CN115030705A - 一种具有多挡位动力模式的旋挖钻机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有多挡位动力模式的旋挖钻机及其控制方法，旋挖钻机的控制装置包括ECU单元、HMI显示屏、总线键盘、动力换挡比例阀、液控先导手柄、动力头主阀和动力头马达，ECU单元分别与HMI显示屏和总线键盘之间通过CAN总线进行数据交换，动力换挡比例阀和动力头主阀分别与ECU单元连接，动力换挡比例阀和动力头主阀分别与动力头马达连接，液控先导手柄与动力头主阀连接。本发明的旋挖钻机，对于不同地层选择不同的动力模式，使动力头的扭矩适应地层所需的扭矩，而动力头的转速达到最大值，从而使机器达到高效节能。本发明的控制方法，在提高旋挖钻机地层适应性的同时，进一步提高施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种具有多挡位动力模式的旋挖钻机及其控制方法。
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，旋挖钻机基础施工中，经常会碰到不同的地质情况，不同地质情况需要动力头的扭矩是不同的，只有动力模式匹配了，才能达到施工效率高且节能的特点。
作为旋挖钻机最终的执行机构，动力头的成孔效率直接影响着整机的作业效率。由于作业环境的不同，地层钻进对动力头输出扭矩的要求也不相同。旋挖钻机动力头多采用自动变量马达，马达排量与负载压力成正比。传统的马达排量控制是从最小排量变化到最大排量，对应的压差差值△P对系统的性能和效率有较大的影响，它决定着马达的输出特性。传统控制的△P很大，马达偏离恒功率输出的差值很大，对整个系统的功率匹配和施工效率有很大的影响。因此，现有的旋挖钻机不能很好地满足施工需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有多挡位动力模式的旋挖钻机，以解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有多挡位动力模式的旋挖钻机，包括控制装置，其特征在于，所述控制装置包括ECU单元、HMI显示屏、总线键盘、动力头换挡比例阀、液控先导手柄、动力头主阀、动力头马达、动力头压力继电器、主泵一压力传感器和主泵二压力传感器，所述ECU单元分别与所述HMI显示屏和所述总线键盘之间通过CAN总线进行数据交换，所述动力头换挡比例阀和所述动力头主阀分别与所述ECU单元连接，所述动力头换挡比例阀和所述动力头主阀分别与所述动力头马达连接，所述液控先导手柄与所述动力头主阀连接，所述动力头压力继电器、所述主泵一压力传感器和所述主泵二压力传感器分别与所述ECU单元连接；所述HMI显示屏用于动力模式参数设置、模式选择和施工数据显示，所述ECU单元用于读取所述动力头压力继电器的信号以及读取所述主泵一压力传感器和所述主泵二压力传感器的数据，并根据确定的动力模式，计算出当前动力模式下所述动力头换挡比例阀的PWM值，并输出PWM信号控制所述动力头换挡比例阀的电流，从而改变所述动力头马达的扭矩，所述总线键盘用于手动切换动力模式，所述液压先导手柄上设有用于将动力模式设定为甩土模式的切换按钮。
进一步的，所述动力头马达为三个，三个所述动力头马达由所述动力头换挡比例阀控制的先导油同时控制；所述主泵一压力传感器、所述主泵二压力传感器和所述动力头换挡比例阀均安装在所述旋挖钻机的车身内。
进一步的，所述动力模式包括标准模式、入岩模式、甩土模式、恒扭模式和经济模式。
本发明还提供一种具有多挡位动力模式的旋挖钻机的控制方法，所述控制方法如下：
旋挖作业时，先通过HMI显示屏或总线键盘选择模式，其中甩土模式只用于倒土；
当动力头正转工作时，动力头压力继电器会检测到液压先导手柄控制动力头的先导压力信号，当动力模式处在入岩模式、恒扭模式或甩土模式时，ECU单元输出PWM信号给动力头换挡比例阀，所述ECU单元根据所述动力头换挡比例阀的反馈电流大小，自动调节PWM信号的占空比，使得所述动力头换挡比例阀维持恒定的电流值，并控制动力头排量的先导压力维持在固定值，从而三个动力头马达的排量维持在固定值，工作时动力头马达的扭矩随负载压力变化而变化；
当动力模式处在标准或经济模式时，所述ECU单元通过检测主泵一和主泵二的压力，取两个压力中的较大值作为控制检测压力；所述ECU单元将控制检测压力与起调压力进行比较，标准模式的起调压力为150bar，经济模式的起调压力为200bar，当控制检测压力小于起调压力时，所述ECU单元输出PWM信号，控制所述动力头换挡比例阀电流维持在620mA；当控制检测压力大于起调压力100bar范围内，所述ECU单元会控制所述动力头换挡比例阀的电流在一个范围内线性变化。
进一步的，当标准模式的控制检测压力大于250bar时，所述动力头换挡比例阀的电流维持在200mA，当经济模式的控制检测压力大于300bar时，所述动力头换挡比例阀的电流维持在400mA。
进一步的，当动力模式处在标准模式时，且所述控制检测压力大于起调压力150～250bar时，所述ECU单元控制所述动力头换挡比例阀的电流变化范围为620～200mA；当动力模式处在经济模式时，且所述控制检测压力大于起调压力200～300bar时，所述ECU单元控制所述动力头换挡比例阀的电流变化范围为620～400mA。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)、本发明的具有多挡位动力模式的旋挖钻机控制装置，对于不同地层选择不同的动力模式，使动力头的扭矩适应地层所需的扭矩，而动力头的转速达到最大值，从而使机器达到高效节能。
(2)、本发明的动力头多档控制技术用在旋挖钻机上，在提高旋挖钻机地层适应性的同时，进一步提高施工效率，这项技术利用电比例马达实现排量的灵活控制，使得系统压力、马达排量和发动机之间的匹配更加合理。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明一种具有多挡位动力模式的旋挖钻机的控制装置的原理方框图；
图2是本发明旋挖钻机的多挡动力模式波形示意图；
其中，1-ECU单元，2-HMI显示屏，3-总线键盘，4-动力换挡比例阀，5-液控先导手柄，6-动力头主阀，7-动力头马达，8-动力头压力继电器，9-主泵一压力传感器，10-主泵二压力传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参见图1和图2，本实施例提供一种具有多挡位动力模式的旋挖钻机控制装置，控制装置包括ECU单元1、HMI显示屏2、总线键盘3、动力头换挡比例阀4、液控先导手柄5、动力头主阀6、动力头马达7、动力头压力继电器8、主泵一压力传感器9和主泵二压力传感器10；具体结构如下：
ECU单元分别与HMI显示屏和总线键盘之间通过CAN总线进行数据交换，动力头换挡比例阀和动力头主阀分别与ECU单元连接，动力头换挡比例阀和动力头主阀分别与动力头马达连接，液控先导手柄与动力头主阀连接，动力头压力继电器、主泵一压力传感器和主泵二压力传感器分别与ECU单元连接。其中，HMI显示屏用于动力模式参数设置、模式选择和施工数据显示，ECU单元用于读取动力头压力继电器的信号以及读取主泵一压力传感器和主泵二压力传感器的数据，通过读取的数据并根据确定的动力模式，计算出当前动力模式下动力头换挡比例阀的PWM值，并输出PWM信号控制动力头换挡比例阀的电流，从而改变动力头马达的扭矩，总线键盘用于手动切换动力模式，液压先导手柄上设有用于将动力模式设定为甩土模式的切换按钮。具体地，动力头马达为三个，三个动力头马达由动力头换挡比例阀控制的先导油同时控制；主泵一压力传感器、主泵二压力传感器和动力头换挡比例阀均安装在旋挖钻机的车身内，线路简单，故障低。操作时，根据地层所需扭矩选择旋挖钻机的动力模式，动力模式设有标准模式、入岩模式、甩土模式、恒扭模式、经济模式五个模式，其中入岩模式控制发动机在最大扭矩状态，甩土模式控制发动机高速状态、经济模式发动机工作在经济油耗，实现发动机在经济节能油耗下工作。标准和经济模式的PWM值会根据负载压力变化，从而达到动力与负载到达最佳采用匹配。
本发明实施例还提供一种具有多挡位动力模式的旋挖钻机的控制方法，控制方法如下：
机器出厂时，动力模式曲线的各个参数都设置并保存在系统模块FLASH里，旋挖作业时，首先，通过显示屏HMI或总线键盘，选择五个工作模式中的其中一个，甩土模式只用于倒土时。
当动力头正转工作时，动力头压力继电器会检测到液压先导手柄控制动力头的先导压力信号，当系统是在入岩、恒扭或甩土模式时，ECU单元输出PWM给动力头换挡比例阀，ECU单元根据比例阀的反馈电流大小，自动调节PWM的占空比，使得动力头换挡比例阀维持在一个恒定的电流值(其中入岩模式下，动力头换挡比例阀的电流值维持在200mA；恒扭模式下，动力头换挡比例阀的电流值维持在450mA；甩土模式下，动力头换挡比例阀的电流值维持在650mA)，控制动力头排量的先导压力维持在一个固定值，从而三个动力头马达的排量维持在固定值，工作时动力头马达的扭矩随负载压力变化而变化。
当系统在标准或经济模式时，ECU单元通过检测主泵一和主泵二的压力，取两个压力中的较大值，作为控制检测压力。ECU单元对控制检测压力与起调压力做比较，标准模式的起调压力为150bar，经济模式的起调压力为200bar，当检测压力小于这个起调压力时，ECU单元输出PWM，控制动力头换挡比例阀电流维持在620mA。当检测压力大于起调压力的100bar范围内时，即标准模式在150～250bar范围内，经济模式在200～300bar范围内，系统工作在这个区间内时，ECU单元会自动地控制动力头换挡比例阀的电流在一个范围内线性变化，标准模式范围是620～200mA，经济模式范围是620～400mA。当标准模式的检测压力大于250bar时，比例阀电流维持在200mA,当经济模式的检测压力大于300bar时，比例阀电流维持在400mA。比例阀电流控制动力头排量先导压力的大小，动力头排量先导压力同时控制三个马达的排量大小，马达从最小排量变化到最大排量对应的压差值△P变化仅为100bar，马达输出的扭矩能适配负载的变化，使得马达性能、效率和输出特性都在比较合理优化的状态下工作。
本发明的旋挖钻机施工适合的地层主要包括松软土、普通土、坚土、软石、坚石、特坚石，旋挖钻机对不同的地质施工，采用不同的动力头模式，利用电比例马达实现排量的灵活控制，使得马达排量控制是从最小排量变化到最大排量，对应的压差差值△P比较小，动力头马达工作在恒功率输出的附近，整个系统的功率匹配和施工效率有达到最优匹配，系统压力、马达排量和发动机之间的匹配更加合理，施工更加高效节能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有多挡位动力模式的旋挖钻机，包括控制装置，其特征在于，所述控制装置包括ECU单元(1)、HMI显示屏(2)、总线键盘(3)、动力头换挡比例阀(4)、液控先导手柄(5)、动力头主阀(6)、动力头马达(7)、动力头压力继电器(8)、主泵一压力传感器(9)和主泵二压力传感器(10)，所述ECU单元分别与所述HMI显示屏和所述总线键盘之间通过CAN总线进行数据交换，所述动力头换挡比例阀和所述动力头主阀分别与所述ECU单元连接，所述动力头换挡比例阀和所述动力头主阀分别与所述动力头马达连接，所述液控先导手柄与所述动力头主阀连接，所述动力头压力继电器、所述主泵一压力传感器和所述主泵二压力传感器分别与所述ECU单元连接；所述HMI显示屏用于动力模式参数设置、模式选择和施工数据显示，所述ECU单元用于读取所述动力头压力继电器的信号以及读取所述主泵一压力传感器和所述主泵二压力传感器的数据，并根据确定的动力模式，计算出当前动力模式下所述动力头换挡比例阀的PWM值，并输出PWM信号控制所述动力头换挡比例阀的电流，从而改变所述动力头马达的扭矩，所述总线键盘用于手动切换动力模式，所述液压先导手柄上设有用于将动力模式设定为甩土模式的切换按钮。
2.根据权利要求1所述的旋挖钻机，其特征在于，所述动力头马达为三个，三个所述动力头马达由所述动力头换挡比例阀控制的先导油同时控制；所述主泵一压力传感器、所述主泵二压力传感器和所述动力头换挡比例阀均安装在所述旋挖钻机的车身内。
3.根据权利要求1所述的旋挖钻机，其特征在于，所述动力模式包括标准模式、入岩模式、甩土模式、恒扭模式和经济模式。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，所述控制方法如下：
旋挖作业时，先通过HMI显示屏(2)或总线键盘(3)选择模式，其中甩土模式只用于倒土；
当动力头正转工作时，动力头压力继电器(8)会检测到液压先导手柄(5)控制动力头的先导压力信号，当动力模式处在入岩模式、恒扭模式或甩土模式时，ECU单元(1)输出PWM信号给动力头换挡比例阀(4)，所述ECU单元根据所述动力头换挡比例阀的反馈电流大小，自动调节PWM信号的占空比，使得所述动力头换挡比例阀维持恒定的电流值，并控制动力头排量的先导压力维持在固定值，从而三个动力头马达的排量维持在固定值，工作时动力头马达的扭矩随负载压力变化而变化；
当动力模式处在标准或经济模式时，所述ECU单元通过检测主泵一和主泵二的压力，取两个压力中的较大值作为控制检测压力；所述ECU单元将控制检测压力与起调压力进行比较，当控制检测压力小于起调压力时，所述ECU单元输出PWM信号，控制所述动力头换挡比例阀电流维持在620mA；当控制检测压力大于起调压力100bar范围内，所述ECU单元会控制所述动力头换挡比例阀的电流在一个范围内线性变化。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当标准模式的控制检测压力大于250bar时，所述动力头换挡比例阀的电流维持在200mA，当经济模式的控制检测压力大于300bar时，所述动力头换挡比例阀的电流维持在400mA。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当动力模式处在标准模式时，且所述控制检测压力大于起调压力150～250bar时，所述ECU单元控制所述动力头换挡比例阀的电流变化范围为620～200mA；当动力模式处在经济模式时，且所述控制检测压力大于起调压力200～300bar时，所述ECU单元控制所述动力头换挡比例阀的电流变化范围为620～400mA。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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