CN112857185B - 一种旋挖钻机回转角度的实时检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋挖钻机回转角度的实时检测方法，所述实时检测方法包括使用一种旋挖钻机的回转角度检测装置，所述检测装置包括直接或间接固定设置在中央回转接头壳体上的转动部件和直接或间接固定设置在中央回转接头芯体上的固定部件，中央回转接头壳体固定在旋挖钻机的上车平台上并随之回转，中央回转接头芯体通过下车安装法兰固定在旋挖钻机的下车上；转动部件包括角度传感器元件、插座和传感器固定接头；固定部件包括圆柱磁头、固定铜螺母和支撑杆；本发明所述实时检测方法中的旋挖钻机回转角度检测装置结构简单，安装方便，不占空间。由于其体积小，对安装同心度要求不高，对于在恶劣环境下工作的旋挖钻机来说，其可靠性更高。

Description

一种旋挖钻机回转角度的实时检测方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种用于旋挖钻机钻孔定位的上车平台回转角度的检测装置及回转角度的实时检测方法。

背景技术

旋挖钻机是一种取土成孔的建筑桩基础施工装备，旋挖钻机的上车平台为旋挖钻机提供各种系统布置空间和工作装置安装平台，是旋挖钻机的核心部件。旋挖钻机的上车平台通过回转支撑与其下车连接，高压液压油作用于回转马达驱动减速机使齿轮轴与回转支承内齿圈齿合，带动上车实现360°回转；上车平台回转中心装有中央回转接头，用于给下车液压元件传递和输送液压油；旋挖钻机每次使用钻斗钻孔取土后需要转动而换位倒土，而每次倒土后又需要回转复位钻孔，经过多次反复钻孔与倒土从而完成桩孔最终成形，由于钻杆钻斗等工作装置往复运动依靠上车平台的回转来实现，所以上车平台的回转角度需要实时检测才能达到回转角度的精确定位。

发明专利申请CN201680059648提供了一种用于作业机器的回转接头，该回转接接头使其容易安装用于检测旋转角度的装置并能够抑制由于装置的安装导致的尺寸的增加。本发明的实施例包括回转接头，该回转接头包括外部主体，其固定在下行进主体和上回转主体之一上并且一端上具有闭合表面；内部主体，其固定在下行进主体和上回转主体中的另一个上并相对旋转地装配在外部主体中，同时在一端n处以创建空间的方式与闭合表面相对；调节油通道，其形成在内部主体的旋转中心线CL上用于分配调节油；杆，其插入调节油通道并固定在外部主体和内部主体之一上；以及旋转角度传感器，其固定在外部主体和内部主体的另一端上用于检测杆的旋转角度。

发明专利申请CN201910579031涉及角度测量技术领域，具体而言，涉及一种中央回转接头和检测方法。中央回转接头包括回转体、回转轴、转动轴、定轴和传感器元件；传感器元件包括转子和定子，转子、转动轴、回转轴与上平台固定，传感器元件中的定子、定轴、回转体与下平台固定；传感器元件被配置为当上下平台发生相对转动时，转化成传感器元件的转子和定子的相对转动，通过采用具有磁性偏置的霍尔效应集成电路来检测工作范围内转轴的旋转运动。这样的中央回转接头较普通的机械齿轮测量回转角度方法结构简单，较单纯的电器传感元件抗电磁干扰能力强，有较好的综合性能。

这两项专利申请中均公开使用传感器测量回转角度，但该专利申请中都未公开角度传感器与作业机器的具体装配方式，更没有公开该传感器和中央回转接头在旋挖钻机上的安装方法。且该专利申请中的角度传感器及其安装配件的抗电磁干扰能力不强，导致作业机器中使用的角度传感器都会存在失稳的问题。

因此，本领域仍然需要提供一种新的旋挖钻机的回转角度检测装置以及旋挖钻机回转角度的实时检测方法来解决上述问题。

发明内容

本发明为了解决旋挖钻机的上车平台回转角度的实时检测，以达到钻斗等工作装置回转角度的精确定位，提供了一种简单可靠的回转角度检测装置及检测方法。

因此，本发明提供一种旋挖钻机回转角度的实时检测方法，所述实时检测方法包括使用一种旋挖钻机的回转角度检测装置，所述检测装置包括直接或间接固定设置在中央回转接头壳体上的转动部件和直接或间接固定设置在中央回转接头芯体上的固定部件，所述中央回转接头壳体固定在旋挖钻机的上车平台上并随之回转，所述中央回转接头芯体通过下车安装法兰固定在旋挖钻机的下车上；

所述转动部件包括角度传感器元件、插座和传感器固定接头，且所述转动部件通过中央回转接头壳体上端安装座而固定设置在所述中央回转接头壳体上；

所述固定部件包括圆柱磁头、固定铜螺母和支撑杆，且所述固定部件直接或间接固定设置在所述中央回转接头芯体上；

所述传感器固定接头为一体化的铜质结构件，包括外螺纹一、容置孔、安装孔和旋拧头一，所述外螺纹一设置在传感器固定接头的下部，且用于与中央回转接头壳体上端安装座的内螺纹连接，所述容置孔包括设置在外螺纹一径向内侧的中心位置且在竖向上为自下而上的开孔，所述容置孔用于容置所述固定铜螺母，所述安装孔设置在传感器固定接头的顶部且为自上而下的开孔，所述安装孔中用于固定安装角度传感器元件和高分子材料材质的插座，所述插座用于插入插头信号线，且用于将角度传感器元件测得的角位移信号通过所述插头信号线传输信号到控制器，所述旋拧头一设置在传感器固定接头的径向外侧且用于提供施力位置以便将其与中央回转接头壳体上端安装座拧紧；

所述固定铜螺母为一体化的铜质结构件，包括内螺纹孔、磁头装配孔、旋拧体和分隔件，所述内螺纹孔设置在固定铜螺母的下部且为自下而上的螺纹沉孔，所述支撑杆顶端的外螺纹二用于向上旋拧入所述内螺纹孔中而使得固定铜螺母与支撑杆固定连接，所述磁头装配孔设置在固定铜螺母的顶部且为自上而下的圆柱形状的沉孔，用于所述圆柱磁头卡紧设置在其中，所述旋拧体设置在固定铜螺母的径向外侧且用于提供施力位置以便将固定铜螺母与支撑杆螺纹连接，所述分隔件设置在所述内螺纹孔和磁头装配孔之间且用于分隔开这两个孔；所述圆柱磁头为一体化的磁铁材质结构件，所述圆柱磁头为设置在传感器固定接头内的角度传感器元件提供磁场，以供回转角度检测用；所述支撑杆的下端用于直接或间接固定在所述中央回转接头芯体上；

所述转动部件中的角度传感器元件随上车平台回转过程中切割所述固定部件中的圆柱磁头产生的磁力线，角度传感器元件切割磁力线产生角位移信号，角位移信号通过插座上的插头信号线传输到控制器，控制器将收到的角位移信号进行计算处理后得到角度值，将相对于零点的角度值发送到显示屏，从而对钻杆钻斗施工过程中往复角度进行实时显示与控制。

在一种具体的实施方式中，所述容置孔为圆柱形孔，所述旋拧头一为外六角头。

在一种具体的实施方式中，所述旋拧体为非圆柱体，优选所述旋拧体为外六角柱形，所述旋拧头二为外六角头。

在一种具体的实施方式中，所述容置孔的径向内侧壁与所述固定铜螺母的径向外侧壁之间设置有1～7mm，优选3～5mm的径向间隙。

本发明中，该径向间隙使得本发明所述转动部件与固定部件之间的同轴度要求不高，例如传感器固定接头与固定铜螺母之间的同轴度要求不高。

在一种具体的实施方式中，所述固定部件还包括下端固定接头和螺母，所述支撑杆的下端设置有外螺纹三用于穿过下端固定接头的过孔并与下端固定接头下方的螺母螺纹连接；所述下端固定接头还包括外螺纹四和旋拧头二，所述外螺纹四设置在下端固定接头的上部，且用于与中央回转接头芯体下端安装座的内螺纹连接，所述旋拧头二设置在下端固定接头的径向外侧且用于提供施力位置以便将其与中央回转接头芯体下端安装座拧紧。

在一种具体的实施方式中，所述过孔为螺纹孔。

在一种具体的实施方式中，所述传感器固定接头还包括一体化设置的隔板，所述容置孔和安装孔均为沉孔结构，所述隔板设置在容置孔和安装孔之间，所述隔板的厚度为1～5mm，优选2～4mm。

在一种具体的实施方式中，在所述圆柱磁头的顶部设置有自上而下的圆柱沉孔。

在一种具体的实施方式中，实时检测旋挖钻机回转角度前，可通过调整支撑杆顶端的外螺纹二向上旋拧入所述内螺纹孔中的螺纹连接深度，而调整圆柱磁头顶部与角度传感器元件之间的竖直距离。

本发明至少具有如下有益效果：

1、本发明所述旋挖钻机的回转角度检测装置结构简单，安装方便，不占空间。由于其体积小，对安装同心度要求不高，对于在恶劣环境下工作的旋挖钻机来说，其可靠性更高。

2、本发明中，所述传感器固定接头和固定铜螺母均使用铜制材料，可防止其自身被磁化。角度传感器元件镶嵌在铜制传感器固定接头内部，一体化集成结构，体积小安装方便，又能保护传感器元件不受碰撞。

3、本发明中，圆柱磁头镶嵌在固定铜螺母内部，固定铜螺母的安装高度可调节，能抵消支撑杆及其它安装件的尺寸精度误差对圆柱磁头与角度传感器元件之间的距离影响，能使得圆柱磁头与角度传感器元件之间的距离精准调整为设计值，也就能使得该旋挖钻机的回转角度检测装置性能稳定。

附图说明

图1为旋挖钻机上车平台与下车安装结构主视图。

图2为回转角度检测装置上部安装结构(图1中I处的放大图)。

图3为回转角度检测装置下部安装结构(图1中II处的放大图)。

图4为回转角度检测装置的结构示意图。

图5为另一个视角的回转角度检测装置的结构示意图。

图6为回转角度检测装置的剖视结构示意图。

图中序号说明：上车平台1，中央回转接头壳体2，下车安装法兰3，中央回转接头芯体4，插座5，传感器固定接头6，外螺纹一61，容置孔62，安装孔63，旋拧头一64，隔板65，圆柱磁头7，圆柱沉孔71，固定铜螺母8，内螺纹孔81，磁头装配孔82，旋拧体83，分隔件84，中央回转接头壳体上端安装座9，支撑杆10，外螺纹二101，外螺纹三102，中央回转接头芯体下端安装座11，下端固定接头12，过孔121，外螺纹四122，旋拧头二123，螺母13。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1所示，旋挖钻机上车平台1通过回转支撑与下车连接，高压液压油作用于回转马达驱动减速机使齿轮轴与回转支承内齿圈啮合，带动上车实现360°回转。上车平台1中央安装有中央回转接头，中央回转接头由壳体2与芯体4组成；中央回转接头壳体2通过拉杆固定在上车平台1上，芯体4固定在下车安装法兰3上，当壳体2随上车平台回转时，与固定在不转动的下车安装法兰3上的芯体4形成相对转动。

图2所示，回转角度传感器元件及插座5镶嵌在传感器固定接头6上端并制成一个整体接头，传感器固定接头6为六方头铜制接头，可防止自身被磁化，插座5内可接外线插头(插头信号线)以连接控制器并输出信号；固定接头6通过下段外螺纹拧入中央回转接头壳体上端安装座9而固定。圆柱磁头7内嵌在固定铜螺母8上端芯部，固定铜螺母8安装固定在支撑杆10的上端螺柱上，固定铜螺母8向上伸入传感器固定接头6下段内孔中与之保持3～5mm的径向间隙并基本同心。

图3所示，支撑杆10下端的螺柱拧入下端固定接头12并用螺母13并紧；也就是说，下端固定接头12上设置有供支撑杆10下端穿过的过孔，且支撑杆10下端穿出下端固定接头12的底部后与位于下端固定接头12下方的螺母13螺纹连接。下端固定接头12的上端通过外螺纹与中央回转接头芯体下端安装座11螺接紧固。

由以上装配关系可知，内嵌在固定铜螺母8上端芯部的圆柱磁头7通过支撑杆10及其中央回转接头芯体下端安装座11与下车固定在一起，而镶嵌在传感器固定接头6上端的回转角度传感器及插座5则通过中央回转接头壳体上端安装座9而与上车平台1固定在一起。当上车平台1做回转运动时，回转角度传感器元件及插座5也随之同步转动，从而与圆柱磁头7产生相对角位移，圆柱磁头产生磁力线，角度传感器元件切割磁力线产生角位移信号，角位移信号通过插座5上的插头信号线传输到控制器，控制器将收到的角位移信号进行计算处理后得到角度值，将相对于零点的角度值发送到显示屏，从而对钻杆钻斗施工过程中往复角度进行实时显示与控制。

本发明中，所述下端固定接头12为铜质或钢质，而其他结构部件如无特殊说明，一般均为钢质结构。此外，包括本发明所述圆柱磁头7和回转角度传感器元件等结构部件都可以通过商购获取，所述圆柱磁头和回转角度传感器元件配合使用，后者为能感应到所述圆柱磁头产生的磁场的半导体元器件。

本发明中，上车平台1、中央回转接头壳体2、下车安装法兰3和中央回转接头芯体4是旋挖钻机本身就具有的结构，所述角度传感器元件、插座5、传感器固定接头6、圆柱磁头7、固定铜螺母8、支撑杆10、下端固定接头12和螺母13均为本发明所述检测装置中增设的结构部件，而所述中央回转接头壳体上端安装座9和中央回转接头芯体下端安装座11也根据所述传感器固定接头6和下端固定接头12而相应进行结构设计的调整，使得这二者能与本发明所述检测装置匹配。

本发明的装置与旋挖钻机的中央回转接头安装在一起，结构简单，回转角度传感器元件镶嵌在六方头铜接头(即传感器固定接头)上端，圆柱磁头隐藏在铜制的传感器固定接头下端内腔，传感器元件与圆柱磁头7顶端一般会设置3～5mm的竖向间隙，且传感器元件与圆柱磁头7顶端设置有大概3mm厚的隔板。此外，容置孔的内壁与固定铜螺母的外壁之间设置有3～5mm的径向间隙，因而装置在安装时对同轴度的要求不高，拆装也方便，不会与其它机械部件碰撞，性能可靠，能有效解决旋挖钻机上车平台的回转角度实时检测与控制的问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种旋挖钻机回转角度的实时检测方法，所述实时检测方法包括使用一种旋挖钻机的回转角度检测装置，所述检测装置包括直接或间接固定设置在中央回转接头壳体(2)上的转动部件和直接或间接固定设置在中央回转接头芯体(4)上的固定部件，所述中央回转接头壳体(2)固定在旋挖钻机的上车平台(1)上并随之回转，所述中央回转接头芯体(4)通过下车安装法兰(3)固定在旋挖钻机的下车上；

所述转动部件包括角度传感器元件、插座(5)和传感器固定接头(6)，且所述转动部件通过中央回转接头壳体上端安装座(9)而固定设置在所述中央回转接头壳体(2)上；

所述固定部件包括圆柱磁头(7)、固定铜螺母(8)和支撑杆(10)，且所述固定部件直接或间接固定设置在所述中央回转接头芯体(4)上；

所述传感器固定接头(6)为一体化的铜质结构件，包括外螺纹一(61)、容置孔(62)、安装孔(63)和旋拧头一(64)，所述外螺纹一(61)设置在传感器固定接头(6)的下部，且用于与中央回转接头壳体上端安装座(9)的内螺纹连接，所述容置孔(62)包括设置在外螺纹一(61)径向内侧的中心位置且在竖向上为自下而上的开孔，所述容置孔(62)用于容置所述固定铜螺母(8)，所述安装孔(63)设置在传感器固定接头(6)的顶部且为自上而下的开孔，所述安装孔(63)中用于固定安装角度传感器元件和高分子材料材质的插座(5)，所述插座(5)用于插入插头信号线，且用于将角度传感器元件测得的角位移信号通过所述插头信号线传输信号到控制器，所述旋拧头一(64)设置在传感器固定接头(6)的径向外侧且用于提供施力位置以便将其与中央回转接头壳体上端安装座(9)拧紧；

所述固定铜螺母(8)为一体化的铜质结构件，包括内螺纹孔(81)、磁头装配孔(82)、旋拧体(83)和分隔件(84)，所述内螺纹孔(81)设置在固定铜螺母(8)的下部且为自下而上的螺纹沉孔，所述支撑杆(10)顶端的外螺纹二(101)用于向上旋拧入所述内螺纹孔(81)中而使得固定铜螺母(8)与支撑杆(10)固定连接，所述磁头装配孔(82)设置在固定铜螺母(8)的顶部且为自上而下的圆柱形状的沉孔，用于所述圆柱磁头(7)卡紧设置在其中，所述旋拧体(83)设置在固定铜螺母(8)的径向外侧且用于提供施力位置以便将固定铜螺母(8)与支撑杆(10)螺纹连接，所述分隔件(84)设置在所述内螺纹孔(81)和磁头装配孔(82)之间且用于分隔开这两个孔；所述圆柱磁头(7)为一体化的磁铁材质结构件，所述圆柱磁头(7)为设置在传感器固定接头(6)内的角度传感器元件提供磁场，以供回转角度检测用；所述支撑杆(10)的下端用于直接或间接固定在所述中央回转接头芯体(4)上；

所述转动部件中的角度传感器元件随上车平台(1)回转过程中切割所述固定部件中的圆柱磁头(7)产生的磁力线，角度传感器元件切割磁力线产生角位移信号，角位移信号通过插座(5)上的插头信号线传输到控制器，控制器将收到的角位移信号进行计算处理后得到角度值，将相对于零点的角度值发送到显示屏，从而对钻杆钻斗施工过程中往复角度进行实时显示与控制。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述容置孔(62)为圆柱形孔，所述旋拧头一(64)为外六角头。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述旋拧体(83)为非圆柱体。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述容置孔(62)的径向内侧壁与所述固定铜螺母(8)的径向外侧壁之间设置有3～5mm的径向间隙。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述固定部件还包括下端固定接头(12)和螺母(13)，所述支撑杆(10)的下端设置有外螺纹三(102)用于穿过下端固定接头(12)的过孔(121)并与下端固定接头(12)下方的螺母(13)螺纹连接；所述下端固定接头(12)还包括外螺纹四(122)和旋拧头二(123)，所述外螺纹四(122)设置在下端固定接头(12)的上部，且用于与中央回转接头芯体下端安装座(11)的内螺纹连接，所述旋拧头二(123)设置在下端固定接头(12)的径向外侧且用于提供施力位置以便将其与中央回转接头芯体下端安装座(11)拧紧。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述过孔(121)为螺纹孔。

7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述传感器固定接头(6)还包括一体化设置的隔板(65)，所述容置孔(62)和安装孔(63)均为沉孔结构，所述隔板(65)设置在容置孔(62)和安装孔(63)之间，所述隔板(65)的厚度为2～4mm。

8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在所述圆柱磁头(7)的顶部设置有自上而下的圆柱沉孔(71)。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的检测方法，其特征在于，实时检测旋挖钻机回转角度前，可通过调整支撑杆(10)顶端的外螺纹二(101)向上旋拧入所述内螺纹孔(81)中的螺纹连接深度，而调整圆柱磁头(7)顶部与角度传感器元件之间的竖直距离。

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