CN109611267A - 动力头马达控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动力头马达控制装置及控制方法，该动力头马达控制装置包括控制模块、压力检测装置和位移检测装置，压力检测装置连接于控制模块，用于检测马达的进油口的油压，位移检测装置连接于控制模块，用于检测油缸的活塞杆移动的位移，控制模块连接于控制阀并根据马达的进油口的油压和活塞杆移动的位移量确定控制阀的状态来调节马达的排量。本发明提供的动力头马达控制装置及控制方法，通过设置检查油缸活塞杆位移量的位移检测装置，可将马达排量反馈值反馈给控制模块，根据马达排量反馈值与马达排量目标值之间的差值通过控制控制阀的状态，不断对斜盘的摆角进行调节，从而调节马达的排量，具有控制精度较高、且响应速度较快的特点。

Description

动力头马达控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及基础施工技术领域，特别是涉及一种动力头马达控制装置及控制方法。

背景技术

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。

动力头马达是旋挖钻机非常重要的组成部分，目前其一般采用开环液压控制，开环系统的精度和响应特性取决于系统各个组成元件的精度和响应特性，无法对外部干扰和内部参数变化引起的系统输出变化进行抑制或补偿。因此开环系统可以控制马达排量，但控制不精确，比例阀电流波动大，输出扭矩不稳定，工作效率低，对马达元件有损害。

前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制精度较高、且响应速度较快的动力头马达控制装置及控制方法。

本发明提供一种动力头马达控制装置，用于控制马达，马达包括马达体、油缸和控制阀，所述马达体包括斜盘，所述油缸的活塞杆连接于所述斜盘以推动所述斜盘摆动，所述控制阀包括两个进油口和两个出油口，两个所述进油口分别与所述马达的第一油口和第二油口连通，两个所述出油口分别与所述油缸的第一腔和第二腔连通，所述动力头马达控制装置包括控制模块、压力检测装置和位移检测装置，所述压力检测装置连接于所述控制模块，用于检测所述马达的进油口的油压，所述位移检测装置连接于所述控制模块，用于检测所述油缸的所述活塞杆移动的位移，所述控制模块连接于所述控制阀并根据所述马达的进油口的油压和所述活塞杆移动的位移量确定所述控制阀的状态来调节所述马达的排量。

进一步地，所述控制阀为电磁阀，通过使所述电磁阀失电和得电控制所述电磁阀的状态。

进一步地，所述控制模块用于当检测到所述马达的进油口的油压小于第一预设值时，所述控制模块控制所述控制阀改变状态，以调节斜盘的摆角，并根据马达摆角-流量关系确定摆角大小，从而减小所述马达的排量，并且所述控制模块还根据压力-排量关系以及马达的进油口油压确定马达排量目标值；所述控制模块还根据所述活塞杆的位移量-排量关系得出马达排量反馈值，所述控制模块还比较所述马达排量目标值与所述马达排量反馈值，并根据其差值控制所述控制阀的状态。

进一步地，所述压力-排量关系满足：当压力小于所述第一预设值且大于所述第二预设值时，P＝k1*Disp，其中，所述第一预设值大于所述第二预设子，P为马达的进油口的油压，Disp＝Vg/Vgmax，Vg为马达排量，Vgmax为马达最大排量，k1为常数，Disp小于等于1，且大于等于a1；所述马达摆角-流量关系满足：Angle＝k2*Disp，k2为常数；所述位移量-排量关系满足：Distance＝k3*Disp，k3为常数，Distance为所述活塞杆的位移量。

进一步地，所述控制模块还在当检测到所述马达的进油口的油压大于所述第一预设值时，控制所述马达输出最大排量，当检测到所述马达的进油口的油压小于所述第二预设值时，所述控制马达输出最小排量。

进一步地，所述动力头马达控制装置还包括油箱，所述第一油口和所述第二油口均连接于所述油箱，且所述控制阀的一个进油口与所述油箱连通。

本发明还公开一种动力头马达控制方法，用于控制马达，所述马达包括马达体、油缸和控制阀，所述马达体包括斜盘，所述油缸的活塞杆连接于所述斜盘以推动所述斜盘摆动，所述控制阀包括两个进油口和两个出油口，两个所述进油口分别与所述马达的第一油口和第二油口连通，两个所述出油口分别与所述油缸的第一腔和第二腔连通，所述动力头马达控制方法包括步骤：

获取所述马达进油口的油压；

比较所述马达进油口的油压与第一预设值，当所述马达进油口的油压小于第一预设值且大于第二预设值时，控制所述控制阀的状态使所述第二腔进油，所述活塞杆朝所述第一腔方向移动，所述斜盘摆动一定摆角，摆角的变化大小根据马达摆角-流量关系确定，从而调节所述马达的排量，其中，所述第一预设值大于所述第二预设值；

根据压力-排量关系以及检测到所述马达的进油口油压确定马达排量目标值；

获取油缸的活塞杆的位移量，根据所述活塞杆的位移量-排量关系得出马达排量反馈值；

比较所述马达排量目标值与所述马达排量反馈值，并根据其差值控制所述控制阀改变状态，控制所述活塞杆的移动，进而调整所述斜盘的摆角。

进一步地，所述压力-排量关系满足：当马达进油口油压小于所述第一预设值且大于所述第二预设值时，P＝k1*Disp，P为马达的进油口的油压，Disp＝Vg/Vgmax，Vg为马达排量，Vgmax为马达最大排量，k1为常数，Disp小于等于1，且大于等于a1；所述马达摆角-流量关系满足：Angle＝k2*Disp，k2为常数；所述位移量-排量关系满足：Distance＝k3*Disp，k3为常数，Distance为所述活塞杆的位移。

进一步地，该动力头马达控制方法还包括以下步骤：

当所述马达进油口的油压大于所述第一预设值时，控制所述马达以最大排量工作，当所述马达进油口的油压小于所述第二预设值时，控制所述马达以最小排量工作。

进一步地，所述动力头马达控制方法还包括位于所述获取马达进油口的油压之前的步骤：

开启所述马达，控制所述控制阀的状态，使所述油缸的所述第一腔进油，所述活塞杆朝所述第二腔的方向移动，控制所述马达处于大排量状态。

本发明提供的动力头马达控制装置及控制方法，通过设置检查油缸活塞杆位移量的位移检测装置，可将马达排量反馈值反馈给控制模块，根据马达排量反馈值与马达排量目标值之间的差值通过控制控制阀的状态，不断对斜盘的摆角进行调节，从而调节马达的排量，具有控制精度较高、且响应速度较快的特点。

附图说明

图1为动力头马达处于大排量时的示意图。

图2为本发明一实施例的动力头马达控制装置所控制的结构示意图。

图3为动力头马达处于小排量时的示意图。

图4为压力-排量关系示意图；

图5为马达摆角-流量关系示意图；

图6为位移量-排量关系示意图；

图7为本发明一实施例的动力头马达控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参图1，本发明一实施例中提供的动力头马达控制装置，用于控制马达10。马达10包括马达体102、油缸104和控制阀106，马达体102包括斜盘107，油缸104的活塞杆108连接于斜盘107以推动斜盘摆动，控制阀106包括两个进油口和两个出油口，两个进油口分别与马达10的第一油口A和第二油口B连通，两个出油口分别与油缸104的第一腔111和第二腔112连通，以控制给第一腔111或第二腔112供油。

具体地，控制阀106可为电磁阀，通过使电磁阀失电和得电可控制电磁阀的状态。具体地，如图1所示，当电磁阀不得电时，第一腔111通过电磁阀与第一油口A连通，第一腔111进油，活塞杆108朝第二腔112的方向移动，推动斜盘107朝最大排量Vgmax的位置摆动，马达排量增大，实现马达10的大排量工作；如图2所示，当电磁阀得电时，第二腔112通过电磁阀与第一油口A连通，油液从第一油口A处进入，第二腔112进油，活塞杆108朝向第一腔111的方向移动，使斜盘朝最小排量Vgmin的位置摆动，马达排量减小，实现马达10的小排量工作。可以理解，当马达10以相反方向转动时，即油液从第二油口B进入马达10时，对马达排量的控制与上述原理相似，不同点是当电磁阀不得电时，第二腔112进油，当电磁阀得电时，第一腔111进油，在此不再赘述。

如图3所示，本发明一实施例的动力头马达控制装置包括控制模块202、压力检测装置204和位移检测装置206，压力检测装置204连接于控制模块202，用于检测马达10的进油口(即通入压力油的高压油口)的油压，位移检测装置206连接于控制模块202，用于检测油缸104的活塞杆108移动的位移量，控制模块202连接于控制阀106并根据马达10的进油口的油压和活塞杆108移动的位移确定控制阀106的状态来调节马达10的排量。可以理解，马达的进油口可以是第一油口A，也可以是第二油口B，进油口不同可使马达的转向不同。具体地，马达10的第一油口A和第二油口B处可分别设置一个压力检测装置204，以在第一油口A或第二油口B作为进油口时检测该处的油压。“控制阀106的状态”包括控制阀106是连通马达的进油口与第一腔111还是连通马达的进油口与第二腔112的状态。

具体地，当检测到马达10的进油口的油压小于第一预设值P1时，由于进油口的油压较低，则马达排量目标值L1也相应减小，控制模块202根据压力-排量关系以及检测到马达的进油口油压确定马达排量目标值L1，控制模块202控制控制阀106得电，第二腔112进油，活塞杆108朝第一腔111方向移动，斜盘107朝最小排量位置摆动一定摆角α，摆角α的变化大小根据马达摆角-流量关系确定，同时根据活塞杆108的位移量-排量关系得出马达排量反馈值L2，控制模块202还比较马达排量目标值L1与马达排量反馈值L2，并根据其差值控制控制阀106得电或失电，进而调整斜盘107的摆角，实现对马达排量的精确控制。具体地，当马达排量反馈值L2大于马达排量目标值L1时，则控制控制阀106失电，斜盘107朝大排量的位置摆动，这样可通过对控制阀106不断得失电动态调整动力头马达斜盘摆角大小，进而控制马达排量。因为液压系统的负载压力不稳定，读取的进油口的油压值一直在波动，所以该动力头马达控制装置会使斜盘摆角的控制微动性和精度更高，以满足动力头马达输出扭矩稳定的要求。具体地，P1可为例如30bar。

压力-排量关系、马达摆角-流量关系和位移量-排量关系均与马达特性相关，不同的马达有不同函数关系。更具体地，压力-排量关系为图4所示，即压力-排量关系满足：当压力小于第一预设值P1且大于第二预设值P2时，P＝k1*Disp，其中，第一预设值P1大于第二预设子P2，P为马达10的进油口的油压，Disp＝Vg/Vgmax，Vg为马达排量，Vgmax为马达最大排量，k1为常数，k1根据马达性能的不同而不同，Disp小于等于1，且大于等于a1。本实施例中，k1＝50/3，a1＝0.4，P2可为20bar。马达摆角-流量关系为图5所示，即马达摆角-流量关系满足：Angle＝k2*Disp，k2为常数，k2根据马达性能的不同而不同，其中，Angle为斜盘107的摆角，其在α0和-α0之间变化，α0和-α0分别为最大流量摆角和最小流量摆角，Disp＝Vg/Vgmax，Vg为马达排量，Vgmax为马达最大排量。位移量-排量关系为图6所示，即位移量-排量关系满足：Distance＝k3*Disp，k3为常数，k3根据马达性能的不同而不同，其中，Distance为活塞杆108的位移量。

控制模块202还在当检测到马达10的进油口的油压大于第一预设值P1时，控制马达10输出最大排量Vgmax，当检测到马达10的进油口的油压小于第二预设值P2时，控制马达10输出最小排量Vgmin。具体地，如图4所示，当马达10的进油口的油压大于第一预设值P1时，Disp＝1，马达10的进油口的油压小于第二预设值P2时，Disp＝a1。

本实施例中，动力头马达控制装置还包括油箱115，第一油口A和第二油口B均连接于油箱115，且控制阀106的一个进油口与油箱115连通以利于回油。

本动力头马达控制装置，通过设置检查油缸活塞杆位移量的位移检测装置，可将马达排量反馈值L2反馈给控制模块，根据马达排量反馈值L2与马达排量目标值L1之间的差值通过控制控制阀的状态，不断对斜盘的摆角进行调节，从而调节马达的排量，具有控制精度较高、且响应速度较快的特点。

如图7所示，本发明还提供一种动力头马达控制方法，用于控制上述马达10，其包括以下步骤：

S10，开启马达10，控制控制阀不得电，油缸104的第一腔111进油，活塞杆108朝第二腔112的方向移动，使马达处于大排量状态。

S11，获取马达10进油口的油压。具体地，当马达10左转时，获取马达10的第一油口A的油压；当马达10右转时，获取马达10的第二油口B的油压。

S13，比较马达10进油口的油压与第一预设值P1，当马达10进油口的油压小于第一预设值P1且大于第二预设值P2时，控制控制阀106得电，第二腔112进油，活塞杆108朝第一腔111方向移动，斜盘107朝最小排量位置摆动一定摆角α，摆角α的变化大小根据马达摆角-流量关系确定，实现马达10排量的调节，第一预设值P1大于第二预设值P2。马达摆角-流量关系满足：Angle＝k2*Disp，k2为常数，k2根据马达性能的不同而不同，其中，Angle为斜盘107的摆角，其在α0和-α0之间变化，α0和-α0分别为最大流量摆角和最小流量摆角，Disp＝Vg/Vgmax，Vg为马达排量，Vgmax为马达最大排量。

S15，根据压力-排量关系以及检测到马达的进油口油压确定马达排量目标值L1。压力-排量关系满足：当马达进油口油压小于第一预设值P1且大于第二预设值P2时，P＝k1*Disp；当马达进油口油压大于第一预设值P1时，Disp＝1，其中，P为马达进油口油压，Disp＝Vg/Vgmax，Vg为马达排量，Vgmax为马达最大排量，k1为常数，k1根据马达性能的不同而不同。马达摆角-流量关系满足：Angle＝k2*Disp,k2为常数，k2根据马达性能的不同而不同，其中，Angle为斜盘107的摆角，其在α0和-α0之间变化，α0和-α0分别为最大流量摆角和最小流量摆角，Disp＝Vg/Vgmax，Vg为马达排量，Vgmax为马达最大排量。

S17，获取油缸104的活塞杆108的位移量，根据活塞杆108的位移量-排量关系得出马达排量反馈值L2。位移量-排量关系满足：Distance＝k3*Disp，k3为常数，k3根据马达性能的不同而不同，其中，Distance为活塞杆108的位移量，Disp＝Vg/Vgmax，Vg为马达排量，Vgmax为马达最大排量。

S19，比较马达排量目标值L1与马达排量反馈值L2，并根据其差值控制控制阀106得电或失电，控制活塞杆108的移动，进而调整斜盘107的摆角，实现对马达10排量的不断调节。

可以理解，步骤对S15、S16和S17没有先后顺序的要求，并且，在一种实施例中还可同时进行。

该动力头马达控制方法还包括以下步骤：

S21，当马达10进油口的油压大于第一预设值P1时，控制马达10以最大排量Vgmax工作，当马达10进油口的油压小于第二预设值P2时，控制马达10以最小排量Vgmin工作。具体地，当马达10的进油口的油压大于第一预设值P1时，Disp＝1，马达10的进油口的油压小于第二预设值P2时，Disp＝a1。

本动力头马达控制方法，通过设置检查油缸活塞杆位移量的位移检测装置，可将马达排量反馈值L2反馈给控制模块，根据马达排量反馈值L2与马达排量目标值L1之间的差值通过控制控制阀的状态，不断对斜盘的摆角进行调节，从而调节马达的排量，具有控制精度较高、且响应速度较快的特点。

在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。

在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种动力头马达控制装置，用于控制马达(10)，马达包括马达体(102)、油缸(104)和控制阀(106)，所述马达体(102)包括斜盘(107)，所述油缸(104)的活塞杆(108)连接于所述斜盘(107)以推动所述斜盘摆动，所述控制阀(106)包括两个进油口和两个出油口，两个所述进油口分别与所述马达(10)的第一油口(A)和第二油口(B)连通，两个所述出油口分别与所述油缸(104)的第一腔(111)和第二腔(112)连通，其特征在于，所述动力头马达控制装置包括控制模块(202)、压力检测装置(204)和位移检测装置(206)，所述压力检测装置(204)连接于所述控制模块(202)，用于检测所述马达(10)的进油口的油压，所述位移检测装置(206)连接于所述控制模块(202)，用于检测所述油缸(104)的所述活塞杆(108)移动的位移，所述控制模块(202)连接于所述控制阀(106)并根据所述马达(10)的进油口的油压和所述活塞杆(108)移动的位移量确定所述控制阀(106)的状态来调节所述马达(10)的排量。

2.如权利要求1所述的动力头马达控制装置，其特征在于，所述控制阀(106)为电磁阀，通过使所述电磁阀失电和得电控制所述电磁阀的状态。

3.如权利要求1所述的动力头马达控制装置，其特征在于，所述控制模块(202)用于当检测到所述马达(10)的进油口的油压小于第一预设值(P1)时，所述控制模块(202)控制所述控制阀(106)改变状态，以调节斜盘(107)的摆角，并根据马达摆角-流量关系确定摆角大小，从而减小所述马达(10)的排量，并且所述控制模块(202)还根据压力-排量关系以及马达的进油口油压确定马达排量目标值(L1)；所述控制模块(202)还根据所述活塞杆(108)的位移量-排量关系得出马达排量反馈值(L2)，所述控制模块(202)还比较所述马达排量目标值(L1)与所述马达排量反馈值(L2)，并根据其差值控制所述控制阀(106)的状态。

4.如权利要求3所述的动力头马达控制装置，其特征在于，所述压力-排量关系满足：当压力小于所述第一预设值(P1)且大于所述第二预设值(P2)时，P＝k1*Disp，其中，所述第一预设值(P1)大于所述第二预设子(P2)，P为马达(10)的进油口的油压，Disp＝Vg/Vgmax，Vg为马达排量，Vgmax为马达最大排量，k1为常数，Disp小于等于1，且大于等于a1；所述马达摆角-流量关系满足：Angle＝k2*Disp，k2为常数；所述位移量-排量关系满足：Distance＝k3*Disp，k3为常数，Distance为所述活塞杆(108)的位移量。

5.如权利要求4所述的动力头马达控制装置，其特征在于，所述控制模块(202)还在当检测到所述马达(10)的进油口的油压大于所述第一预设值(P1)时，控制所述马达(10)输出最大排量，当检测到所述马达(10)的进油口的油压小于所述第二预设值(P2)时，所述控制马达(10)输出最小排量。

6.如权利要求1所述的动力头马达控制装置，其特征在于，所述动力头马达控制装置还包括油箱(115)，所述第一油口(A)和所述第二油口(B)均连接于所述油箱(115)，且所述控制阀(106)的一个进油口与所述油箱(115)连通。

7.一种动力头马达控制方法，用于控制马达(10)，所述马达包括马达体(102)、油缸(104)和控制阀(106)，所述马达体(102)包括斜盘(107)，所述油缸(104)的活塞杆(108)连接于所述斜盘(107)以推动所述斜盘摆动，所述控制阀(106)包括两个进油口和两个出油口，两个所述进油口分别与所述马达(10)的第一油口(A)和第二油口(B)连通，两个所述出油口分别与所述油缸(104)的第一腔(111)和第二腔(112)连通，其特征在于，所述动力头马达控制方法包括步骤：

获取所述马达(10)进油口的油压；

比较所述马达(10)进油口的油压与第一预设值(P1)，当所述马达(10)进油口的油压小于第一预设值(P1)且大于第二预设值(P2)时，控制所述控制阀(106)的状态使所述第二腔(112)进油，所述活塞杆(108)朝所述第一腔(111)方向移动，所述斜盘(107)摆动一定摆角，摆角的变化大小根据马达摆角-流量关系确定，从而调节所述马达(10)的排量，其中，所述第一预设值(P1)大于所述第二预设值(P2)；

根据压力-排量关系以及检测到所述马达的进油口油压确定马达排量目标值(L1)；

获取油缸(104)的活塞杆(108)的位移量，根据所述活塞杆(108)的位移量-排量关系得出马达排量反馈值(L2)；

比较所述马达排量目标值(L1)与所述马达排量反馈值(L2)，并根据其差值控制所述控制阀(106)改变状态，控制所述活塞杆(108)的移动，进而调整所述斜盘(107)的摆角。

8.如权利要求7所述的动力头马达控制方法，其特征在于，所述压力-排量关系满足：当马达进油口油压小于所述第一预设值(P1)且大于所述第二预设值(P2)时，P＝k1*Disp，P为马达(10)的进油口的油压，Disp＝Vg/Vgmax，Vg为马达排量，Vgmax为马达最大排量，k1为常数，Disp小于等于1，且大于等于a1；所述马达摆角-流量关系满足：Angle＝k2*Disp，k2为常数；所述位移量-排量关系满足：Distance＝k3*Disp，k3为常数，Distance为所述活塞杆(108)的位移。

9.如权利要求8所述的动力头马达控制方法，其特征在于，该动力头马达控制方法还包括以下步骤：

当所述马达(10)进油口的油压大于所述第一预设值(P1)时，控制所述马达(10)以最大排量工作，当所述马达(10)进油口的油压小于所述第二预设值(P2)时，控制所述马达(10)以最小排量工作。

10.如权利要求7所述的动力头马达控制方法，其特征在于，所述动力头马达控制方法还包括位于所述获取马达(10)进油口的油压之前的步骤：

开启所述马达(10)，控制所述控制阀(106)的状态，使所述油缸(104)的所述第一腔(111)进油，所述活塞杆(108)朝所述第二腔(112)的方向移动，控制所述马达处于大排量状态。