CN110984956B - 动力头防憋钻电控系统及其控制方法、旋挖钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动力头防憋钻电控系统，包括主阀、主泵、副阀、副泵以及与先导泵连接的先导阀，所述主泵通过主阀与动力头马达连接，所述副泵通过副阀与加压油缸连接，所述主阀与副阀还分别与先导阀连接，以能够通过先导阀控制所述主阀与副阀的换向，还包括控制器和与该控制器电连接的流量控制阀，所述动力头马达上设有与该控制器电连接、用于检测动力头转速的转速检测装置，所述流量控制阀一端通过所述副阀内的换向阀与该副阀反馈油口连接，另一端与油箱连接，所述控制器能够根据转速检测装置反馈信息，控制流量控制阀阀口开度，以能够减小所述加压油缸加压力。本发明还公开一种动力头防憋钻电控系统控制方法及旋挖钻机。本发明能够防止憋钻。

Description

动力头防憋钻电控系统及其控制方法、旋挖钻机

技术领域

本发明涉及钻机液压控制系统，具体地，涉及一种动力头防憋钻电控系统，在此基础上，本发明涉及一种动力头防憋钻电控系统的控制方法，此外，还涉及一种旋挖钻机。

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。主要适用于砂土、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。

图1示出了现有技术中的一种动力头液压系统，在钻斗下放至孔底后，机手按下入岩按钮，推动一个先导手柄，先导泵6给先导阀5供油，通过先导阀5的开启控制主阀1和副阀3的开启；主泵2通过主阀1给动力头马达7供油，动力头马达7开始旋转掘进工作；同时，机手推动另一个先导手柄，副泵4通过副阀3给加压油缸8供油，加压油缸8开始对动力头加压。

在岩层较硬的情况下，如果加压油缸8施加给动力头的加压力过大，此时动力头所受到的负载扭矩会随之增加，当这个负载扭矩接近动力头马达7所提供的最大扭矩时，受地下岩层摩擦力的影响，钻头有可能会无法旋转，动力头马达7停止转动，会形成“憋钻”现象，此时需要机手手动撤销或者减小加压油缸8的加压力（手动泄压），经常性憋钻，会影响设备的实际施工掘进效率，严重时会损害动力头马达的使用寿命。

有鉴于现有技术的上述缺点，需要设计一种新型的动力头防憋钻电控系统，以克服或缓解现有技术的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动力头防憋钻电控系统，该动力头防憋钻电控系统能够防止憋钻，延长动力头马达的使用寿命。

进一步地，本发明所要解决的技术问题是提供一种旋挖钻机，该旋挖钻机能够有效保证施工效率。

此外，本发明所要解决的技术问题是提供一种动力头防憋钻电控系统的控制方法，该动力头防憋钻电控系统的控制方法能够有效防止憋钻现象，保证施工效率，便于操作。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种动力头防憋钻电控系统，包括主阀、主泵、副阀、副泵、以及与先导泵连接的先导阀，所述主泵通过所述主阀与动力头马达连接，所述副泵通过所述副阀与加压油缸连接，所述主阀与所述副阀还分别与所述先导阀连接，以能够通过所述先导阀控制所述主阀与所述副阀的换向，还包括控制器和与该控制器电连接的流量控制阀，所述动力头马达上设有与所述控制器电连接、用于检测动力头转速的转速检测装置，所述流量控制阀一端通过所述副阀内的换向阀与该副阀的反馈油口连接，另一端与油箱连接，所述控制器能够根据所述转速检测装置的反馈信息，控制所述流量控制阀的阀口开度，以能够减小所述加压油缸的加压力。

优选地，所述加压油缸上设有用于检测油缸油压的第一压力检测装置，所述控制器的用于控制所述流量控制阀的输出电流与所述第一压力检测装置所检测的压力成反比关系。

具体地，所述副泵分别与所述副阀的进油口和反馈油口连接，当所述控制器控制所述流量控制阀开启后，所述反馈油口通过所述流量控制阀与所述油箱连通，以能够减小所述副泵的输出压力。

优选地，所述动力头马达上还设置有用于检测动力头马达油压的第二压力检测装置。

具体地，所述转速检测装置为转速传感器，所述第一压力检测装置与所述第二压力检测装置均为压力传感器。

具体地，所述流量控制阀为顺序比例阀或伺服阀。

本发明第二方面提供一种旋挖钻机，包括第一方面技术方案中任一项所述的动力头防憋钻电控系统。

本发明第三方面提供一种动力头防憋钻电控系统的控制方法，其中，所述动力头防憋钻电控系统为第一方面技术方案中任一项所述的动力头防憋钻电控系统，所述控制方法包括如下步骤：步骤一，启动设备，进行动力头加压掘进作业；步骤二，当转速检测装置检测到的动力头转速降低到设定值时，控制器输出电流控制流量控制阀的阀口开度，使副阀的反馈油口通过所述流量控制阀与油箱连通，以降低副泵的输出压力；步骤三，经过设定时间后，再次检测动力头转速，当动力头转速高于设定值时，所述控制器控制所述流量控制阀闭合，以恢复到动力头加压掘进作业。

优选地，其中，在步骤一中，根据动力头马达上的第二压力检测装置检测的动力头马达油压信息，以确定设备启闭状态。

进一步地，其中，在步骤二中，控制器根据第一压力检测装置检测到的加压油缸无杆腔的油压信息，按与所述加压油缸无杆腔的油压成反比关系输出电流，以控制所述流量控制阀的阀口开度。

通过上述技术方案，本发明根据转速检测装置的检测到的动力头的转速信息，控制流量控制阀的的阀口开度，减小了副泵的输出压力，从而减小加压油缸向动力头施加的加压力，有效防止动力头发生憋钻现象，保证设备施工的效率。

此外，将本发明的动力头防憋钻电控系统应用于旋挖钻机，可以通过对现有技术的动力头液压系统进行简单地改造来实现，安装简单，成本相对较低，通过电控系统，在憋钻前对加压力自动卸载，操作会相对更加稳定，安全可靠，提高施工效率。

本发明的其它特征和更加突出优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是现有技术的动力头液压系统的原理图；

图2是本发明具体实施方式的动力头防憋钻电控系统的液压原理图；

图3是本发明具体实施方式中副阀与流量控制阀液压连接关系的原理图；

图4是本发明具体实施方式的动力头防憋钻电控系统的控制方法的流程框图；

图5是本发明具体实施方式的动力头防憋钻电控系统的硬件控制逻辑图；

图6是本发明具体实施方式的动力头防憋钻电控系统的软件控制逻辑图。

附图标记说明

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，因此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “设置”、“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，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先需要说明，对于本领域的技术人员而言，在知悉本发明的液压连接关系的技术构思之后，也可以将油路或阀门等进行简单的置换，从而实现本发明的动力头防憋钻电控系统的功能，这同样属于本发明的保护范围。相关液压元件，例如换向阀、减压阀、溢流阀、马达、液压泵等均属于本领域技术人员熟知的，同时也是现有液压系统中的常用部件，因此下文对这些液压元件仅简略描述，而将描述重点集中于本发明的动力头防憋钻电控系统的独创性地液压连接关系及电控方式上。

参照图2至图6所示，本发明基本实施方式的动力头防憋钻电控系统，包括主阀1、主泵2、副阀3、副泵4、以及与先导泵6连接的先导阀5，主泵2通过主阀1与动力头马达7连接，副泵4通过副阀3与加压油缸8连接，主阀1与副阀3还分别与先导阀5连接，以能够通过先导阀5控制主阀1与副阀3的换向，还包括控制器和与该控制器电连接的流量控制阀9，动力头马达7上设有与控制器电连接、用于检测动力头转速的转速检测装置，流量控制阀9一端通过副阀3内的换向阀31与该副阀3的反馈油口Ls连接，另一端与油箱连接，控制器能够根据转速检测装置的反馈信息，控制流量控制阀9的阀口开度，以能够减小加压油缸8的加压力。

图1显示了现有技术中的一种动力头液压控制系统，开启设备后，推动一个先导手柄，先导阀5的第三控制油口c3和第四控制油口c4分别与主阀1的第一油口a1和第二油口a2一一对应连接，先导泵6通过先导阀5控制主阀1的换向，使得主泵2能够通过主阀1向动力头马达7供油，以驱动动力头旋转；而且，先导阀5的第一控制油口c1和第二控制油口c2分别与副阀3的第一先导油口b1和第二先导油口b2一一对应连接，同时，推动另一个先导手柄，先导泵6通过先导阀5控制副阀3内的换向阀31的换向，使副泵4经由副阀3的进油口P向加压油缸8的无杆腔供油，以对动力头施加加压力，其中，换向阀31的第一油口d1与副阀3的进油口P连接，其第二油口d2与副阀3的反馈油口Ls连接，在副泵4通过副阀3与加压油缸8的无杆腔连通过程中，副阀3的进油口P与反馈油口Ls通过换向阀31的第一油口d1和第二油口d2连通，通过反馈油口Ls的压力以控制副泵4的输出压力，从而对动力头施加加压力；但是，现有技术的动力头液压控制系统不能对憋钻现象进行自动控制。

本发明基本实施方式的动力头防憋钻电控系统通过设置转速检测装置、控制器以及流量控制器9，较好地实现对加压力自动卸载，防止憋钻情况的出现。具体地，在上述动力头钻孔的过程中，由于动力头受土层摩擦力的影响，动力头有可能会无法旋转；参照图4至图6所示，利用转速检测装置检测动力头的转速，可以设置一个动力头最低转速，当检测动力头的转速下降到该设定值时，控制器根据接收到的动力头转速的反馈信息，控制流量控制阀9的阀口开度，使副阀3的反馈油口Ls通过流量控制阀9与油箱连通，对反馈油口Ls的反馈压力卸载，由于副阀3的反馈油口Ls与副泵4的控制油口X1连接，能够降低副泵4输出给加压油缸8的压力，从而实现对动力头的加压力进行自动卸载，防止憋钻情况的发生，并且能够不影响设备的施工效率；其中，流量控制阀9与副阀3的第一备用油口G1连接，副泵4的出油口X2与副阀3的进油口P连接，副阀3的第一备用油口G1与其内的换向阀31的第六油口d6连接，当换向阀31处于下位机能，即副泵4通过副阀3向加压油缸8的无杆腔供油时，此时，换向阀31的第一油口d1与其第四油口d4连通，以向加压油缸8的无杆腔供油，换向阀31的第二油口d2与其第一油口d1及第六油口d6分别连通，且换向阀31的第二油口d2与其第一油口d1之间设置有节流阀，换向阀31的第三油口d3与其第五油口d5及第七油口d7分别连通，因此，副阀3的反馈油口Ls通过换向阀31的第二油口d2、换向阀31的第六油口d6及副阀3的第一备用油口G1与流量控制阀9连接，可以通过流量控制阀9对副阀3的反馈油口Ls的反馈压力进行卸载，从而能够降低副泵4输出给加压油缸8的压力，防止憋钻情况的发生。

进一步地，可以在加压油缸8上设置第一压力检测装置，用来检测油缸油压，控制器的输出电流与第一压力检测装置所检测的油缸油压成反比关系，以控制流量控制阀9的阀口开度；具体地，第一压力检测装置可以为现有的检测设备，例如压力传感器，可以单独对加压油缸的无杆腔设置压力传感器进行压力检测，或者，对加压油缸的无杆腔和有杆腔均设置压力传感器进行压力检测。

此外，还可以在动力头马达7上还设置有用于检测动力头马达油压的第二压力检测装置；同样地，第二压力检测装置可以为现有的检测设备，例如压力传感器；具体地，可以在动力头马达7的第一油口A设置压力传感器，或者，在动力头马达7的第一油口A和第二油口B均设置压力传感器，以检测动力头马达7的油压，以便获知动力头马达7的工作状态。

需要说明的是，本发明的动力头防憋钻电控系统在现有的动力头液压系统的基础上采用流量控制阀9，流量控制阀9的阀芯的过流面积受控制器控制，即采用电控方式实现对动力头的加压力进行自动卸载；其中，控制器可以为PLC可编程逻辑控制器，或者其它能够实现等同功能的设备；流量控制阀9可以为现有的能够对流量实现连续控制的电控液压阀，例如，顺序比例阀、伺服阀、比例溢流阀等，通过现有控制程序控制流经流量控制阀9的流量大小，以控制副泵4的输出压力。

参照图2和图3所示，本发明优选实施方式的动力头防憋钻电控系统，包括主阀1、主泵2、副阀3、副泵4、与先导泵6连接的先导阀5、控制器和与该控制器电连接的流量控制阀9，主泵2通过主阀1与动力头马达7连接，副泵4通过副阀3与加压油缸8连接，先导阀5的第三控制油口c3和第四控制油口c4分别与主阀1的第一油口a1和第二油口a2一一对应连接，以控制主阀1的换向，驱动动力头马达7的正转与反转，先导阀5的第一控制油口c1和第二控制油口c2分别与副阀3的第一先导油口b1和第二先导油口b2一一对应连接，以控制副阀3的换向，副泵4的控制油口X1和出油口X2分别与副阀3的反馈油口Ls和进油口P一一对应连接，副阀3的第一出油口A1和第二出油口A2分别与加压油缸8的无杆腔和有杆腔一一对应连接，副泵4通过副阀3可以驱动加压油缸8对动力头施加加压力，进行钻孔施工；其中，副阀3内的换向阀31具有七个油口，其包括通过压力补偿阀与进油口P连接的第一油口d1、通过梭阀与反馈油口Ls连接的第二油口d2、与油箱连接的第三油口d3、与第一出油口A1连接的第四油口d4、第五油口d5、第六油口d6和与第二出油口A2连接的第四油口d7，其中，第五油口d5和第六油口d6分别与该副阀3的第二备用油口G2和第一备用油口G1一一对应连接，第一备用油口G1与流量控制阀9的一端连接，第二备用油口G2封堵，可以用于连接其它功能的液压元件；在进行设备加压掘进作业时，换向阀31的第一油口d1与其第四油口d4连通，以向加压油缸8的无杆腔供油，换向阀31的第二油口d2与其第一油口d1及第六油口d6分别连通，且换向阀31的第二油口d2与其第一油口d1之间设置有节流阀，换向阀31的第三油口d3与其第五油口d5及第七油口d7分别连通，以对加压油缸8的有杆腔卸荷；加压油缸8上设置有对无杆腔和有杆腔的油压进行检测的压力传感器，在动力头钻孔的过程中，由于动力头受土层摩擦力的影响，动力头有可能会无法旋转，利用转速检测装置检测动力头的转速，可以设置一个动力头最低转速，当检测动力头的转速下降到该设定值时，控制器根据接收到的动力头转速的反馈信息，按照与压力传感器检测到的加压油缸8的无杆腔油压成反比的关系输出电流，来控制流量控制阀9的阀口开度，使反馈油口Ls通过流量控制阀9与油箱连通，以减小副泵4对加压油缸8的输出压力，从而减小对动力头的加压力，实现防憋钻功能。而且，可以在动力头马达7的第一油口A和第二油口B设置压力传感器，以获知动力头马达7的工作状态。

为了更好地阐述本发明的动力头防憋钻电控系统，以下结合控制逻辑对本发明的动力头防憋钻电控系统的工作过程进行说明。

参照图4至图6所示，本发明的动力头防憋钻电控系统的控制方法，其中，动力头防憋钻电控系统为上述技术方案的动力头防憋钻电控系统，控制方法包括如下步骤：

S1、启动设备，进行动力头加压掘进作业；

S2、当转速检测装置检测到的动力头转速降低到设定值时，控制器输出电流控制流量控制阀9的阀口开度，使副阀3的反馈油口Ls通过所述流量控制阀9与油箱连通，以降低副泵4的输出压力；

S3、经过设定时间后，再次检测动力头转速，当动力头转速高于设定值时，所述控制器控制所述流量控制阀9闭合，以恢复到动力头加压掘进作业。

此外，在步骤一中，可以在动力头马达7上设置第二压力检测装置，根据检测到的动力头马达油压信息，来确定设备启闭状态。

而且，在步骤二中，加压油缸8无杆腔可以连接第一压力检测装置，控制器根据第一压力检测装置检测到的加压油缸8无杆腔的油压信息，按与加压油缸8无杆腔的油压成反比关系输出电流，以控制流量控制阀9的阀口开度，以实现防憋钻功能。

其中，对动力头最低转速进行设定，该设定值可以为3-6r/m，一般设定为3 r/m；在步骤三中，经过设定时间后，再次检测动力头转速，该设定时间可以为2-3s，一般设定为2s。

图6显示了本发明动力头防憋钻电控系统的一种软件控制逻辑过程，在实际操作中，具体控制逻辑过程如下：

启动设备，推动先导手柄，液压油从先导泵6通过先导阀5流入主阀1和副阀3，控制主阀1和副阀3的换向，主泵2通过主阀1向动力头马达7供油，以驱动动力头旋转，同时，副泵4通过副阀3向加压油缸8供油，以驱动加压油缸8对动力头施加加压力，使设备进行加压挖掘作业；

通过压力传感器，检测动力头马达7的第一油口A的油压；

当动力头马达7的第一油口A的油压达到330Bar，且维持10个周期后；

控制器根据转速传感器检测到的动力头转速信息，判断动力头转速是否达到设定值，若是判断结果为否，重新回到检测动力头马达7的第一油口A的油压的步骤；

若是判断结果为是，控制器控制顺序比例阀的打开，且顺序比例阀的阀口开度受控制器的输出电流大小控制，其中，控制器的输出电流大小与压力传感器检测到的加压油缸8的无杆腔的压力成反比；

顺序比例阀的阀芯打开后，副阀3的反馈油口Ls通过顺序比例阀与油箱连通，副阀3的反馈油口Ls的压力被卸载，副泵4对加压油缸8的输出压力减小，加压油缸8对动力头施加的加压力也随之减小，实现防憋钻功能；

经过设定时间后，转速传感器再次检测动力头的转速，当判断动力头的转速高于设定值时，控制器控制顺序比例阀闭合，副泵4对加压油缸8的输出压力增大，加压油缸8对动力头施加的加压力也随之增大，重新进行加压掘进作业；至此，一次逻辑控制过程结束。

在上述控制逻辑过程中，也可以用其它能够对流量实现连续控制的电控液压阀，如伺服阀、比例溢流阀等。

本发明的旋挖钻机包括上述技术方案中任一项所述的动力头防憋钻电控系统，因此至少具有上述动力头防憋钻电控系统实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

由上可知，通过对现有的动力头液压控制系统进行电控设计以形成本发明的动力头防憋钻电控系统，成本相对较低，安装简便，电控系统使操作更加方便，安全可靠；通过设置防憋钻的限制压力以及最低动力头转速，有效防止憋钻情况的发生；防憋钻功能有效保证了设备施工效率，延长了动力头马达的使用寿命，维护方便

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种动力头防憋钻电控系统，包括主阀（1）、主泵（2）、副阀（3）、副泵（4）以及与先导泵（6）连接的先导阀（5），所述主泵（2）通过所述主阀（1）与动力头马达（7）连接，所述副泵（4）通过所述副阀（3）与加压油缸（8）连接，所述主阀（1）与所述副阀（3）还分别与所述先导阀（5）连接，以能够通过所述先导阀（5）控制所述主阀（1）与所述副阀（3）的换向，其特征在于，还包括控制器和与该控制器电连接的流量控制阀（9），所述动力头马达（7）上设有与所述控制器电连接、用于检测动力头转速的转速检测装置，所述流量控制阀（9）一端通过所述副阀（3）内的换向阀（31）与该副阀（3）的反馈油口Ls连接，另一端与油箱连接，所述副泵（4）分别与所述副阀（3）的进油口（P）和反馈油口Ls连接，当所述控制器控制所述流量控制阀（9）开启后，所述反馈油口Ls通过所述流量控制阀（9）与所述油箱连通，以能够减小所述副泵（4）的输出压力；所述控制器能够根据所述转速检测装置的反馈信息，控制所述流量控制阀（9）的阀口开度，使所述副阀（3）的反馈油口Ls通过所述流量控制阀（9），对所述反馈油口Ls的反馈压力卸载，以能够减小所述加压油缸（8）的加压力。

2.根据权利要求1所述的动力头防憋钻电控系统，其特征在于，所述加压油缸（8）上设有用于检测油缸油压的第一压力检测装置，所述控制器的用于控制所述流量控制阀（9）的输出电流与所述第一压力检测装置所检测的压力成反比关系。

3.根据权利要求2所述的动力头防憋钻电控系统，其特征在于，所述动力头马达（7）上还设置有用于检测动力头马达油压的第二压力检测装置。

4.根据权利要求3所述的动力头防憋钻电控系统，其特征在于，所述转速检测装置为转速传感器，所述第一压力检测装置与所述第二压力检测装置均为压力传感器。

5.根据权利要求1或2所述的动力头防憋钻电控系统，其特征在于，所述流量控制阀（9）为顺序比例阀或伺服阀。

6.一种旋挖钻机，其特征在于，包括根据权利要求1至5中任一项所述的动力头防憋钻电控系统。

7.一种动力头防憋钻电控系统的控制方法，其中，所述动力头防憋钻电控系统为根据权利要求1至5中任一项所述的动力头防憋钻电控系统，所述控制方法包括如下步骤：

步骤一，启动设备，进行动力头加压掘进作业；

步骤二，当转速检测装置检测到的动力头转速降低到设定值时，控制器输出电流控制流量控制阀（9）的阀口开度，使副阀（3）的反馈油口Ls通过所述流量控制阀（9）与油箱连通，以降低副泵（4）的输出压力；

步骤三，经过设定时间后，再次检测动力头转速，当动力头转速高于设定值时，所述控制器控制所述流量控制阀（9）闭合，以恢复到动力头加压掘进作业。

8.根据权利要求7中所述的动力头防憋钻电控系统的控制方法，其中，在步骤一中，根据动力头马达（7）上的第二压力检测装置检测的动力头马达油压信息，以确定设备启闭状态。

9.根据权利要求7或8中所述的动力头防憋钻电控系统的控制方法，其中，在步骤二中，控制器根据第一压力检测装置检测到的加压油缸（8）无杆腔的油压信息，按与所述加压油缸（8）无杆腔的油压成反比关系输出电流，以控制所述流量控制阀（9）的阀口开度。

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