CN108678865B - 一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式全液压钻机的发动机转速控制电路、系统及方法，属于发动机转速控制技术领域。本发明一体式全液压钻机设备中取消发动机转速切换开关，改为中间继电器自动控制，两个电磁阀控制一体式全液压钻机的钻孔状态和行走状态切换和互锁，在各自电路中并联中间继电器，通过各自对应继电器的接通切换发动机的输出转速；通过三位开关和三个继电器实现三个继电器的互锁。本发明中操作人员无需手动操作转速控制开关，发动机会自动响应，输出钻机各种工作状态需要的对应转速，省去了发动机转速控制开关以及操作时人工切换的动作，同时也避免了操作人员忘记切换转速控制开关导致发动机未能在最佳状态下工作的问题。

Description

一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统及方法

技术领域

本发明涉及发动机转速控制技术领域，更具体地说，涉及一种一体式全液压钻机的发动机转速控制电路、系统及方法。

背景技术

一体式全液压钻机(以下简称“钻机”)作为矿山开采过程中钻爆破孔的主力设备，国内市场长期以来一直被国外少数几个厂家垄断。该类型钻机都是采用一个发动机同时驱动液压泵组和空气压缩机工作。发动机是该类型钻机的主要动力源。

早期各厂家的钻机在工作过程中都让发动机以最高的2200rpm转速工作，该阶段发动机多为机械喷油，发动机转速采用油门摆杆控制。随着发动机排放要求的提升，发动机逐渐升级为电子喷油形式，转速由发动机控制器ECU(有些发动机称之为“ECM”)控制。各厂家为了减少钻机工作过程中的燃油消耗率，同时减少钻机部分工作状态的振动和噪声，将钻机发动机的工作转速设定为三档。一档为钻机怠速状态，发动机转速为1200rpm，二档为钻机接卸钻杆或行走状态，发动机转速为1800rpm，三档为钻机钻孔工作状态，发动机转速为2200rpm。

目前，为了实现发动机的工作转速切换，各厂家均采用了一个三位的转速控制开关(如图2所示)，通过切换开关的档位实现发动机转速的变换。但这种发动机转速控制方法需要有一个开关切换动作，增加了辅助时间；并且操作人员经常忘记切换转速，使钻机未能在最佳转速状态下工作，降低了钻机的工作效率。

经检索，中国专利号ZL201410111553.4，授权公告日为2016年8月17日，发明创造名称为：钻机的发动机转速控制方法及系统；该申请案把发动机转速分为低速档、高速档和中速档；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，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。该申请案同时公开了相应的钻机的发动机转速控制系统，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、降低噪音的目的。

中国专利号ZL201420026747.X，也公开了一种绝缘型高空作业车发动机自动调速控制系统；该申请案设置有负载敏感手动液控比例多路阀、负载敏感手动多路阀、压力继电器、油门控制器、继电器等元件。发动机自动调速控制系统是根据负载敏感手动液控比例多路阀和负载敏感手动多路阀通往执行元件中的液压油产生的反馈负载压力信号，经压力继电器将液压能转换为电能来自动控制发动机转速，转速的设定值是根据执行元件不同动作状况对供油量的需求不同，实施发动机高、中、低三档速度自动调速控制。

上述申请案虽均能实现发动机高、中、低三档速度自动调速控制，但均是从解决自身面临问题的角度出发设计的技术方案，且均不同程度存在结构设计复杂，制造成本高的缺陷，仍需进一步改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于解决通过手动切换三位转速选择开关变换发动机转速，增加了辅助时间，降低了钻机的工作效率的问题，提供了一种一体式全液压钻机的发动机转速控制电路、系统及方法；本发明中操作人员无需手动操作转速控制开关，发动机会自动响应，输出钻机各种工作状态需要的对应转速，省去了发动机转速控制开关以及操作时人工切换的动作，同时也避免了操作人员(特别是初学者)忘记切换转速控制开关导致发动机未能在最佳状态下工作的问题。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制电路，一体式全液压钻机设备中取消发动机转速切换开关，改为中间继电器自动控制，两个电磁阀控制一体式全液压钻机的钻孔状态和行走状态切换和互锁，在各自电路中并联中间继电器，通过各自对应继电器的接通切换发动机的输出转速；通过三位开关和三个继电器实现三个继电器的互锁。

更进一步地，包括发动机的ECU控制器，三位开关SA1、SA2，两位开关SA3，电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4、YV5和中间继电器KA13、KA14、KA15、KA16、KA17，所述的三位开关SA1依次控制中间继电器KA13的得电、电磁阀YV1、YV5的接通，电磁阀YV5与中间继电器KA13并联；三位开关SA2依次控制中间继电器KA14、KA15、KA16的得电，电磁阀YV2与中间继电器KA14并联，电磁阀YV3与中间继电器KA15并联，中间继电器KA16前串联KA14和KA15的常闭触点；所述的两位开关SA3控制中间继电器KA17的得电，电磁阀YV4与中间继电器KA17并联。

更进一步地，在三位开关SA1前串联中间继电器KA14的常开触点，在中间继电器KA17前串联中间继电器KA15的常开触点。

更进一步地，所述的ECU控制器的39#控制线路连接中间继电器KA16的常开触点；61#控制线路连接两条并联支路，一条将中间继电器KA13的常闭触点与中间继电器KA14的常开触点串联，另一条将中间继电器KA17的常闭触点与中间继电器KA15的常开触点串联；81#控制线路也连接两条并联支路，一条连接中间继电器KA13的常开触点，另一条连接中间继电器KA17的常开触点。

更进一步地，所述的ECU控制器39#控制线路接通，发动机输出1200rpm转速；61#控制线路接通，发动机输出1800rpm转速；81#控制线路接通，发动机输出2200rpm转速。

本发明的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统，包括电池、发电机和起动机，还包括所述的发动机转速控制电路，该发动机转速控制电路并联在电池的两端。

更进一步地，所述的电池提供24v直流供电电压，起动机和点火钥匙SA6之间串联中间继电器KA1的常闭触点和中间继电器KA16的常开触点。

本发明的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制方法，其步骤为：

步骤一、开机前，将总电源开关SA0接通，接通发动机点火钥匙SA6，三位开关SA2处于中位，使KA16得电，ECU控制器39#控制线路接通，发动机输出1200rpm转速；

步骤二、接卸钻杆时，三位开关SA2接通左位、KA14得电、YV2接通；SA1接通右位、YV1接通，KA13失电；ECU控制器61#控制线路由KA13的常闭触点和KA14的常开触点接通，发动机输出1800rpm转速；

步骤三、短距离行走时，三位开关SA2接通右位、KA15得电，YV3接通，此时两位开关SA3断开，KA17失电；ECU控制器61#控制线路由KA17的常闭触点和KA15的常开触点接通，发动机输出1800rpm转速；

步骤四、钻孔工作时，三位开关SA2接通左位、KA14得电、YV2接通；三位开关SA1接通左位、YV5接通，KA13得电；ECU控制器81#控制线路由KA13的常开触点接通，发动机输出2200rpm转速；

步骤五、长距离行走时，三位开关SA2接通右位、KA15得电，YV3接通，此时两位开关SA3接通，KA17得电，YV4接通；ECU控制器81#控制线路由KA17的常开触点接通，发动机输出2200rpm转速。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统，其采用三位开关SA2依次控制中间继电器KA14、KA15、KA16的接通，当三位开关SA2处于中间位置时KA16接通，避免了两个或者三个中间继电器同时得电；

(2)本发明的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统，其在KA13前串联KA14的常开触点，在KA17前串联KA15常开触点，在ECU控制器的61#控制线路中将KA13的常闭触点与KA14的常开触点串联，将KA17的常闭触点与KA15的常开触点串联，能够有效避免ECU控制器第61#、81#控制线同时被接通；

(3)本发明的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统，在KA16前串联KA14和KA15的常闭触点，在已经避免ECU控制器第61#、81#控制线同时被接通的前提下，进一步避免了ECU控制器的39#与61#控制线同时接通或者39#与81#控制线同时接通；

(4)本发明的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统，实现发动机转速的自动输出，节省了操作人员手动切换发动机转速选择开关的动作，一定程度上提升了工作效率，同时避免了操作人员忘记切换转速选择开关导致钻机在非最高效的发动机转速状态下工作；

(5)本发明的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统，采用5个中间继电器实现了发动机转速输出的自动切换，实现成本低，故障处理方便。

附图说明

图1为本发明的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制电路的控制原理图；

图2为传统采用的三位转速控制开关的控制原理图；

图3为本发明实施例2的控制系统结构示意图。

图中：SA1-三位开关；SA2-三位开关；SA3-两位开关；YV1、YV2、YV3、YV4、YV5-电磁阀；KA13、KA14、KA15、KA16、KA17-中间继电器。

开关说明：三位开关形式为“开-关-开”，文中关于三位开关会有“左位”、“中位”、“右位”的描述，分别指开关停留左侧、中间、右侧，对应的开关状态分别为“左路开、右路关”、“左右路均关”、“左路关右路开”；两位开关形式为“开-关”，对应电路“接通”或“断开”。

图2中虚线方框为三位的发动机转速选择开关，图中所述ECM功能与文中所述ECU相同。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1，本实施例的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制电路，其取消一体式全液压钻机设备中发动机转速切换开关，改为中间继电器自动控制，两个电磁阀控制一体式全液压钻机的钻孔状态和行走状态切换和互锁，在各自电路中并联中间继电器，通过各自对应继电器的接通切换发动机的输出转速；通过三位开关和三个继电器实现三个继电器的互锁。

本实施例的发动机转速控制电路，具体包括发动机的ECU控制器，三位开关SA1、SA2，两位开关SA3，电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4、YV5和中间继电器KA13、KA14、KA15、KA16、KA17。在所述的三位开关SA1前串联中间继电器KA14的常开触点，三位开关SA1依次控制中间继电器KA13的得电、电磁阀YV1、YV5的接通，电磁阀YV5与中间继电器KA13并联；三位开关SA2依次控制中间继电器KA14、KA15、KA16的得电，电磁阀YV2与中间继电器KA14并联，电磁阀YV3与中间继电器KA15并联，中间继电器KA16前串联KA14和KA15的常闭触点；所述的两位开关SA3控制中间继电器KA17的得电，在中间继电器KA17前串联中间继电器KA15的常开触点，电磁阀YV4与中间继电器KA17并联。

所述的ECU控制器的39#控制线路连接中间继电器KA16的常开触点；61#控制线路连接两条并联支路，一条将中间继电器KA13的常闭触点与中间继电器KA14的常开触点串联，另一条将中间继电器KA17的常闭触点与中间继电器KA15的常开触点串联；81#控制线路也连接两条并联支路，一条连接中间继电器KA13的常开触点，另一条连接中间继电器KA17的常开触点。本实施例中ECU控制器39#控制线路接通，发动机输出1200rpm转速；61#控制线路接通，发动机输出1800rpm转速；81#控制线路接通，发动机输出2200rpm转速。

本实施例中将钻机各种工作状态进行分类，共可分为五个工作状态，并将各种工作状态与其需要发动机提供的转速对应(如下表1)。让发动机供应商按照需求的转速控制方式，开通发动机PTO功能，并将第一速度、第二速度、第三速度分别设置为想要的输出转速，即1200rpm、1800rpm、2200rpm；通过中间继电器将五种工作状态分别接通，并将电信号与发动机ECU控制器对应的转速输出点接通。

表1五种工作状态与发动机转速对应表

序号	工作状态	发动机转速(rpm)
			1	怠速	1200
2	接卸钻杆	1800
			3	短距离行走	1800
4	钻孔工作	2200
			5	长距离行走	2200

说明：短距离行走与长距离行走均为行走状态；接卸钻杆与钻孔工作均为钻孔状态。

具体控制方法参考图1，怠速时，中间继电器KA16得电，ECU控制器39#控制线接通，发动机输出转速为1200rpm；接卸钻杆时，中间继电器KA13失电、KA14得电，ECU控制器61#控制线接通，发动机输出转速为1800rpm；短距离行走时，中间继电器KA17失电、KA15得电，ECU控制器61#控制线接通，发动机输出转速为1800rpm；钻孔工作时，中间继电器KA13得电，ECU控制器81#控制线接通，发动机输出转速为2200rpm；长距离行走时，中间继电器KA17得电，ECU控制器81#控制线接通，发动机输出转速为2200rpm。

钻机实际工作过程中的操作方法如下：怠速时，SA2切换至中位，中间继电器KA16得电，发动机输出转速为1200rpm；接卸钻杆时，SA2切换至左位，SA1切换至右位，中间继电器KA13失电、KA14得电，发动机输出转速为1800rpm；短距离行走时，SA2切换至右位，SA3断开，中间继电器KA17失电、KA15得电，发动机输出转速为1800rpm；钻孔工作时，SA2切换至左位，SA1切换至左位，中间继电器KA13得电，发动机输出转速为2200rpm；长距离行走时，SA2切换至右位，SA3接通，中间继电器KA17得电，发动机输出转速为2200rpm。

本实施例的发动机转速控制电路采用三位开关SA2依次控制中间继电器KA14、KA15、KA16的接通，当三位开关SA2处于中间位置时KA16接通，避免了两个或者三个中间继电器同时得电，在KA13前串联KA14的常开触点，在KA17前串联KA15常开触点，在ECU控制器的61#控制线路中将KA13的常闭触点与KA14的常开触点串联，将KA17的常闭触点与KA15的常开触点串联，能够有效避免ECU控制器第61#、81#控制线同时被接通；在KA16前串联KA14和KA15的常闭触点，在已经避免ECU控制器第61#、81#控制线同时被接通的前提下，进一步避免了ECU控制器的39#与61#控制线同时接通或者39#与81#控制线同时接通，实现了发动机转速的自动输出，节省了操作人员手动切换发动机转速选择开关的动作，一定程度上提升了工作效率，同时避免了操作人员忘记切换转速选择开关导致钻机在非最高效的发动机转速状态下工作，同时采用5个中间继电器实现了发动机转速输出的自动切换，实现成本低，故障处理方便。

实施例2

结合图3，本实施例的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统，包括电池、发电机和起动机，所述的电池提供24v直流供电电压，起动机的点火钥匙前端安装保险丝。还包括如实施例1所述的空气压缩机加卸载控制电路。起动机和点火钥匙SA6之间串联中间继电器KA1的常闭触点和中间继电器KA16的常开触点。

本实施例中各器件的工作状态参看表2，

表2五种工作状态下器件状态表

本实施例中发动机转速控制具体包括以下步骤：

1：开机前，将总电源开关SA0接通，接通发动机点火钥匙SA6，此时SA2必须处于中位，使KA16得电，否则发动机起动机将无法通电，发动机无法开机。

KA16得电，ECU转速控制线39#接通，发动机输出1200rpm转速。

2：接卸钻杆时，SA2接通左位、KA14得电、YV2接通；SA1接通右位、YV1接通，KA13失电；ECU转速控制线61#由KA13(常闭点)和KA14(常开点闭合)接通，发动机输出1800rpm转速。

3：短距离行走时，SA2接通右位、KA15得电，YV3接通，此时SA3断开，KA17失电；ECU转速控制线61#由KA17(常闭点)和KA15(常开点闭合)接通，发动机输出1800rpm转速。

4：钻孔工作时，SA2接通左位SA2接通左位、KA14得电、YV2接通；SA1接通左位、YV5接通，KA13得电；ECU转速控制线81#由KA13(常开点闭合)接通，发动机输出2200rpm转速；

5：长距离行走时，SA2接通右位、KA15得电，YV3接通，此时SA3接通，KA17得电，YV4接通；ECU转速控制线81#由KA17(常开点闭合)接通，发动机输出2200rpm转速。

通过以上操作，可以方便快捷的让发动机按照设定好的程序自动输出转速。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统，包括电池、发电机和起动机，其特征在于：还包括发动机转速控制电路，该发动机转速控制电路并联在电池的两端；一体式全液压钻机设备中取消发动机转速切换开关，改为中间继电器自动控制，两个电磁阀控制一体式全液压钻机的钻孔状态和行走状态切换和互锁，在各自电路中并联中间继电器，通过各自对应继电器的接通切换发动机的输出转速；通过三位开关和三个继电器实现三个继电器的互锁；

发动机转速控制电路包括发动机的ECU控制器，三位开关SA1、SA2，两位开关SA3，电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4、YV5和中间继电器KA13、KA14、KA15、KA16、KA17，所述的三位开关SA1依次控制中间继电器KA13的得电、电磁阀YV1、YV5的接通，电磁阀YV5与中间继电器KA13并联；三位开关SA2依次控制中间继电器KA14、KA15、KA16的得电，电磁阀YV2与中间继电器KA14并联，电磁阀YV3与中间继电器KA15并联，中间继电器KA16前串联KA14和KA15的常闭触点；所述的两位开关SA3控制中间继电器KA17的得电，电磁阀YV4与中间继电器KA17并联；

在三位开关SA1前串联中间继电器KA14的常开触点，在中间继电器KA17前串联中间继电器KA15的常开触点；

所述的ECU控制器的39#控制线路连接中间继电器KA16的常开触点；61#控制线路连接两条并联支路，一条将中间继电器KA13的常闭触点与中间继电器KA14的常开触点串联，另一条将中间继电器KA17的常闭触点与中间继电器KA15的常开触点串联；81#控制线路也连接两条并联支路，一条连接中间继电器KA13的常开触点，另一条连接中间继电器KA17的常开触点。

2.根据权利要求1所述的一种一体式全液压钻机的发动机转速控制系统，其特征在于：所述的电池提供24v直流供电电压，起动机和点火钥匙SA6之间串联中间继电器KA1的常闭触点和中间继电器KA16的常开触点。

3.一种利用权利要求2所述的系统进行一体式全液压钻机的发动机转速控制方法，其步骤为：

步骤一、开机前，将总电源开关SA0接通，接通发动机点火钥匙SA6，三位开关SA2处于中位，使KA16得电，ECU控制器39#控制线路接通，发动机输出1200rpm转速；

步骤二、接卸钻杆时，三位开关SA2接通左位、KA14得电、YV2接通；SA1接通右位、YV1接通，KA13失电；ECU控制器61#控制线路由KA13的常闭触点和KA14的常开触点接通，发动机输出1800rpm转速；

步骤三、短距离行走时，三位开关SA2接通右位、KA15得电，YV3接通，此时两位开关SA3断开，KA17失电；ECU控制器61#控制线路由KA17的常闭触点和KA15的常开触点接通，发动机输出1800rpm转速；

步骤四、钻孔工作时，三位开关SA2接通左位、KA14得电、YV2接通；三位开关SA1接通左位、YV5接通，KA13得电；ECU控制器81#控制线路由KA13的常开触点接通，发动机输出2200rpm转速；

步骤五、长距离行走时，三位开关SA2接通右位、KA15得电，YV3接通，此时两位开关SA3接通，KA17得电，YV4接通；ECU控制器81#控制线路由KA17的常开触点接通，发动机输出2200rpm转速。