比例脚踏阀的电流信号大小，通过控制器实时改变电比例泵阀门开度；

电比例脚踏阀的电流信号大小与电比例泵阀门开度成正比例：

Ia＝Ψ*Vg

当Ia≤200mA，Ψ＝0；

当200mA＜Ia≤600mA，Ψ为定值常数；

其中，Vg表示电比例马达排量，Ia为控制电比例泵阀门开度的电比例脚踏阀的电流，其最大值为600mA；

步骤3：将两个电比例泵输出的两组排量的液压油分别经过两个电液分流阀流入四个电控马达；

步骤4：依据实时采集的四个减速机的输出速度，同步调节各电控马达的电磁阀阀门开度，使得四个减速机的输出速度一致，令车辆前后轮同步运转。

依据凿岩台车四个电控马达转速和左右两侧前、后电控马达的减速机传动比，计算出每个减速机的输出速度；当四个减速机的输出速度不一致时，发出控制电控马达的电磁阀阀门开度的指令，调节四个电控马达排量，使得四个减速机的输出速度一致。

2.一种凿岩台车的液压行走控制系统，其特征在于，包括两个两位三通换向阀、一个两位四通换向阀、电子水平仪、PLC控制器、两个电液分流阀、两个电比例泵、四个电控马达、四个马达转速传感器及四个减速机；

所述两位三通换向阀、两位四通换向阀、电子水平仪、PLC控制器、两个电液分流阀、两个电比例泵、四个电控马达、四个马达转速传感器以及四个减速机均与所述PLC控制器相连；

四个电控马达分两组设置在左右两侧，每侧的两个电控马达均与一个电比例泵相连；

所述电液分流阀、两位三通换向阀及两位四通换向阀设置于电控马达和电比例泵之间；

所述电子水平仪用于检测路况是平坦或泥泞；

所述两个电比例泵依据控制器输出的电比例脚踏阀的电流信号，输出对应的排量的液压油；

所述四个电控马达分别用于控制车辆的前后四个车轮的角速度；

所述四个马达转速传感器分别用于采集车辆的四个电控马达的转速；

所述四个减速机用于驱动前后车轮；

控制器依据实时采集的四个减速机的输出速度，同步调节各电控马达的电磁阀阀门开度，使得四个减速机的输出速度一致，令车辆前后轮同步运转；

若四个减速机的输出速度不一致，则将减速机输出速度大的对应电控马达的控制电流减小，从而减小电磁阀阀门开度，增加电控马达排量，将减速机输出速度小的对应电控马达控制电流加大，从而增加电磁阀阀门开度，减小电控马达排量。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述两个两位三通换向阀和一个两位四通换向阀设置于两个电液分流阀与两个电比例泵之间；

所述两个电液分流阀分别用于选择自由轮模式和强制分流模式，且对液压油进行分配；

所述两位三通换向阀用于强制分流的一个电磁换向阀，当所述两位三通换向阀得电时，与所述电液分流阀接通，实现强制分流；

所述两位四通换向阀用于连接电比例泵和电控马达，当所述两位四通换向阀断电时，其阀通道型式为“H”型；当所述两位四通换向阀得电时，其四通道为单向接通。