CN114215500B - 一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统及控制方法，包括转台、动臂油缸、动臂、斗杆油缸、斗杆、铲斗油缸、螺旋钻杆连接机构和螺旋钻杆，还包括控制器、仪表、压力传感器、倾角传感器、电磁阀和开关；控制器分别与仪表、压力传感器、倾角传感器、电磁阀和开关电连接，电磁阀用于控制斗杆联阀芯实现斗杆内收、外摆；倾角传感器安装在动臂和斗杆上，用于识别动臂、斗杆姿态；开关包括开关一和开关二，开关一用于触发识别螺旋钻杆的位置，触发识别螺旋钻杆和斗杆间连接轴与动臂和转台间连接轴的水平、竖直距离，开关二用于触发开启螺旋钻杆机具的自动控制功能。本发明有效避免钻坑倾斜，保证钻坑垂直度，大大降低了操作难度，提升了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统及控制方法，属于挖掘机领域。
背景技术
挖掘机作为一种重要的工程机械，广泛应用于各种土方作业的场所，对于微小型挖掘机经常会用到螺旋钻杆，用于钻坑植树、埋电线杆等场景。目前旋挖钻杆机具的操作，首先定位到钻坑的位置，通过操作先导手柄和脚踏阀，实现动臂、斗杆、机具油缸运动使旋挖钻杆旋转运动，因此需要动臂、斗杆协调操作，以尽量保证螺旋钻杆尽量垂直运动，对操作者技能要求较高，容易造成钻坑倾斜，垂直度无法保证，另外钻坑深度仅能通过目测识别，无法精准识别。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统及控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统，包括转台、动臂油缸、动臂、斗杆油缸、斗杆、铲斗油缸、螺旋钻杆连接机构和螺旋钻杆，所述动臂、动臂油缸分别与转台轴连接，动臂油缸与动臂轴连接，动臂、斗杆油缸分别与斗杆轴连接，铲斗油缸、螺旋钻杆连接机构分别与斗杆轴连接，螺旋钻杆连接机构与螺旋钻杆轴连接，还包括控制器、仪表、压力传感器、倾角传感器、电磁阀和开关；
所述控制器分别与仪表、压力传感器、倾角传感器、电磁阀和开关电连接，所述电磁阀用于控制斗杆联阀芯实现斗杆内收、外摆；所述倾角传感器安装在动臂和斗杆上，用于识别动臂、斗杆姿态；
所述开关包括开关一和开关二，所述开关一用于触发识别螺旋钻杆的位置，触发识别螺旋钻杆和斗杆间连接轴与动臂和转台间连接轴的水平、竖直距离，所述开关二用于触发开启螺旋钻杆机具的自动控制功能。
作为改进，所述倾角传感器包括倾角传感器一、倾角传感器二，倾角传感器一安装在动臂上，用于识别动臂姿态，倾角传感器二安装在斗杆上，用于识别斗杆姿态。
作为改进，所述压力传感器包括压力传感器一和压力传感器二，所述压力传感器一用于采集动臂下降先导压力，压力传感器二用于采集动臂上升先导压力。
作为改进，所述电磁阀包括电磁阀一和电磁阀二，电磁阀一用于控制斗杆内收，电磁阀二用于控制斗杆外摆。
另外，本发明还提供了一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制方法，包括以下步骤：
S1、螺旋钻杆定位到需要钻孔位置；
S2、开启螺旋钻杆机具自动控制功能；
S3、向下钻坑；
S4、收回机具。
作为改进，所述步骤S1具体为：
首先使螺旋钻杆定位到需要钻孔位置，按下开关一，触发识别螺旋钻杆的位置，识别螺旋钻杆和斗杆间连接轴与动臂和转台间连接轴的水平距离，该水平距离L0＝L1+L2＝a*cosα+b*cosβ，从而确认螺旋钻杆垂直运动位置；
并触发识别螺旋钻杆和斗杆间连接轴与动臂和转台间连接轴的竖直距离，该竖直距离H0＝a*sinα-b*sinβ，作为钻孔深度的零点基准；
其中，a为动臂与转台连接轴到动臂与斗杆连接轴的距离；b为斗杆与动臂连接轴到斗杆与螺旋钻杆连接轴的距离。
作为改进，所述步骤S2为按下开关二，开启螺旋钻杆机具自动控制功能。
作为改进，所述步骤S3具体为：
S301、踩下螺旋钻杆操控脚踏阀体，从而驱动相应的阀芯，使螺旋钻杆的液压马达旋转运动；
S302、操作动臂先导手柄使动臂向下运动，进行钻孔，同时控制器通过压力传感器一采集动臂下降先导压力，从而判断动臂运动速度，控制器驱动电磁阀一，驱动斗杆油缸大腔进油，使斗杆内收；控制器控制斗杆动作与动臂动作相匹配，始终保证螺旋钻杆和斗杆间连接轴与动臂和转台间连接轴的水平距离L＝L0，使螺旋钻杆按所需运行轨迹垂直相下运动；
S303、在运动过程中，同时将钻孔深度发送给仪表，并在仪表上显示钻孔深度H＝H0-(a*sinα-b*sinβ)；
其中，a为动臂与转台连接轴到动臂与斗杆连接轴的距离；b为斗杆与动臂连接轴到斗杆与螺旋钻杆连接轴的距离。
作为进一步的改进，所述步骤S3中，还可以在仪表上预设钻坑深度，当钻坑深度达到预设深度时进行声光提示。
作为改进，所述步骤S4具体为：
S401、保持踩下螺旋钻杆操控脚踏阀体，从而驱动相应阀芯，使螺旋钻杆的液压马达旋转运动；
S402、操作动臂先导手柄使动臂向上运动，同时控制器通过压力传感器二采集动臂上升先导压力，从而判断动臂运动速度，控制器驱动电磁阀二，驱动斗杆油缸小腔进油，使斗杆外摆；控制器控制斗杆动作与动臂动作相匹配，始终保证螺旋钻杆和斗杆间连接轴与动臂和转台间连接轴的水平距离L＝L0，使螺旋钻杆按所需运行轨迹垂直相上运动。
与现有技术相比，本发明的螺旋钻杆机具控制系统，通过检测动臂先导压力，识别动臂速度需求，自动控制斗杆工作，使螺旋钻杆机具始终保持垂直运动，省去操控斗杆工序，降低了工作难度，提高了工作效率。同时通过倾角传感器识别动臂、斗杆姿态，从而计算出钻坑深度，并在仪表实时显示，从而实现了精准控制钻坑深度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电气原理示意图；
图3为本发明的液压原理示意图；
图4为本发明的距离标定示意图；图中：A为动臂与转台连接轴位置；B为斗杆与动臂连接轴位置；C为斗杆与螺旋钻杆连接轴位置；α为AB线与水平面夹角，β为BC线与水平面夹角；
图5为本发明的运动轨迹图；
图6为本发明的钻坑深度示意图；
图中：1、转台，2、动臂油缸，3、动臂，4、斗杆油缸，5、斗杆，6、铲斗油缸，7、螺旋钻杆连接机构，8、螺旋钻杆，9、仪表，10、压力传感器一，11、倾角传感器一，12、电磁阀一，13、开关一，14、控制器，15、压力传感器二，16、倾角传感器二，17、电磁阀二，18、开关二，19、螺旋钻杆操控脚踏阀体，20、动臂先导手柄，21、阀芯，22、液压马达。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1、图2、图3和图4所示，一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统，包括转台1、动臂油缸2、动臂3、斗杆油缸4、斗杆5、铲斗油缸6、螺旋钻杆连接机构7和螺旋钻杆8，所述动臂3、动臂油缸2分别与转台1轴连接，动臂油缸2与动臂3轴连接，动臂3、斗杆油缸4分别与斗杆5轴连接，铲斗油缸6、螺旋钻杆连接机构7分别与斗杆5轴连接，螺旋钻杆连接机构7与螺旋钻杆8轴连接；
还包括控制器14、仪表9、压力传感器、倾角传感器、电磁阀和开关；
所述控制器14分别与仪表9、压力传感器、倾角传感器、电磁阀和开关电连接，所述电磁阀包括电磁阀一12和电磁阀二17，电磁阀一12和电磁阀二17分别用于控制斗杆联阀芯，从而控制斗杆内收、外摆；
所述倾角传感器包括倾角传感器一11、倾角传感器二16，倾角传感器一11安装在动臂3上，用于识别动臂姿态，倾角传感器二16安装在斗杆5上，用于识别斗杆姿态；
所述开关包括开关一13和开关二18，所述开关一13用于触发识别螺旋钻杆8的位置，触发识别螺旋钻杆8和斗杆5间连接轴与动臂3和转台1间连接轴的水平、竖直距离，所述开关二18用于触发开启螺旋钻杆机具的自动控制功能。
采用所述螺旋钻杆机具控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：
S1、首先使螺旋钻杆8定位到需要钻孔位置，按下开关一13，触发识别螺旋钻杆8的位置，识别螺旋钻杆8和斗杆5间连接轴与动臂3和转台1间连接轴的水平距离，该水平距离L0＝L1+L2＝a*cosα+b*cosβ，从而确认螺旋钻杆垂直运动位置；
并触发识别螺旋钻杆8和斗杆5间连接轴与动臂3和转台1间连接轴的竖直距离，该竖直距离H0＝a*sinα-b*sinβ，作为钻孔深度的零点基准；
其中，a为动臂与转台连接轴到动臂与斗杆连接轴的距离；b为斗杆与动臂连接轴到斗杆与螺旋钻杆连接轴的距离；
S2、按下开关二18，开启螺旋钻杆机具自动控制功能；
S3、向下钻坑过程
S301、踩下螺旋钻杆操控脚踏阀体19，从而驱动相应阀芯21，使螺旋钻杆8的液压马达22旋转运动；
S302、操作动臂先导手柄20使动臂3向下运动，进行钻孔，同时控制器14通过压力传感器一10采集动臂下降先导压力，从而判断动臂运动速度，控制器14驱动电磁阀一12，驱动斗杆油缸4大腔进油，使斗杆5内收；控制器14控制斗杆动作与动臂动作相匹配，始终保证螺旋钻杆8和斗杆5间连接轴与动臂3和转台1间连接轴的水平距离L＝L0，使螺旋钻杆8按图5中C-C1-C2的运行轨迹垂直相下运动；
S303、在运动过程中，同时将钻孔深度发送给仪表9，并在仪表9上显示如图6的钻孔深度H0-(a*sinα-b*sinβ)；
其中，a为动臂与转台连接轴到动臂与斗杆连接轴的距离；b为斗杆与动臂连接轴到斗杆与螺旋钻杆连接轴的距离；
S304、还可以在仪表9上预设钻坑深度，当钻坑深度达到预设深度时进行声光提示；
S4、收回机具过程
S401、保持踩下螺旋钻杆操控脚踏阀体19，从而驱动相应阀芯21，使螺旋钻杆8的液压马达22旋转运动；
S402、操作动臂先导手柄20使动臂3向上运动，同时控制器14通过压力传感器二15采集动臂上升先导压力，从而判断动臂运动速度，控制器14驱动电磁阀二17，驱动斗杆油缸4小腔进油，使斗杆5外摆；控制器14控制斗杆动作与动臂动作相匹配，始终保证螺旋钻杆8和斗杆5间连接轴与动臂3和转台1间连接轴的水平距离L＝L0，使螺旋钻杆8按图5中C2-C1-C的运行轨迹垂直相上运动。
本发明的螺旋钻杆机具控制系统，在操作上不需要操控斗杆，斗杆自动匹配，使螺旋钻杆机具始终保持垂直运动，有效避免钻坑倾斜，保证钻坑垂直度，大大降低了操作难度，提升了工作效率，同时可以实现钻坑深度精准控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统，包括转台(1)、动臂油缸(2)、动臂(3)、斗杆油缸(4)、斗杆(5)、铲斗油缸(6)、螺旋钻杆连接机构(7)和螺旋钻杆(8)，所述动臂(3)、动臂油缸(2)分别与转台(1)轴连接，动臂油缸(2)与动臂(3)轴连接，动臂(3)、斗杆油缸(4)分别与斗杆(5)轴连接，铲斗油缸(6)、螺旋钻杆连接机构(7)分别与斗杆(5)轴连接，螺旋钻杆连接机构(7)与螺旋钻杆(8)轴连接，其特征在于，还包括控制器(14)、仪表(9)、压力传感器、倾角传感器、电磁阀和开关；
所述控制器(14)分别与仪表(9)、压力传感器、倾角传感器、电磁阀和开关电连接，所述电磁阀用于控制斗杆联阀芯实现斗杆内收、外摆；所述倾角传感器安装在动臂(3)和斗杆(5)上，用于识别动臂、斗杆姿态；
所述开关包括开关一(13)和开关二(18)，所述开关一(13)用于触发识别螺旋钻杆(8)的位置，触发识别螺旋钻杆(8)和斗杆(5)间连接轴与动臂(3)和转台(1)间连接轴的水平、竖直距离，所述开关二(18)用于触发开启螺旋钻杆机具的自动控制功能；
液压挖掘机螺旋钻杆机具控制方法，包括以下步骤：
S1、螺旋钻杆定位到需要钻孔位置：首先使螺旋钻杆(8)定位到需要钻孔位置，按下开关一(13)，触发识别螺旋钻杆(8)的位置，识别螺旋钻杆(8)和斗杆(5)间连接轴与动臂(3)和转台(1)间连接轴的水平距离，该水平距离L0＝L1+L2＝a*cosα+b*cosβ，从而确认螺旋钻杆垂直运动位置；并触发识别螺旋钻杆(8)和斗杆(5)间连接轴与动臂(3)和转台(1)间连接轴的竖直距离，该竖直距离H0＝a*sinα-b*sinβ，作为钻孔深度的零点基准；其中，a为动臂与转台连接轴到动臂与斗杆连接轴的距离；b为斗杆与动臂连接轴到斗杆与螺旋钻杆连接轴的距离；α为动臂与转台连接轴和斗杆与动臂连接轴之间的连线与水平面夹角；β为斗杆与动臂连接轴和斗杆与螺旋钻杆连接轴之间的连线与水平面夹角；
S2、开启螺旋钻杆机具自动控制功能；
S3、向下钻坑：
S301、踩下螺旋钻杆操控脚踏阀体(19)，从而驱动相应的阀芯(21)，使螺旋钻杆(8)的液压马达(22)旋转运动；
S302、操作动臂先导手柄(20)使动臂(3)向下运动，进行钻孔，同时控制器(14)通过压力传感器一(10)采集动臂下降先导压力，从而判断动臂运动速度，控制器(14)驱动电磁阀一(12)，驱动斗杆油缸(4)大腔进油，使斗杆(5)内收；控制器(14)控制斗杆动作与动臂动作相匹配，始终保证螺旋钻杆(8)和斗杆(5)间连接轴与动臂(3)和转台(1)间连接轴的水平距离L＝L0，使螺旋钻杆(8)按所需运行轨迹垂直相下运动；
S303、在运动过程中，同时将钻孔深度发送给仪表(9)，并在仪表(9)上显示钻孔深度H＝H0-(a*sinα-b*sinβ)；
其中，a为动臂与转台连接轴到动臂与斗杆连接轴的距离；b为斗杆与动臂连接轴到斗杆与螺旋钻杆连接轴的距离；α为动臂与转台连接轴和斗杆与动臂连接轴之间的连线与水平面夹角；β为斗杆与动臂连接轴和斗杆与螺旋钻杆连接轴之间的连线与水平面夹角；
S4、收回机具。
2.根据权利要求1所述的一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统，其特征在于，所述倾角传感器包括倾角传感器一(11)、倾角传感器二(16)，倾角传感器一(11)安装在动臂(3)上，用于识别动臂姿态，倾角传感器二(16)安装在斗杆(5)上，用于识别斗杆姿态。
3.根据权利要求1所述的一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统，其特征在于，所述压力传感器包括压力传感器一(10)和压力传感器二(15)，所述压力传感器一(10)用于采集动臂下降先导压力，压力传感器二(15)用于采集动臂上升先导压力。
4.根据权利要求1所述的一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统，其特征在于，所述电磁阀包括电磁阀一(12)和电磁阀二(17)，电磁阀一(12)用于控制斗杆内收，电磁阀二(17)用于控制斗杆外摆。
5.根据权利要求1所述的一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统，其特征在于，所述步骤S2为按下开关二(18)，开启螺旋钻杆机具自动控制功能。
6.根据权利要求1所述的一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统，其特征在于，所述步骤S3中，在仪表(9)上预设钻坑深度，当钻坑深度达到预设深度时进行声光提示。
7.根据权利要求1所述的一种液压挖掘机螺旋钻杆机具控制系统，其特征在于，所述步骤S4具体为：
S401、保持踩下螺旋钻杆操控脚踏阀体(19)，从而驱动相应阀芯(21)，使螺旋钻杆(8)的液压马达(22)旋转运动；
S402、操作动臂先导手柄(20)使动臂(3)向上运动，同时控制器(14)通过压力传感器二(15)采集动臂上升先导压力，从而判断动臂运动速度，控制器(14)驱动电磁阀二(17)，驱动斗杆油缸(4)小腔进油，使斗杆(5)外摆；控制器(14)控制斗杆动作与动臂动作相匹配，始终保证螺旋钻杆(8)和斗杆(5)间连接轴与动臂(3)和转台(1)间连接轴的水平距离L＝L0，使螺旋钻杆(8)按所需运行轨迹垂直向上运动。
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