CN114526274A - 旋挖钻机的控制方法、液压系统及旋挖钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋挖钻机技术领域，提供一种旋挖钻机控制方法、旋挖钻机液压系统及旋挖钻机。上述的旋挖钻机的控制方法，包括：建立桅杆受力模型；获取桅杆偏载信息，基于所述桅杆偏载信息和所述桅杆受力模型，获取各桅杆油缸的受力状况；根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度，使各桅杆油缸无杆腔的压力相同。上述的旋挖钻机的控制方法解决了桅杆油缸流量和负载相同的情况下，桅杆油缸压力不能调节的问题。本发明提供的旋挖钻机的控制方法，通过控制电比例平衡阀的阀芯开度，能够对各个桅杆油缸的无杆腔压力进行调节，从而使各个桅杆油缸进油路的压力相同，均衡了桅杆油缸的流量，避免桅杆在立桅和倒桅过程中发生偏斜。

Description

旋挖钻机的控制方法、液压系统及旋挖钻机

技术领域

本发明涉及旋挖钻机技术领域，尤其涉及一种旋挖钻机的控制方法、旋挖钻机液压系统及旋挖钻机。

背景技术

旋挖钻机桅杆油缸控制着桅杆的垂直度，影响桩机成孔质量，桅杆油缸的位置和受力影响着桩机的作业效率和质量。在现有技术中，在桅杆油缸流量和负载相同的情况下，桅杆油缸两腔的压力不能调节，导致桅杆在立桅和倒桅的过程中容易出现偏斜。

发明内容

本发明提供一种旋挖钻机的控制方法、旋挖钻机液压系统及旋挖钻机，用以解决现有技术中桅杆油缸流量和负载相同的情况下，桅杆油缸压力不能调节的缺陷。

本发明提供一种旋挖钻机的控制方法，包括：建立桅杆受力模型；获取桅杆偏载信息，基于所述桅杆偏载信息和所述桅杆受力模型，获取各桅杆油缸的受力状况；根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度，使各桅杆油缸无杆腔的压力相同。

根据本发明提供的一种旋挖钻机的控制方法，在所述获取桅杆偏载信息的步骤前，所述控制方法还包括：输入桅杆执行模式，所述桅杆执行模式包括：立桅模式、倒桅模式以及调垂模式。

根据本发明提供的一种旋挖钻机的控制方法，在所述输入桅杆执行模式的步骤之后，所述获取桅杆偏载信息的步骤之前，所述控制方法还包括：基于输入的所述桅杆执行模式，控制换向阀切换工作位。

根据本发明提供的一种旋挖钻机的控制方法，所述获取桅杆偏载信息，基于所述桅杆偏载信息和所述桅杆受力模型，获取各桅杆油缸的受力状况的步骤进一步包括：获取桅杆的倾斜角度、主卷扬的拉力以及主卷扬的出绳角度，将所述倾斜角度、所述拉力以及所述出绳角度输入至所述桅杆受力模型，得到各所述桅杆油缸的受力状况。

根据本发明提供的一种旋挖钻机的控制方法，所述根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度的步骤进一步包括：在所述立桅模式和所述倒桅模式时，根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度，使各桅杆油缸无杆腔的压力相同。

根据本发明提供的一种旋挖钻机的控制方法，所述根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度的步骤还包括：在所述调垂模式时，若桅杆的倾斜角度大于预设值，则根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度，使各桅杆油缸无杆腔的压力相同；若桅杆的倾斜角度小于或等于预设值，控制与收缩桅杆油缸无杆腔连接的电比例平衡阀的阀芯开度减小，使桅杆油缸两腔的压力增大。

本发明还提供一种旋挖钻机液压系统，包括控制器、多个传感器和多个桅杆控制液压回路，每个所述桅杆控制液压回路上设置有桅杆油缸、第一电比例平衡阀、电磁换向阀和第二电比例平衡阀，所述桅杆油缸的无杆腔通过第一油路与所述电磁换向阀的第一工作油口连接，所述桅杆油缸的有杆腔通过第二油路与所述电磁换向阀的第二工作油口连接；其中，所述第一电比例平衡阀设置在所述第一油路，所述第二电比例平衡阀设置在所述第二油路，所述控制器与多个所述传感器通讯连接，所述控制器与所述第一电比例平衡阀、所述第二电比例平衡阀和所述电磁换向阀电性连接。

根据本发明提供的一种旋挖钻机液压系统，所述电磁换向阀为三位四通电磁换向阀。

根据本发明提供的一种旋挖钻机液压系统，多个所述传感器包括：角度传感器，所述角度传感器用于检测所述桅杆的倾斜角度；压力传感器，所述压力传感器用于检测主卷扬的拉力；位移传感器，所述位移传感器用于检测主卷扬的出绳位移。

本发明还提供一种旋挖钻机，包括如上所述的旋挖钻机液压系统。

本发明提供的旋挖钻机的控制方法，通过控制电比例平衡阀的阀芯开度，能够对各个桅杆油缸的无杆腔压力进行调节，从而使各个桅杆油缸进油路的压力相同，均衡了桅杆油缸的流量，避免桅杆在立桅和倒桅过程中发生偏斜。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的旋挖钻机的控制方法的流程图；

图2是本发明提供的旋挖钻机的液压原理图；

附图标记：

10：桅杆油缸；21：第一电比例平衡阀；22：第二电比例平衡阀；30：电磁换向阀；41：第一油路；42：第二油路；50：泵；60：油箱。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合图1和图2描述本发明的旋挖钻机的控制方法、旋挖钻机液压系统及旋挖钻机。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，旋挖钻机的控制方法包括以下步骤：

步骤101：建立桅杆受力模型。

具体来说，旋挖钻机的桅杆与桅杆油缸10连接，通常，桅杆与两个桅杆油缸10连接，桅杆油缸10的液压杆伸缩时，能够调整桅杆与地面之间的角度，使桅杆呈竖立状态或水平状态。在本申请中，下文所述的立桅指：旋挖钻机作业时桅杆处于竖立状态；倒桅指：旋挖钻机停止作业开始运输时，桅杆处于水平状态。在桅杆立桅或倒桅过程中，桅杆油缸10均会受力。桅杆受力模型可反映桅杆在不同倾斜角度、主卷扬不同拉力以及不同出绳角度时，桅杆油缸的受力状况。

步骤102：获取桅杆偏载信息，基于桅杆偏载信息和桅杆受力模型，获取各桅杆油缸10的受力状况。

具体来说，在桅杆立桅过程、倒桅过程以及调垂过程中，获取桅杆的偏载信息，在本实施例中，桅杆的偏载信息指：桅杆的倾斜角度、主卷扬的拉力以及主卷扬的出绳位移。进一步地，桅杆的倾斜角度指桅杆左右方向的倾斜角度以及前后方向的倾斜角度。根据主卷扬的出绳位移可计算出主卷扬的出绳角度，将倾斜角度、拉力以及出绳角度输入至桅杆受力模型中，即可得到桅杆油缸10的受力状况。

步骤103：根据各桅杆油缸10的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度，使各桅杆油缸10无杆腔的压力相同。

具体来说，在桅杆立桅或倒桅过程中，两个桅杆油缸10的受力不同，根据每个桅杆油缸10的受力情况，控制相应的电比例平衡阀的开度，能够使两个桅杆油缸10进油路的压力相等，均衡两个桅杆油缸10的流量，进而避免在立桅或倒桅过程中，因两个桅杆油缸10的流量分配不均匀导致桅杆偏斜。

进一步地，在本实施例中，在桅杆油缸10运动过程中，回油腔压力受回油背压影响(电比例平衡阀的压力损失、液压油由电比例平衡阀值流入油箱过程中的压力损失)，电比例平衡阀开度越大背压越小，回油腔压力越小。桅杆油缸10运动过程中进油腔压力受回油背压、桅杆油缸10负载、桅杆油缸10缸径和桅杆油缸10面积比等因素共同影响，其中，桅杆油缸10缸径和桅杆油缸10面积比在同一旋挖钻机上的参数为定值，桅杆油缸10负载和回油背压为变量，在两个桅杆油缸10不同负载的状况下，控制相应的电比例平衡阀的阀芯开度，能够使两个桅杆油缸10进油路的压力相同，从而均衡两个桅杆油缸10的流量。

举例来说，如在立桅过程中，两个桅杆油缸10的受力不同，此时，增大与受力大的桅杆油缸10无杆腔连接的电比例平衡阀的开度，减小与受力小的桅杆油缸10无杆腔连接的电比例平衡阀的开度，使两个桅杆油缸10无杆腔的压力相同，进而使两个桅杆油缸10的流量均衡，避免桅杆发生偏斜。

本发明实施例提供的旋挖钻机的控制方法，通过控制电比例平衡阀的阀芯开度，能够对各个桅杆油缸的无杆腔压力进行调节，从而使各个桅杆油缸进油路的压力相同，均衡了桅杆油缸的流量，避免桅杆在立桅和倒桅过程中发生偏斜。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在获取桅杆偏载信息的步骤之前，该控制方法还包括：输入桅杆执行模式，该桅杆执行模式包括：立桅模式、倒桅模式以及调垂模式。具体来说，旋挖钻机操作室设置有控制器，控制器上设置有控制面板，操作人员可在控制面板上输入需要执行的模式，控制器接收该输入信号后控制相应的部件开始动作。

在本发明的一个实施例中，在输入桅杆执行模式的步骤之后，获取桅杆偏载信息的步骤之前，该控制方法还包括：基于输入的桅杆执行模式，控制电磁换向阀30切换工作位。

具体来说，桅杆的立桅模式、倒桅模式以及调垂模式与桅杆油缸10的伸缩有关，电磁换向阀30处于不同的工作位时，能够实现桅杆油缸10的液压杆伸长、保持和收缩。在立桅模式时，桅杆油缸10的液压杆伸长；在调垂模式时，桅杆油缸10的液压杆可能伸长也可能收缩；在倒桅模式时，桅杆油缸10的液压杆收缩。

进一步地，在实际工作过程中中，首先，建立桅杆受力模型，操作人员在控制面板上输入需要执行的桅杆执行模式，基于该桅杆执行模式，控制器控制电磁换向阀30切换工作位，桅杆油缸10动作，各传感器获取桅杆偏载信息，基于桅杆偏载信息和桅杆受力模型，获取各桅杆油缸10的受力状况，根据各桅杆油缸10的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度，使各桅杆油缸10无杆腔的压力相同。

在本发明的一个实施例中，获取桅杆偏载信息，基于桅杆偏载信息和桅杆受力模型，获取各桅杆油缸的受力状况的步骤进一步包括：获取桅杆的倾斜角度、主卷扬的拉力以及主卷扬的出绳角度，将倾斜角度、拉力以及出绳角度输入至桅杆受力模型中，得到桅杆油缸的受力状况。

具体来说，桅杆上设置有角度传感器，用于检测桅杆的倾斜角度，该倾斜角度包括桅杆左右方向的倾斜角度和前后方向的倾斜角度；主卷扬上还设置有压力传感器，用于检测主卷扬的拉力；主卷扬上还设置有位移传感器，用于检测主卷扬的出绳位移，根据该出绳位移可计算出主卷扬的出绳角度。

在用户输入桅杆的执行模式后，控制器根据该执行模式控制电磁换向阀30切换工作位，角度传感器将检测到的桅杆的倾斜角度数据发送至控制器，压力传感器将主卷扬的拉力数据发送至控制器，位移传感器将主卷扬的出绳位移数据发送至控制器，控制器根据该出绳位移计算出主卷扬的出绳角度，控制器将倾斜角度、拉力以及出绳角度输入至桅杆受力模型中，得到两个桅杆油缸10的受力状况，控制器根据该受力状况控制相应的电比例平衡阀的阀芯开度，使两个桅杆油缸10进油路的压力相同。

具体地，在立桅过程中，两个桅杆油缸10受压，随着桅杆油缸10液压杆伸出桅杆前后角度的增大，两个桅杆油缸10的受力发生变化，其中一个桅杆油缸10受压力，一个桅杆油缸10受拉力。此时用户输入执行模式为立桅模式，控制器控制电磁换向阀30切换工作位，同时控制器控制电比例平衡阀开启，桅杆油缸10的无杆腔进油，有杆腔回油，桅杆油缸10的液压杆伸出。角度传感器、压力传感器和位移传感器将检测到的桅杆倾斜角度、主卷扬的拉力以及主卷扬的出绳位移发送至控制器，控制器将倾斜角度、拉力以及出绳角度输入至桅杆受力模型，计算出两个桅杆油缸的受力状况，从而控制电比例平衡阀的输入电流和开度，平衡两个桅杆油缸进油路的压力，均衡两个桅杆油缸的流量，以减小立桅过程中因流量分配不均造成的桅杆偏斜。在平衡两个桅杆油缸10进油路压力的同时，在不影响桅杆稳定性的前提下，可增大电比例平衡阀的开度，减小回油压损，以节约能源。

桅杆倒桅过程中两个桅杆油缸10的受力情况与立桅过程相反，电比例平衡阀的控制方法与立桅过程相同，故不再赘述。

在调垂模式时，当桅杆的倾斜角度大于预设值时，即桅杆的倾斜角度较大时，采用与立桅过程相同的控制方法控制电比例平衡阀的开度，使调垂过程平稳。当桅杆的倾斜角度小于或等于预设值时，根据桅杆油缸10的运动方向，减小与做收缩运动的桅杆油缸10无杆腔连接的电比例平衡阀的阀芯开度，使桅杆油缸10两腔的压力增大，提高桅杆油缸10内液压油的弹性模量，以提高桅杆油缸10的稳定性，增强桅杆油缸10的垂直度保持能力。

进一步地，在本发明的一个实施例中，预设值为0.2°。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种旋挖钻机液压系统，包括控制器、多个传感器和多个桅杆控制液压回路。每个桅杆控制液压回路上设置有桅杆油缸10、第一电比例平衡阀21、电磁换向阀30和第二电比例平衡阀22，桅杆油缸10的无杆腔通过第一油路41与电磁换向阀30的第一工作油口连接，桅杆油缸10的有杆腔通过第二油路42与电磁换向阀30的第二工作油口连接，其中，第一电比例平衡阀21设置在第一油路41，第二电比例平衡阀22设置在第二油路42，控制器与多个传感器通讯连接，控制器与第一电比例平衡阀21、第二电比例平衡阀22和电磁换向阀30电性连接。

具体来说，在本实施例中，桅杆控制液压回路的数量为两个，两个桅杆油缸10分别与桅杆连接，用于调节桅杆立桅或倒桅。在桅杆立桅时，控制器控制电磁换向阀30切换工作位，电磁换向阀30位于左边工作位，液压油经过电磁换向阀30的第一工作油口、第一油路41和第一电比例平衡阀21进入桅杆油缸10的无杆腔，有杆腔内的液压油经过第二油路42、第二电比例平衡阀22和电磁换向阀30的第二工作油口进入油箱60。在立桅过程中，控制器根据多个传感器检测的数据得到两个桅杆油缸10的受力状况，从而控制第一电比例平衡阀21和第二电比例平衡阀22的阀芯开度，使两个桅杆油缸10进油路的压力相同，进而均衡两个桅杆油缸10的流量。

具体地，如在立桅过程中，一个桅杆油缸10受力较大，一个桅杆油缸10受力较小，控制器可控制与受力较大的桅杆油缸10无杆腔连接的第一电比例平衡阀21阀芯开度增大，相应地，控制器可控制与受力较小的桅杆油缸10无杆腔连接的第一电比例平衡阀21的阀芯开度减小，使两个桅杆油缸10进油路的压力相同，进而均衡桅杆油缸10的流量，避免桅杆发生偏斜。

在桅杆处于垂直不再进行调节时，电磁换向阀30位于中间工作位，桅杆油缸10保持现状。在倒桅过程中，电磁换向阀30位于右边工作位，液压油由电磁换向阀30的第二工作油口，经过第二油路42和第二电比例平衡阀22进入桅杆油缸10的有杆腔，无杆腔内的液压油经过第一油路41、第一电比例平衡阀21、电磁换向阀30的第一工作油口进入油箱60，桅杆油缸10的液压杆收缩。本发明实施例提供的旋挖钻机液压系统，通过在桅杆控制液压回路中设置电比例平衡阀，控制器能够根据桅杆油缸的受力状况控制电比例平衡阀的阀芯开度，从而使两个桅杆油缸进油路的压力相同，进而使两个桅杆油缸流量均衡，避免在立桅和倒桅过程中桅杆发生偏斜。

进一步地，在本发明的实施例中，电磁换向阀30为三位四通电磁换向阀。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，旋挖钻机液压系统还包括：泵50和油箱60，泵50与电磁换向阀30的进油口连接，为旋挖钻机液压系统提供动力源，油箱60与电磁换向阀30的回油口连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，多个传感器包括角度传感器、压力传感器和位移传感器。角度传感器设置在桅杆上，用于检测桅杆的倾斜角度；压力传感器设置在主卷扬上，用于检测主卷扬的拉力；位移传感器设置在主卷扬上，用于检测主卷扬的出绳位移。各传感器将检测的数据发送至控制器，控制器根据主卷扬的出绳位移计算出主卷扬的出绳角度，然后将倾斜角度、拉力以及出绳角度输入内置的桅杆受力模型中，得到各桅杆油缸10的受力状况。

本发明实施例还提供了一种旋挖钻机，包括旋挖钻机液压系统。

本发明实施例提供的旋挖钻机，通过设置旋挖钻机液压系统，能够根据桅杆油缸的受力状况控制电比例平衡阀的阀芯开度，从而控制桅杆油缸的流量，使两个桅杆油缸流量均衡，避免在立桅和倒桅过程中桅杆发生偏斜。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种旋挖钻机的控制方法，其特征在于，包括：

建立桅杆受力模型；

获取桅杆偏载信息，基于所述桅杆偏载信息和所述桅杆受力模型，获取各桅杆油缸的受力状况；

根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度，使各桅杆油缸无杆腔的压力相同。

2.根据权利要求1所述的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，在所述获取桅杆偏载信息的步骤前，所述控制方法还包括：

输入桅杆执行模式，所述桅杆执行模式包括：立桅模式、倒桅模式以及调垂模式。

3.根据权利要求2所述的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，在所述输入桅杆执行模式的步骤之后，所述获取桅杆偏载信息的步骤之前，所述控制方法还包括：

基于输入的所述桅杆执行模式，控制换向阀切换工作位。

4.根据权利要求3所述的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，所述获取桅杆偏载信息，基于所述桅杆偏载信息和所述桅杆受力模型，获取各桅杆油缸的受力状况的步骤进一步包括：

获取桅杆的倾斜角度、主卷扬的拉力以及主卷扬的出绳角度，将所述倾斜角度、所述拉力以及所述出绳角度输入至所述桅杆受力模型，得到各所述桅杆油缸的受力状况。

5.根据权利要求4所述的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，所述根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度的步骤进一步包括：

在所述立桅模式和所述倒桅模式时，根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度，使各桅杆油缸无杆腔的压力相同。

6.根据权利要求4所述的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，所述根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度的步骤还包括：

在所述调垂模式时，若桅杆的倾斜角度大于预设值，则根据各所述桅杆油缸的受力状况，分别控制各电比例平衡阀的阀芯开度，使各桅杆油缸无杆腔的压力相同；

若桅杆的倾斜角度小于或等于预设值，控制与收缩桅杆油缸无杆腔连接的电比例平衡阀的阀芯开度减小，使桅杆油缸两腔的压力增大。

7.一种旋挖钻机液压系统，其特征在于，包括控制器、多个传感器和多个桅杆控制液压回路，每个所述桅杆控制液压回路上设置有桅杆油缸、第一电比例平衡阀、电磁换向阀和第二电比例平衡阀，所述桅杆油缸的无杆腔通过第一油路与所述电磁换向阀的第一工作油口连接，所述桅杆油缸的有杆腔通过第二油路与所述电磁换向阀的第二工作油口连接；

其中，所述第一电比例平衡阀设置在所述第一油路，所述第二电比例平衡阀设置在所述第二油路，所述控制器与多个所述传感器通讯连接，所述控制器与所述第一电比例平衡阀、所述第二电比例平衡阀和所述电磁换向阀电性连接。

8.根据权利要求7所述的旋挖钻机液压系统，其特征在于，所述电磁换向阀为三位四通电磁换向阀。

9.根据权利要求7所述的旋挖钻机液压系统，其特征在于，多个所述传感器包括：

角度传感器，所述角度传感器用于检测所述桅杆的倾斜角度；

压力传感器，所述压力传感器用于检测主卷扬的拉力；

位移传感器，所述位移传感器用于检测主卷扬的出绳位移。

10.一种旋挖钻机，其特征在于，包括权利要求7-9中任一项所述的旋挖钻机液压系统。

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