CN112855114B - 一种钻机的电机组调配方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻机的电机组调配方法及系统，通过计算油缸驱动钻机所需的总功率，而后将其与电机组的输出功率相比较，根据第一计算公式进行判定，进而关停或开启对应数量的电机，实现了在满足电机组的输出功率可保证钻机的正常工作的前提下，最大限度的降低了电机组的功耗。
Description
技术领域
本发明涉及钻机技术领域，具体涉及一种钻机的电机组调配方法及系统。
背景技术
现有的钻机多为通过电机组驱动液压泵，进而带动油缸驱动钻机工作。在这个过程中，电机组的输出功率为固定的，而钻机所需的总功率是根据不同土层和土质随时改变的。因此，为了满足钻机在任何时候都可获取足够的功率，人们常常将电机组的所有电机开启，使其达到最大输出功率。
当钻机的所需功率降低时，此时电机组的总输出功率一直处于最大输出，输出功率远大于所需的总功率，导致能源的极大浪费。而现有技术中，为了降低功耗浪费，主要通过人工经验大致判断所需功率的大小，进而选择电机组的输出功率，这样的方法具有如下缺陷：第一，需要较强的经验对其进行判断，且判断结果不够精确；第二，需要人为操作，费时费力；第三，无法根据钻机的实施变化改变电机组的输出功率；第四，钻机的所需功率的变化不是由土质或土层的改变引起时，工作人员无法依据经验判断得出结果。
发明内容
为了解决因钻机所需功率发生变化导致的电机组输出功率浪费等问题，本发明提出了一种钻机的电机组调配方法,包括：
根据油缸的有效工作面积和油缸的负载获取油缸的平均工作压强；根据油缸的平均工作压强获取油缸的流量；根据油缸的流量和油缸的平均工作压强获取油缸所需的电机总功率N目标；
还包括步骤：
S1、将油缸所需的电机总功率与电机组的总输出功率N输出进行比较，并根据第一计算公式：
|N输出-N目标|＝xN均+y；
式中，x为自然数，N均为电机的平均输出功率，y为大于等于零且小于N均的数；
当N目标>N输出时,进入步骤S2；当N目标<N输出时,进入步骤S3；当N目标＝N输出时,则结束调配；
S2、开启x+1台或1台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则返回步骤S1；
S3、关闭x台或1台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则返回步骤S1。
进一步地，油缸的有效工作面积的获取公式为：
式中，油缸的有效工作面积A为油缸的无杆腔体的工作面积，D为油缸内直径。
进一步地，获取油缸的平均工作压强的计算公式为：
式中，n为油缸数量，p为n个油缸间的平均工作压强，F为n个油缸的总负载，A为单个油缸的有效工作面积。
进一步地，获取油缸的流量的计算公式为：
Q＝v×A×n；
式中，v为油缸运行速度。
进一步地，油缸所需的电机总功率N目标的计算公式为：
式中，Q泄为系统泄露流量，ηb为液压泵的效率系数。
本发明还公开了一种钻机的电机组调配系统，包括有：
压强计算模块，用于根据油缸的有效工作面积和油缸的负载获取油缸的平均工作压强；
流量计算模块，用于根据油缸的平均工作压强获取油缸的流量；
所需电机总功率计算模块，用于根据油缸的流量和油缸的平均工作压强获取油缸所需的电机总功率N目标；
判定模块，用于将所需的电机总功率与电机组的总输出功率N输出进行比较，并根据第一计算公式：
|N输出-N目标|＝xN均+y；
式中，x为自然数，N均为电机的平均输出功率，y为大于等于零且小于N均的数；
当N目标>N输出时,开启x+1台或1台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则根据第一计算公式重新对比判定；
当N目标<N输出时,关闭x台或1台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则根据第一计算公式重新对比判定；
当N目标＝N输出时,则结束调配。
进一步地，在压强计算模块中，油缸的有效工作面积的获取公式为：
式中，油缸的有效工作面积A为油缸的无杆腔体的工作面积，D为油缸内直径。
进一步地，在压强计算模块中，获取油缸的平均工作压强的计算公式为：
式中，n为油缸数量，p为n个油缸间的平均工作压强，F为n个油缸的总负载，A为单个油缸的有效工作面积。
进一步地，在流量计算模块中，获取油缸的流量的计算公式为：
Q＝v×A×n；
式中，v为油缸运行速度。
进一步地，在所需电机总功率计算模块中，油缸所需的电机总功率N目标的计算公式为：
式中，Q泄为系统泄露流量，ηb为液压泵的效率系数。
与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
(1)即使同一电机组内的各个电机的输出功率不一致，本发明也可根据电机组中一台电机的平均输出功率计算出所需关停或开启的电机数量，而后再进行重新计算判定，避免了因电机组中的各个电机的输出功率不一致而导致关停或开启后对应数量电机后仍存在电机组输出功率不足或过剩的情况，最大限度的降低了电机组的功耗。
(2)可提供两种不同的启停方式：第一种为一次性开启x+1台或关闭x台电机，而后重新进行比较判定直至满足结束调配的条件，其工作效率高，可在短时间内对电机组中的多台电机进行调配；第二种为一次只启停一台电机，而后重新进行比较判定直至满足结束调配的条件，其效率较低，但可避免因一次开启或关停多台电机导致钻机获得的功率过高进而导致钻机损坏或钻机获得的功率过低进而导致钻机无法正常工作。工作人员可根据不同需求进行选择。
(3)同时满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均时才可结束调配，即油缸所需总功率大于电机组的输出功率，但两者的差值小于电机组中一台电机的平均输出功率，即在满足了电机组的输出功率可保证钻机的正常工作的前提下，最大限度的降低了电机组的功耗。
(4)可实时计算钻机的所需的总功率，进而对电机组进行调配，在钻机的所需功率的发生连续变化时，也可在第一时间对电机组进行调配，进一步降低电机组的功耗。
附图说明
图1为电机组调配的方法步骤图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
请参照图1，本发明公开了一种钻机的电机组调配方法，包括：
根据油缸的有效工作面积和油缸的负载获取油缸的平均工作压强；根据油缸的平均工作压强获取油缸的流量；根据油缸的流量和油缸的平均工作压强获取油缸所需的电机总功率N目标；
还包括步骤：
S1、将油缸所需的电机总功率与电机组的总输出功率N输出进行比较，并根据第一计算公式：
|N输出-N目标|＝xN均+y；
式中，x为自然数，N均为电机的平均输出功率，y为大于等于零且小于N均的数；
当N目标>N输出时,进入步骤S2；当N目标<N输出时,进入步骤S3；当N目标＝N输出时,则结束调配；
S2、开启x+1台或1台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则返回步骤S1；
S3、关闭x台或1台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则返回步骤S1。
在本实施例中，根据油缸的负载(即受力大小)这一个变量分步计算，最终得出油缸驱动钻机所需的总功率大小；而后将得出的所需总功率数值与现有的电机组的输出功率进行比较判定，进而关闭或开启一台或多台电机，以使电机组的输出功率在满足油缸所需功率的情况下最大限度的节约功耗。
在所需总功率的计算过程中，仅需获取油缸的有效工作面积和油缸的负载，而只有油缸的负载是变量，根据油缸负载的变化，最终计算出所需总功率的大小。在同一钻机中，由于变量只有一个，所需总功率的变化仅由油缸负载决定，不受其他外界不确定因素的影响，使得计算结果更精确，更可靠。
在将计算出的所需总功率与电机组输出功率对比判定时，可得出所需总功率与电机组的输出功率相差的数值为一台电机的平均输出功率N均的x倍，同时还设定了一个余数y，y的数值大于等于零且小于N均，进而关停或开启对应数量的电机，而后重新进而计算判定，直至满足结束调配的条件后方可结束。
重点是，本实施例中获取的是电机组中一台电机的平均输出功率，且在关停或开启对应数量的电机后重新进行计算和判定。即使同一电机组内的各个电机的输出功率不一致，本实施例也可根据平均输出功率计算出所需关停或开启的电机数量，而后再进行重新计算判定，避免了因各个电机的输出功率不一致而导致关停或开启后对应数量电机后仍存在电机组输出功率不足或过剩的情况。
在开其或关停电机时，本申请可提供两种不同的启停逻辑：第一种为一次性开启x+1台或关闭x台电机，而后重新进行比较判定直至满足结束调配的条件，其工作效率高，可在短时间内对电机组中的多台电机进行调配；第二种为一次只启停一台电机，而后重新进行比较判定直至满足结束调配的条件，其效率较低，但可避免因一次开启或关停多台电机导致钻机获得的功率过高进而导致钻机损坏或钻机获得的功率过低进而导致钻机无法正常工作。工作人员可根据不同需求进行选择。
对结束调配的条件的解释为：当满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均时，油缸所需总功率大于电机组的输出功率，但两者的差值小于电机组中一台电机的平均输出功率，即在满足了电机组的输出功率可保证钻机的正常工作的前提下，最大限度的降低了电机组的功耗。
在钻机的工作过程中，由于其使用工况时实时变化的，所需要的功率也是实时变化的，依靠操作人员的经验即使可以得出启停电机的结论，也无法适应钻机所需功率的实时变化，无法最大限度的降低电机组的功耗。而在本实施例中，可实时计算钻机的所需的总功率，进而对电机组进行调配，在钻机的所需功率的发生连续变化时，也可在第一时间对电机组进行调配，进一步降低电机组的功耗。
进一步地，油缸的有效工作面积的获取公式为：
式中，油缸的有效工作面积A为油缸的无杆腔体的工作面积，D为油缸内直径。
进一步地，获取油缸的平均工作压强的计算公式为：
式中，n为油缸数量，p为n个油缸间的平均工作压强，F为n个油缸的总负载，A为单个油缸的有效工作面积。
进一步地，获取油缸的流量的计算公式为：
Q＝v×A×n；
式中，v为油缸运行速度。
进一步地，油缸所需的电机总功率N目标的计算公式为：
式中，Q泄为系统泄露流量，ηb为液压泵的效率系数。
本发明还公开了一种钻机的电机组调配系统，包括有：
压强计算模块，用于根据油缸的有效工作面积和油缸的负载获取油缸的平均工作压强；
流量计算模块，用于根据油缸的平均工作压强获取油缸的流量；
所需电机总功率计算模块，用于根据油缸的流量和油缸的平均工作压强获取油缸所需的电机总功率N目标；
判定模块，用于将所需的电机总功率与电机组的总输出功率N输出进行比较，并根据第一计算公式：
|N输出-N目标|＝xN均+y；
式中，x为自然数，N均为电机的平均输出功率，y为大于等于零且小于N均的数；
当N目标>N输出时,开启x+1台或1台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则根据第一计算公式重新对比判定；
当N目标<N输出时,关闭x台或1台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则根据第一计算公式重新对比判定；
当N目标＝N输出时,则结束调配。
进一步地，在压强计算模块中，油缸的有效工作面积的获取公式为：
式中，油缸的有效工作面积A为油缸的无杆腔体的工作面积，D为油缸内直径。
进一步地，在压强计算模块中，获取油缸的平均工作压强的计算公式为：
式中，n为油缸数量，p为n个油缸间的平均工作压强，F为n个油缸的总负载，A为单个油缸的有效工作面积。
进一步地，在流量计算模块中，获取油缸的流量的计算公式为：
Q＝v×A×n；
式中，v为油缸运行速度。
进一步地，在所需电机总功率计算模块中，油缸所需的电机总功率N目标的计算公式为：
式中，Q泄为系统泄露流量，ηb为液压泵的效率系数。
综上所述，本申请通过计算油缸驱动钻机所需的总功率，进而将所需的总功率与电机组的总输出功率进行比较，最终启动或关停电机的数量，重复上述步骤直至油缸所需总功率大于电机组的输出功率，但两者的差值小于电机组中一台电机的平均输出功率，结束调配。同时，还可根据钻机的不同使用工况进行实时监测，对电机组中各个电机做出实时调配。实现了在满足了电机组的输出功率可保证钻机的正常工作的前提下，最大限度的降低了电机组的功耗。
本文中所描述的具体实施例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 (10)
1.一种钻机的电机组调配方法,其特征在于，包括：
根据油缸的有效工作面积和油缸的负载获取油缸的平均工作压强；根据油缸的平均工作压强获取油缸的流量；根据油缸的流量和油缸的平均工作压强获取油缸所需的电机总功率N目标；
还包括步骤：
S1、将油缸所需的电机总功率与电机组的总输出功率N输出进行比较，并根据第一计算公式：
|N输出-N目标|＝xN均+y；
式中，x为自然数，N均为电机的平均输出功率，y为大于等于零且小于N均的数；
当N目标>N输出时,进入步骤S2；当N目标<N输出时,进入步骤S3；当N目标＝N输出时,则结束调配；
S2、开启x+1台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则返回步骤S1；
S3、关闭x台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则返回步骤S1。
2.根据权利要求1所述的一种钻机的电机组调配方法，其特征在于，油缸的有效工作面积的获取公式为：
式中，油缸的有效工作面积A为油缸的无杆腔体的工作面积，D为油缸内直径。
3.根据权利要求2所述的一种钻机的电机组调配方法，其特征在于，获取油缸的平均工作压强的计算公式为：
式中，n为油缸数量，p为n个油缸间的平均工作压强，F为n个油缸的总负载，A为单个油缸的有效工作面积。
4.根据权利要求3所述的一种钻机的电机组调配方法，其特征在于，获取油缸的流量的计算公式为：
Q＝v×A×n；
式中，v为油缸运行速度。
5.根据权利要求4所述的一种钻机的电机组调配方法，其特征在于，油缸所需的电机总功率N目标的计算公式为：
式中，Q泄为系统泄露流量，ηb为液压泵的效率系数。
6.一种钻机的电机组调配系统，其特征在于，包括有：
压强计算模块，用于根据油缸的有效工作面积和油缸的负载获取油缸的平均工作压强；
流量计算模块，用于根据油缸的平均工作压强获取油缸的流量；
所需电机总功率计算模块，用于根据油缸的流量和油缸的平均工作压强获取油缸所需的电机总功率N目标；
判定模块，用于将所需的电机总功率与电机组的总输出功率N输出进行比较，并根据第一计算公式：
|N输出-N目标|＝xN均+y；
式中，x为自然数，N均为电机的平均输出功率，y为大于等于零且小于N均的数；
当N目标>N输出时,开启x+1台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则根据第一计算公式重新对比判定；
当N目标<N输出时,关闭x台电机后判定是否满足N目标≥N输出且|N输出-N目标|<N均；若是，则结束调配，若否，则根据第一计算公式重新对比判定；
当N目标＝N输出时,则结束调配。
7.根据权利要求6所述的一种钻机的电机组调配系统，其特征在于，在压强计算模块中，油缸的有效工作面积的获取公式为：
式中，油缸的有效工作面积A为油缸的无杆腔体的工作面积，D为油缸内直径。
8.根据权利要求7所述的一种钻机的电机组调配系统，其特征在于，在压强计算模块中，获取油缸的平均工作压强的计算公式为：
式中，n为油缸数量，p为n个油缸间的平均工作压强，F为n个油缸的总负载，A为单个油缸的有效工作面积。
9.根据权利要求6所述的一种钻机的电机组调配系统，其特征在于，在流量计算模块中，获取油缸的流量的计算公式为：
Q＝v×A×n；
式中，v为油缸运行速度。
10.根据权利要求9所述的一种钻机的电机组调配系统，其特征在于，在所需电机总功率计算模块中，油缸所需的电机总功率N目标的计算公式为：
式中，Q泄为系统泄露流量，ηb为液压泵的效率系数。
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| GR01 | Patent grant | ||
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