WO2016119187A1 - 一种旋挖钻机动力头多档模式控制装置、旋挖钻机和控制方法 - Google Patents

一种旋挖钻机动力头多档模式控制装置、旋挖钻机和控制方法 Download PDF

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高晶
刘娜
马旭
胡志民
郜星
董梅
郭进
王选卓
郭焕焕
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling

Definitions

  • the invention relates to the field of engineering machinery control devices, in particular to a multi-speed mode control device for a power head of a rotary drilling rig, a rotary drilling rig and a control method.
  • Rotary drilling rig is a modern construction machine for forming holes in construction projects. It has been widely used in foundation drilling and pile engineering such as bridges and municipal construction. At present, the construction of rotary drilling rigs at home and abroad, the geological conditions of the construction site are different, such as hard rock, weathered rock, sandstone, soft soil, silt layer, etc., but the same model, the output torque of the power head is fixed. The speed is only the middle speed and the combined flow, so that the rotary drilling rig can not adapt to different geological conditions. For example, when drilling into the hard formation, the torque is small and the speed is too large, resulting in low construction efficiency and drilling. The rod is easily damaged; when drilling into the soft soil layer, the torque is too large and the speed is too small, resulting in low drilling efficiency and no energy saving.
  • the present invention provides a multi-speed mode control device, a rotary drilling rig and a control method for a power head of a rotary drilling rig, so that the output torque and the rotational speed of the power head can be changed according to different geological conditions, thereby
  • the rotary drilling rig can adapt to different geological conditions, especially to adapt to the construction conditions of the hard formation, to meet the different requirements of the power head torque and speed of various geological conditions.
  • the present invention provides a multi-speed mode control device for a rotary drilling machine power head, comprising a pressure sensor, a power head mode changeover switch, a controller and a proportional control valve group; the controller includes a power interface and a pressure sensor interface , mode conversion interface, PWM output interface;
  • the pressure sensor and the pressure sensor interface are electrically connected to provide a forward pressure signal of the power head motor to the controller;
  • the power head mode changeover switch is electrically connected to the mode switching interface, and provides a corresponding power head mode signal to the controller by switching of the power head mode changeover switch;
  • a PWM output port of the controller is coupled to the proportional regulator valve group to provide a control signal to the proportional regulator valve group.
  • the PWM output port of the controller includes a first PWM output port, a second PWM output port, and a third PWM output port;
  • the proportional adjustment valve group includes a first proportional regulating valve, a second proportional regulating valve, and a first a three-proportional regulating valve; the first proportional regulating valve, the second proportional regulating valve and the third proportional regulating valve are respectively connected to the first PWM output port, the second PWM output port and the third PWM output port on the controller .
  • first proportional regulating valve, the second proportional regulating valve and the third proportional regulating valve are respectively a proportional adjusting valve of the first electric proportional variable motor, a proportional adjusting valve of the second electric proportional variable motor, and a third electric proportional The proportional control valve of the variable motor.
  • the proportional regulating valve of the first electric proportional variable motor, the proportional regulating valve of the second electric proportional variable motor, and the proportional regulating valve of the third electric proportional variable motor are proportional solenoid valves.
  • controller is an RC28-14 controller.
  • the pressure sensor is a power head motor forward pressure sensor.
  • a power switch, a battery and a ground connection wherein a negative pole of the battery is grounded through the power switch, and a positive pole of the battery is respectively connected to a power interface of the controller, a pressure sensor, and the power head mode switch Connecting, the grounding interface is grounded;
  • controller has two power ports.
  • the present invention also provides a rotary drilling rig comprising the above-described control device.
  • the present invention also provides a control method of the above control device, comprising:
  • the power head mode is switched between the rocking mode, the energy saving mode, and the standard mode by the power head mode changeover switch of the control device;
  • the controller In the rock entering mode, the energy saving mode, and the standard mode, the controller is respectively caused to output different PWM values to the proportional regulating valve group to provide different control signals to the proportional regulating valve group.
  • the method includes: transmitting, in the standard mode, a pressure value collected by the pressure sensor to the controller via a pressure sensor interface:
  • the pressure value collected by the pressure sensor is transmitted to the controller via the pressure sensor interface: the controller outputs a third constant current value through the PWM output interface.
  • the pressure value collected by the pressure sensor is transmitted to the controller via the pressure sensor interface:
  • the invention can realize the optimal ratio of each main parameter according to different geological working conditions, and meet different requirements of various geological conditions for the torque and the rotational speed of the power head, and can ensure efficient rocking and hardening in the working condition of the hard formation.
  • the construction efficiency of the stratum and the protection of the drill pipe improve the drilling efficiency and the energy saving effect in the soft formation.
  • FIG. 1 is a circuit structural diagram of a specific embodiment of a multi-speed mode control device for a power head of a rotary drilling rig according to the present invention.
  • the present invention includes a power switch 1, a battery 2, a pressure sensor 3, a power head mode changeover switch 4, a controller 5, a first proportional solenoid valve 6, a second proportional solenoid valve 7, and a third proportional solenoid valve.
  • the controller 5 includes a first PWM output port, a second PWM output port, and a third PWM output port; the first proportional solenoid valve 6, the second proportional solenoid valve 7, and the third proportional solenoid valve 8 respectively and the control The first PWM output port, the second PWM output port and the third PWM output port are connected; in one embodiment, the controller 5 selects the RC28-14 controller; the three proportional solenoid valves are the power heads Electrical proportional variable The proportional solenoid valve; the negative pole of the battery 2 is grounded through the power switch 1, the positive pole of the battery 2 is connected to the 201 end and the 203 end of the controller
  • the default mode of the controller is the standard mode.
  • the power head mode changeover switch 4 When the power head mode changeover switch 4 is pressed, it switches between rocking, energy saving, and standard mode. According to different geological conditions, the operator switches to a certain power head mode, the default standard mode for normal working conditions, the rock mode for hard rock conditions, and the energy saving mode for soft soil layers.
  • the controller outputs different PWM values to control the three proportional solenoid valves, so that the three electric proportional variable motors have different output torques and rotational speeds.
  • Optional display real-time display mode switching status and input and output, so that the operator can see at a glance.
  • the invention also proposes a rotary drilling rig comprising the above control system.
  • the pressure value collected by the pressure sensor 3 is transmitted to the controller 5 via the pressure sensor interface:
  • the current output by the controller 5 through the PWM output interface is linearly changed within the first current interval (for example, 600 mA to 200 mA);
  • the output current value is maintained at a first constant value (for example, 600 mA);
  • the output current value is maintained at a second constant value (eg, 200 mA).
  • the pressure value collected by the pressure sensor 3 is transmitted to the controller 5 via a pressure sensor interface: the controller 5 is caused to output a third constant current value (eg, 200 mA) through the PWM output interface.
  • a third constant current value eg, 200 mA
  • the pressure value collected by the pressure sensor 3 is transmitted to the controller 5 via the pressure sensor interface:
  • the current output by the controller 5 through the PWM output interface is linearly changed in the second current interval (for example, 600 mA to 200 mA);
  • the output current value is maintained at a fourth constant value (eg, 600 mA);
  • the output current value is maintained at a fifth constant value (for example, 200 mA), which improves the drilling efficiency of the soft soil layer and saves energy.

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Abstract

一种旋挖钻机动力头多档模式控制装置，包括电源开关(1)、蓄电池(2)、压力传感器(3)、动力头模式转换开关(4)、控制器(5)、比例调节阀；还公开了一种上述控制装置的控制方法以及包括上述控制装置的旋挖钻机。本发明能使动力头的输出扭矩及转速能够根据不同的地质条件而变化，从而使旋挖钻机能够适应不同的地质工况，更加适应硬地层的施工工况，满足多种地质条件对动力头扭矩和转速的不同需求

Description

一种旋挖钻机动力头多档模式控制装置、旋挖钻机和控制方法 技术领域
本发明涉及工程机械控制装置领域，特别是一种旋挖钻机动力头多档模式控制装置、旋挖钻机和控制方法。
背景技术
旋挖钻机是建筑工程中成孔作业的现代化施工机械，目前已广泛应用于桥梁、市政建设等基础的钻孔灌注桩工程。目前国内外的旋挖钻机进行的施工，施工现场的地质条件各不相同，如硬岩、风化岩、砂岩、软土、淤泥层等，但相同的机型，动力头的输出扭矩是固定的，转速也只有中速、合流两档，使旋挖钻机不能较好的适应不同的地质工况，如：钻进至硬地层时，扭矩偏小，速度偏大，导致施工效率低，且钻杆易损坏；钻进至软土层时，扭矩偏大，速度偏小，导致钻进效率低，不节能。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种旋挖钻机动力头多档模式控制装置、旋挖钻机和控制方法，使动力头的输出扭矩及转速能够根据不同的地质条件而变化，从而使旋挖钻机能够适应不同的地质工况，特别是更加适应硬地层的施工工况，满足多种地质条件对动力头扭矩和转速的不同需求。
为了实现上述目的，本发明提供一种旋挖钻机动力头多档模式控制装置，包括压力传感器、动力头模式转换开关、控制器和比例调节阀组；所述控制器包括电源接口、压力传感器接口、模式转换接口、PWM输出接口；
所述压力传感器和所述压力传感器接口电连接，向所述控制器提供动力头马达的正转压力信号；
所述动力头模式转换开关与所述模式转换接口电连接，通过所述动力头模式转换开关的切换，向所述控制器提供对应的动力头模式信号；
所述控制器的PWM输出端口与所述比例调节阀组连接，向所述比例调节阀组提供控制信号。
进一步地，所述控制器的PWM输出端口包括第一PWM输出端口、第二PWM输出端口和第三PWM输出端口；所述比例调节阀组包括第一比例调节阀、第二比例调节阀和第三比例调节阀；所述第一比例调节阀、第二比例调节阀和第三比例调节阀分别与所述控制器上的第一PWM输出端口、第二PWM输出端口和第三PWM输出端口连接。
进一步地，所述第一比例调节阀、第二比例调节阀和第三比例调节阀分别为第一电比例变量马达的比例调节阀、第二电比例变量马达的比例调节阀和第三电比例变量马达的比例调节阀。
进一步地，所述第一电比例变量马达的比例调节阀、第二电比例变量马达的比例调节阀和第三电比例变量马达的比例调节阀均为比例电磁阀。
进一步地，所述控制器为RC28-14控制器。
进一步地，所述压力传感器为动力头马达正转压力传感器。
进一步地，电源开关、蓄电池和地线接口，所述蓄电池的负极通过所述电源开关接地，所述蓄电池的正极分别与所述控制器的电源接口、压力传感器以及所述动力头模式转换开关电连接，所述地线接口接地；
进一步地，所述控制器的电源口为两个。
本发明还提供一种旋挖钻机，其包括上述的控制装置。
本发明还提供一种上述的控制装置的控制方法，包括：
通过所述控制装置的动力头模式转换开关，使得动力头模式在入岩模式、节能模式和标准模式之间转换；
在所述入岩模式、节能模式和标准模式下，分别使所述控制器输出不同的PWM值至所述比例调节阀组，以向所述比例调节阀组提供不同的控制信号。
进一步地，包括：在所述标准模式下，将压力传感器采集的压力数值经由压力传感器接口传送至所述控制器：
当所述压力数值在第一压力区间时，使所述控制器通过PWM输出接口输出的电流在第一电流区间内线性变化；
当所述压力数值小于第一区间的最小值时，使得输出的电流值维持为第一恒定值；
当所述压力数值大于第一区间的最大值时，使得输出的电流值维持为第二恒定值。
进一步地，在所述入岩模式下，将压力传感器采集的压力数值经由压力传感器接口传送至所述控制器：使所述控制器通过PWM输出接口输出第三恒定电流值。
进一步地，在所述节能模式下，将压力传感器采集的压力数值经由压力传感器接口传送至所述控制器：
当所述压力数值在第二压力区间时，使所述控制器通过PWM输出接口输出的电流在第二电流区间内线性变化；
当所述压力数值小于第二区间的最小值时，使得输出的电流值维持为第四恒定值；
当所述压力数值大于第二区间的最大值时，使得输出的电流值维持为第五恒定值。
本发明能够根据不同的地质工况，使各主参数实现最优配比，满足多种地质条件对动力头扭矩和转速的不同需求，在硬地层的工况时可确保高效入岩，提升硬地层的施工效率且保护钻杆，在软地层时既提高了钻进效率，又达到节能的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的旋挖钻机动力头多档模式控制装置一个具体实施例的电路结构图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示：本发明包括电源开关1、蓄电池2、压力传感器3、动力头模式转换开关4、控制器5、第一比例电磁阀6、第二比例电磁阀7、第三比例电磁阀8；所述蓄电池2的负极通过所述电源开关1接地，所述蓄电池2的正极分别与所述控制器5的电源口、所述压力传感器3的输入端和所述动力头模式转换开关4的一端连接；所述压力传感器3的输出端与所述控制器5的模拟信号输入端连接；所述动力头模式转换开关4的另一端与所述控制器5的数字信号输入端连接；所述控制器5包括第一PWM输出端口、第二PWM输出端口和第三PWM输出端口；所述第一比例电磁阀6、第二比例电磁阀7和第三比例电磁阀8分别与所述控制器上的第一PWM输出端口、第二PWM输出端口和第三PWM输出端口连接；在一个具体实施例中，控制器5选用RC28-14控制器；上述三个比例电磁阀为动力头3个电比例变量马达的比例电磁阀；蓄电池2的负极通过电源开关1接地，蓄电池2的正极连接控制器5的201端和203端，蓄电池2的正极同时连接压力传感器3的1端和动力头模式转换开关4的一端；控制器5的202端接地；压力传感器3的2端连接到控制器的171端；动力头模式转换开关4的另一端连接到控制器5的134端；控制器5的153、177、154端分别与比例电磁阀1、比例电磁阀2、 比例电磁阀3对应连接。
控制器默认的模式为标准模式，当动力头模式转换开关4被按下时，则依次在入岩、节能、标准模式之间切换。机手根据不同的地质工况，切换为某一种动力头模式，普通工况时，默认标准模式，硬岩工况时，选择入岩模式，软土层时，选择节能模式。在不同的模式下，控制器输出不同的PWM值控制三个比例电磁阀，使三个电比例变量马达有不同的输出扭矩及转速。可选装显示器实时显示模式切换阙状态及输入输出，使操作手一目了然。
本发明也提出一种包括上述控制系统的旋挖钻机。
在所述标准模式下，将压力传感器3采集的压力数值经由压力传感器接口传送至所述控制器5：
当所述压力数值在第一压力区间(例如，180bar-280bar)时，使所述控制器5通过PWM输出接口输出的电流在第一电流区间内(例如，600mA--200mA)线性变化；
当所述压力数值小于第一区间的最小值(例如，180bar)时，使得输出的电流值维持为第一恒定值(例如，600mA)；
当所述压力数值大于第一区间的最大值(例如，280bar)时，使得输出的电流值维持为第二恒定值(例如，200mA)。
在所述入岩模式下，将压力传感器3采集的压力数值经由压力传感器接口传送至所述控制器5：使所述控制器5通过PWM输出接口输出第三恒定电流值(例如，200mA)。此模式使动力头马达扭矩最大，转速最小。
进一步地，在所述节能模式下，将压力传感器3采集的压力数值经由压力传感器接口传送至所述控制器5：
当所述压力数值在第二压力区间(例如，180bar-228bar)时，使所述控制器5通过PWM输出接口输出的电流在第二电流区间(例如，600mA--200mA)内线性变化；
当所述压力数值小于第二区间的最小值(例如，180bar)时， 使得输出的电流值维持为第四恒定值(例如，600mA)；
当所述压力数值大于第二区间的最大值(例如，228bar)时，使得输出的电流值维持为第五恒定值(例如，200mA)，此模式可提高软土层的钻进效率并节能。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (13)

  1. 一种旋挖钻机动力头多档模式控制装置，其特征在于，包括压力传感器(3)、动力头模式转换开关(4)、控制器(5)和比例调节阀组；所述控制器(5)包括电源接口、压力传感器接口、模式转换接口、PWM输出接口；
    所述压力传感器(3)和所述压力传感器接口电连接，向所述控制器(5)提供动力头马达的正转压力信号；
    所述动力头模式转换开关(4)与所述模式转换接口电连接，通过所述动力头模式转换开关(4)的切换，向所述控制器(5)提供对应的动力头模式信号；
    所述控制器(5)的PWM输出端口与所述比例调节阀组连接，向所述比例调节阀组提供控制信号。
  2. 如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制器(5)的PWM输出端口包括第一PWM输出端口、第二PWM输出端口和第三PWM输出端口；所述比例调节阀组包括第一比例调节阀(6)、第二比例调节阀(7)和第三比例调节阀(8)；所述第一比例调节阀(6)、第二比例调节阀(7)和第三比例调节阀(8)分别与所述控制器(5)上的第一PWM输出端口、第二PWM输出端口和第三PWM输出端口连接。
  3. 根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述第一比例调节阀(6)、第二比例调节阀(7)和第三比例调节阀(8)分别为第一电比例变量马达的比例调节阀、第二电比例变量马达的比例调节阀和第三电比例变量马达的比例调节阀。
  4. 根据权利要求3所述控制装置，其特征在于，所述第一电比例变量马达的比例调节阀、第二电比例变量马达的比例调节阀和第三电比例变量马达的比例调节阀均为比例电磁阀。
  5. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所 述控制器(5)为RC28-14控制器。
  6. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述压力传感器(3)为动力头马达正转压力传感器。
  7. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，还包括电源开关(1)、蓄电池(2)和地线接口；
    所述蓄电池(2)的负极通过所述电源开关(1)接地，所述蓄电池(2)的正极分别与所述控制器(5)的电源接口、压力传感器(3)以及所述动力头模式转换开关(4)电连接，所述地线接口接地。
  8. 根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述控制器(5)的电源口为两个。
  9. 一种旋挖钻机，其特征在于，包括如权利要求1～8任一个所述的控制装置。
  10. 一种如权利要求1～8任一个所述的控制装置的控制方法，其特征在于，包括：
    通过所述控制装置的动力头模式转换开关(4)，使得动力头模式在入岩模式、节能模式和标准模式之间转换；
    在所述入岩模式、节能模式或标准模式下，使所述控制器(5)输出各自相应的PWM值至所述比例调节阀组，以调节由所述比例调节阀组提供给动力头的动力输出。
  11. 如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，包括：在所述标准模式下，将压力传感器(3)采集的压力数值经由压力传感器接口传送至所述控制器(5)：
    当所述压力数值在第一压力区间时，使所述控制器(5)通过PWM输出接口输出的电流在第一电流区间内线性变化；
    当所述压力数值小于第一区间的最小值时，使得输出的电流值维持为第一恒定值；
    当所述压力数值大于第一区间的最大值时，使得输出的电流 值维持为第二恒定值。
  12. 如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，包括：
    在所述入岩模式下，将压力传感器(3)采集的压力数值经由压力传感器接口传送至所述控制器(5)：使所述控制器(5)通过PWM输出接口输出第三恒定电流值。
  13. 如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，包括：在所述节能模式下，将压力传感器(3)采集的压力数值经由压力传感器接口传送至所述控制器(5)：
    当所述压力数值在第二压力区间时，使所述控制器(5)通过PWM输出接口输出的电流在第二电流区间内线性变化；
    当所述压力数值小于第二区间的最小值时，使得输出的电流值维持为第四恒定值；
    当所述压力数值大于第二区间的最大值时，使得输出的电流值维持为第五恒定值。
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