CN116928177A - 一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统及回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统及回收方法，驱动电机通过变频器一与主电网连接，从而获取电能并带动液压凿岩机工作；液压凿岩机的输出端连接至加载齿轮箱，加载齿轮箱与加载电机和变频器二相连；加载齿轮箱构成液压凿岩机的负载，将动能传递给加载电机，由变频器二回收加载电机的电能并通过直流母线反馈给驱动电机。液压凿岩机施加扭矩负载时，与加载齿轮箱相连接的扭矩转速传感器采集转速和扭矩信息并传输至工控计算机系统，完成液压凿岩机的性能测试。本发明避免了随使用时间而引起泄露量变化而对实验数据产生的影响。通过能量的回收，避免了磁粉制动器所造成的能量浪费，并且还可以客观评判扭矩和转速数值。
Description
技术领域
本发明涉及液压凿岩机技术领域，具体地说是一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统及回收方法。
背景技术
液压凿岩机是指用高压油作为动力推动活塞冲击钎子，并附有独立回转机构的一种凿岩机械。液压凿岩机具有钻速快，冲击功高、扭矩大、频率高、具有可调性、能耗低、效率高、便于自动化和电脑控制、卡钻事故少、钻具寿命长的优势，从而有广泛的运用前景。
液压凿岩机在使用运用时需要进行性能测试，以获得其性能参数。一部分传统液压凿岩机扭矩测试并不进行实验测试，而是通过液压马达参数换算的方式进行计算，通常此方式只具备理论性，而不具备实际操作性，并且随着时间的增长凿岩机的回转性能会有所降低。此外，还有部分液压凿岩机会使用磁粉制动器将测试过程中多余的能量进行消耗掉，故其存在能量浪费的弊端。另外一些液压凿岩机测试也会采用直接将钎杆顶在岩石上，只开回转系统而不打开冲击系统的方式，进行判定钻孔速度，这种方式存在的弊端就是无法客观评判扭矩和转速数值。
基于传统液压凿岩机性能测试方式存在的缺陷，本发明提供一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统及回收方法，在测试的过程中，具有实际操作性，避免了随使用时间而引起泄露量变化而对实验数据产生的影响。通过能量的回收，避免了磁粉制动器所造成的能量浪费，并且还可以客观评判扭矩和转速数值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统及回收方法，避免了随使用时间而引起泄露量变化而对实验数据产生的影响。通过能量的回收，避免了磁粉制动器所造成的能量浪费，并且还可以客观评判扭矩和转速数值。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统，包括驱动电机、变频器一、主电网、液压凿岩机、加载齿轮箱、扭矩转速传感器、加载电机、变频器二和直流母线。
驱动电机通过变频器一与主电网连接，从而获取电能并带动液压凿岩机工作；液压凿岩机的输出端连接至加载齿轮箱，加载齿轮箱与加载电机和变频器二相连；加载齿轮箱构成液压凿岩机的负载，将动能传递给加载电机，由变频器二回收加载电机的电能并通过直流母线反馈给驱动电机。
液压凿岩机施加扭矩负载时，与加载齿轮箱相连接的扭矩转速传感器采集转速信息和扭矩信息并传输至工控计算机系统，完成液压凿岩机的性能测试。
进一步优选地，还包括定量泵、电磁溢流阀、电磁换向阀和油箱，其中油箱、定量泵、电磁换向阀和凿岩机组成油液的循环回路，电磁溢流阀与定量泵并联连接，用于保护定量泵并调定压力；油箱为液压凿岩机提供动力油，工控计算机系统通过变频器一调节定量泵的输出流量，通过电磁溢流阀和电磁换向阀控制液压凿岩机的系统压力和运转方向。
进一步优选地，采用直流母线回收的方式进行能量回收，变频器二将加载电机产生的交流电进行处理，将直流电通过直流母线接入变频器一，为驱动电机提供电能，实现能量的回收和利用；变频器一还与主电网连接，用于补充在传动过程、加载齿轮箱时存在的能量损耗。
进一步优选地，变频器一与工控计算机系统电性连接，工控计算机系统控制变频器一调节驱动电机的转速，从而实现对液压凿岩机的油液流量的单独调节。
进一步优选地，针对液压凿岩机进行性能测试，通过施加预设的系统压力和加载电机转速，去测量加载电机的扭矩，进而换算出液压凿岩机的扭矩。
进一步优选地，针对液压凿岩机进行性能测试，通过施加预设的系统压力和加载电机转速，去测量加载电机的转速，进而换算出液压凿岩机的转速。
一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收方法，具体包括以下步骤：
步骤1、由变频器一连接主电网获取电能，变频器二控制驱动电机驱动定量泵，液压凿岩机输出端连接加载齿轮箱，加载齿轮箱对液压凿岩机的扭矩和转速进行变换，将功传递给加载电机进行发电，产生的电量通过直流母线传至变频器，为驱动电机提供能量；
步骤2、将变频器一接入主电网和直流母线，然后连接驱动电机，通过工控计算机系统对变频器一的控制，调节驱动电机的转速，进而调节定量泵的输出流量；
步骤3、将电磁溢流阀和电磁换向阀连接至工控计算机系统，对液压凿岩机的压力和转向进行控制；
步骤4、在加载齿轮箱输出轴上安装扭矩转速传感器，使用扭矩转速传感器对加载齿轮箱输出轴的扭矩和转速进行数据采集；
步骤5、对凿岩机扭矩加载系统的性能进行测试，工控计算机系统通过控制电磁溢流阀改变系统背压，控制变频器一和变频器二改变系统的扭矩和转速；通过调整电磁溢流阀来改变背压，实现在设定的液压凿岩机压力下，通过对变频器一和变频器二的调整，将加载电机的扭矩或转速其中一个调整成为预设值，并观察另一个数据变化，进而得到液压凿岩机的性能数据。
进一步优选地，步骤5中，在设定的液压凿岩机压力和加载电机转速下，测量加载电机的扭矩，进而得到液压凿岩机的扭矩；在设定的液压凿岩机压力和加载电机扭矩下，测量加载电机的转速，进而得到液压凿岩机的转速。
本发明具有如下有益效果：本发明通过对液压凿岩机扭矩加载系统的研究，通过在钎杆上设置加载齿轮箱，后连接加载电机进行发电，再由变频器转换为直流电，通过直流母线再次提供驱动电机进行工作，实现对凿岩机扭矩加载系统的能量进行回收利用，其在扭矩测试的过程中，具有实际操作性，避免了使用时间而引起泄露量变化对实验数据的影响，并能客观评判扭矩和转速数值。
附图说明
图1是本发明一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统示意图。
其中有：1.驱动电机；2.定量泵；3.电磁溢流阀；4.电磁换向阀；5.油箱；6.液压凿岩机；7.钎杆；8.加载齿轮箱；9.扭矩转速传感器；10.联轴器；11.加载电机；12.变频器二；13.变频器一；14.主电网；15.转速信息；16.扭矩信息；17.直流母线；18.工控计算机系统。
实施方式
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统，包括驱动电机1、定量泵2、电磁溢流阀3、电磁换向阀4、油箱5、液压凿岩机6、加载齿轮箱8、扭矩转速传感器9、加载电机11、变频器二12、变频器一13、主电网14和直流母线17。
驱动电机1通过变频器一13与主电网14连接，从而获取电能并带动液压凿岩机6工作；液压凿岩机6的输出端连接至加载齿轮箱8，加载齿轮箱8通过联轴器10与加载电机11连接，加载电机11配套设有变频器二12。加载齿轮箱8构成液压凿岩机6的负载，将动能传递给加载电机11，由变频器二12回收加载电机11的电能并通过直流母线17反馈给驱动电机1。
油箱5、定量泵2、电磁换向阀4和凿岩机6之间通过油管连接组成油液的循环回路，电磁溢流阀3和电磁换向阀4通过导线接入工控机算系统。电磁溢流阀3与定量泵2并联连接，用于保护定量泵2并调定压力；油箱5为液压凿岩机6提供动力油，工控计算机系统18通过变频器一13调节定量泵2的输出流量，通过电磁溢流阀3和电磁换向阀4控制液压凿岩机6的系统压力和运转方向。
油箱5为液压凿岩机6提供动力油，工控计算机系统18通过变频器一13调节定量泵2的输出流量，通过电磁溢流阀3和电磁换向阀4控制液压凿岩机6的系统压力和运转方向。
液压凿岩机6通过与输出轴相连的钎杆7对加载齿轮箱8施加扭矩负载，与加载齿轮箱8相连接的扭矩转速传感器9采集转速信息15和扭矩信息16并传输至工控计算机系统18，完成液压凿岩机6的性能测试。
采用直流母线回收的方式进行能量回收，变频器二12将加载电机11产生的交流电进行处理，将直流电通过直流母线17接入变频器一13，为驱动电机1提供电能，实现能量的回收和利用；变频器一13还与主电网14连接，用于补充在传动过程、加载齿轮箱时存在的能量损耗。
变频器一13与工控计算机系统18电性连接，工控计算机系统18控制变频器一13调节驱动电机1的转速，从而实现对液压凿岩机6的流量的单独调节。
针对液压凿岩机6进行性能测试，通过施加预设的系统压力和加载电机11转速，去测量加载电机11的扭矩，进而换算出液压凿岩机6的扭矩。液压凿岩机齿轮外啮合，齿轮齿数已知，扭矩比就等于齿轮齿数比，已知加载电机的扭矩即可计算出液压凿岩机的扭矩。
针对液压凿岩机6进行性能测试，通过施加预设的系统压力和加载电机11转速，去测量加载电机11的转速，进而换算出液压凿岩机6的转速。转速比是齿数比的倒数。
一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收方法，具体包括以下步骤：
步骤1、由变频器一13连接主电网14获取电能，变频器二12控制驱动电机1驱动定量泵2，液压凿岩机6输出端连接加载齿轮箱8，加载齿轮箱8对液压凿岩机6的扭矩和转速进行变换，将功传递给加载电机11进行发电，产生的电量通过直流母线传至变频器1，为驱动电机1提供能量；
步骤2、将变频器一13接入主电网14和直流母线17，然后连接驱动电机1，通过工控计算机系统18对变频器一13的控制，调节电机的转速，进而调节定量泵2的输出流量；
步骤3、将电磁溢流阀3和电磁换向阀4连接至工控计算机系统18，对液压凿岩机6的回转系统的压力和转向进行控制；回转系统主要用于转动钎具和接卸钎杆。在液压凿岩机中，因输出扭矩较大，故主要采用独立外回转机构。
步骤4、在加载齿轮箱8输出轴上安装扭矩转速传感器9，使用扭矩转速传感器9对加载齿轮箱8输出轴的扭矩和转速进行数据采集；
步骤5、对凿岩机扭矩加载系统的性能进行测试，工控计算机系统18通过控制电磁溢流阀3改变系统背压，控制变频器一13和变频器二12改变系统的扭矩和转速；通过调整电磁溢流阀3来改变回转系统的背压，实现在设定的液压凿岩机6压力下，通过对变频器一13和变频器二12的调整，将加载电机11的扭矩或转速其中一个调整成为预设值，并观察另一个数据变化，进而得到液压凿岩机6的性能数据。
步骤5中，在设定的液压凿岩机6压力和加载电机11转速下，测量加载电机11的扭矩，进而得到液压凿岩机6的扭矩；在设定的液压凿岩机6压力和加载电机11扭矩下，测量加载电机11的转速，进而得到液压凿岩机6的转速。
本发明将变频器一13接入主电网14，然后连接驱动电机1带动液压凿岩机6工作，钎杆7带动加载齿轮箱8和加载电机11工作，在加载齿轮箱8输出轴上安装扭矩转速传感器9，采集扭矩信息16和转速信息15，本发明通过采用直流母线17的方式进行能量回收，变频器二12将加载电机11产生的交流电进行处理，直接将直流电通过直流母线17接入变频器一13，用以为驱动电机1提供能量，实现能量的回收和利用。变频器一13连接主电网14和直流母线17，由于传动过程、加载齿轮箱8等存在能量的损耗，所以主电网14起到能量补充的作用。为了实现液压凿岩机6的流量可单独调节，设计了由变频器一13受工控计算机系统18控制，调节驱动电机1的转速，从而实现对液压凿岩机回转系统流量的单独调节。为实现液压凿岩机6的压力可单独调节，设计了定量泵2主油路处设置电磁溢流阀3，通过工控计算机系统18控制电磁铁的磁力，从而实现对液压凿岩机回转系统压力的单独调节。在选用电机时，为保证电机的正常运行需要注意，要求加载电机11的额定转速要大于液压凿岩机6的转速*增速箱的增速比，加载电机11额定扭矩要大于液压凿岩机6的扭矩/增速箱的增速比。要求驱动电机1和加载电机11在选用不同电机规格情况下需要满足驱动电机1的额定功率小于或者等于加载电机11的额定功率。
针对整个液压凿岩机回转系统进行性能测试，可以在一定液压凿岩机压力和加载电机转速下，去测量加载电机11的扭矩，进而换算出液压凿岩机6的扭矩；也可以在一定液压凿岩机压力和加载电机扭矩下，去测量加载电机转速，进而换算出液压凿岩机6的转速。
这种液压凿岩机扭矩加载系统能量回收方法及其系统，其在凿岩机性能测试的过程中，具有实际操作性，避免了使用时间而引起泄露量变化，对实验数据的影响；通过能量的回收，避免了磁粉制动器所造成的能量浪费，并且可以客观评判扭矩和转速数值。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统，其特征在于：包括驱动电机（1）、变频器一（13）、主电网（14）、液压凿岩机（6）、加载齿轮箱（8）、扭矩转速传感器（9）、加载电机（11）、变频器二（12）和直流母线（17）；
所述驱动电机（1）通过变频器一（13）与主电网（14）连接，从而获取电能并带动液压凿岩机（6）工作；液压凿岩机（6）的输出端连接至加载齿轮箱（8），加载齿轮箱（8）与加载电机（11）和变频器二（12）相连；加载齿轮箱（8）构成液压凿岩机（6）的负载，将动能传递给加载电机（11），由变频器二（12）回收加载电机（11）的电能并通过直流母线（17）反馈给驱动电机（1）；
所述液压凿岩机（6）施加扭矩负载时，与加载齿轮箱（8）相连接的扭矩转速传感器（9）采集转速信息和扭矩信息并传输至工控计算机系统（18），完成液压凿岩机（6）的性能测试。
2.根据权利要求1所述的用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统，其特征在于：还包括定量泵（2）、电磁溢流阀（3）、电磁换向阀（4）和油箱（5），其中油箱（5）、定量泵（2）、电磁换向阀（4）和凿岩机（6）组成油液的循环回路，电磁溢流阀（3）与定量泵（2）并联连接，用于保护定量泵（2）并调定压力；油箱（5）为液压凿岩机（6）提供动力油，工控计算机系统（18）通过变频器一（13）调节定量泵（2）的输出流量，通过电磁溢流阀（3）和电磁换向阀（4）控制液压凿岩机（6）的系统压力和运转方向。
3.根据权利要求2所述的用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统，其特征在于：采用直流母线回收的方式进行能量回收，变频器二（12）将加载电机（11）产生的交流电进行处理，将直流电通过直流母线（17）接入变频器一（13），为驱动电机（1）提供电能，实现能量的回收和利用；变频器一（13）还与主电网（14）连接，用于补充在传动过程、加载齿轮箱时存在的能量损耗。
4.根据权利要求2所述的用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统，其特征在于：变频器一（13）与工控计算机系统（18）电性连接，工控计算机系统（18）控制变频器一（13）调节驱动电机（1）的转速，从而实现对液压凿岩机（6）的油液流量的单独调节，从而控制冲击压力。
5.根据权利要求2所述的用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统，其特征在于：针对液压凿岩机（6）进行性能测试，通过施加预设的系统压力和加载电机（11）转速，去测量加载电机（11）的扭矩，进而换算出液压凿岩机（6）的扭矩。
6.根据权利要求2所述的用于液压凿岩机性能测试的能量回收系统，其特征在于：针对液压凿岩机（6）进行性能测试，通过施加预设的系统压力和加载电机（11）转速，去测量加载电机（11）的转速，进而换算出液压凿岩机（6）的转速。
7.根据权利要求2-6任一所述的用于液压凿岩机性能测试的能量回收方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、由变频器一（13）连接主电网（14）获取电能，变频器二（12）控制驱动电机（1）驱动定量泵（2），液压凿岩机（6）输出端连接加载齿轮箱（8），加载齿轮箱（8）对液压凿岩机（6）的扭矩和转速进行变换，将功传递给加载电机（11）进行发电，产生的电量通过直流母线传至变频器（1），为驱动电机（1）提供能量；
步骤2、将变频器一（13）接入主电网（14）和直流母线（17），然后连接驱动电机（1），通过工控计算机系统（18）对变频器一（13）的控制，调节驱动电机（1）的转速，进而调节定量泵（2）的输出流量；
步骤3、将电磁溢流阀（3）和电磁换向阀（4）连接至工控计算机系统（18），对液压凿岩机（6）的压力和转向进行控制；
步骤4、在加载齿轮箱（8）输出轴上安装扭矩转速传感器（9），使用扭矩转速传感器（9）对加载齿轮箱（8）输出轴的扭矩和转速进行数据采集；
步骤5、对凿岩机扭矩加载系统的性能进行测试，工控计算机系统（18）通过控制电磁溢流阀（3）改变系统背压，控制变频器一（13）和变频器二（12）改变系统的扭矩和转速；通过调整电磁溢流阀（3）来改变背压，实现在设定的液压凿岩机（6）压力下，通过对变频器一（13）和变频器二（12）的调整，将加载电机（11）的扭矩或转速其中一个调整成为预设值，并观察另一个数据变化，进而得到液压凿岩机（6）的性能数据。
8.根据权利要求7所述的用于液压凿岩机性能测试的能量回收方法，其特征在于：步骤5中，在设定的液压凿岩机（6）压力和加载电机（11）转速下，测量加载电机（11）的扭矩，进而得到液压凿岩机（6）的扭矩；在设定的液压凿岩机（6）压力和加载电机（11）扭矩下，测量加载电机（11）的转速，进而得到液压凿岩机（6）的转速。
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