基于全局功率匹配的旋挖钻机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，具体的说是一种基于全局功率匹配的旋挖钻机控制系统。
【背景技术】
[0002]旋挖钻机可以在多种建筑的基础施工中完成钻孔作业。它具有输出扭矩大、钻孔速度快、灵活好操作、成孔质量高、方便搭配多种钻孔工具等诸多优点。不论是粘性土壤还是砂质土壤、是人工回填土还是含有卵石、碎石的作业环境，它都能够很好的匹配。
[0003]但是，旋挖钻机在施工时，由于地质情况复杂、负载扭矩变化频繁，因此会导致发动机的燃油效率不高，也使得液压系统不能充分利用发动机的输出功率。
[0004]由此造成的旋挖钻机的功率匹配损失不仅会浪费能源，还会减少设备的使用寿命O
【发明内容】
[0005]针对上述缺点，本发明的目的在于提供一种基于全局功率匹配的旋挖钻机控制系统，将发动机-液压栗-负载作为一个整体进行控制，建立基于全局功率匹配的旋挖钻机控制系统。
[0006]为达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案予以实现。
[0007]基于全局功率匹配的旋挖钻机控制系统，所述旋挖钻机控制系统包括钻具，与所述钻具连接的钻杆，与所述钻杆连接的动力头，与所述动力头连接的液压驱动系统，所述液压系统包括与所述动力头连接的液压马达，与所述液压马达连接的液压阀，与所述液压阀连接的液压栗，以及与所述液压栗连接的发动机。
[0008]所述旋挖钻机控制系统还包括与所述液压栗连接的压力传感器，用于获取所述液压栗的出口压力；与所述发动机连接的转速传感器，用于获取所述发动机的实际转速；与所述发动机的油门连接的油门位置传感器，用于获取所述发动机的油门位置；与所述油门位置传感器连接的油门位置控制器，用于对所述发动机的油门位置进行调节，与所述发动机、所述转速传感器、所述压力传感器和所述油门位置传感器分别连接的转速控制器，用于对所述发动机的实际转速进行调节，以使得所述发动机的输出功率与所述液压栗的吸收功率相匹配。
[0009]本发明的特点和进一步的改进为:
[0010](I)所述压力传感器检测所述液压栗的出口压力，并将所述出口压力传递给所述转速控制器，以使得所述转速控制器根据所述出口压力，判定所述发动机的工作模式；所述发动机的工作模式包括动力模式、经济模式和怠速模式，且所述发动机的动力模式、经济模式和怠速模式分别有对应的目标转速、油门开度以及所述目标转速的变化范围。
[0011](2)所述转速控制器根据所述发动机的工作模式和所述发动机的转速感应控制调节所述发动机的油门开度，从而调节所述发动机的实际转速；并利用所述液压栗的转速感应控制调节所述液压栗的排量，从而使得所述发动机的输出功率与所述液压栗的吸收功率相匹配。
[0012](3)所述控制器的控制过程包括如下步骤:
[0013](a)根据所述液压栗的出口压力，判定所述发动机的工作模式，从而确定所述发动机的目标转速、油门开度以及所述目标转速的变化范围；
[0014](b)通过转速传感器读取所述发动机的实际转速，并与预先设定的发动机的目标转速进行对比，根据所述实际转速与所述目标转速的差值，通过所述油门位置控制器对所述发动机的油门开度进行调节，使得所述发动机的实际转速在所述目标转速的变化范围内；
[0015](C)利用液压栗的转速感应控制，调节所述液压栗的排量，使得所述液压栗的吸收功率与所述发动机的输出功率匹配。
[0016]更进一步的，根据所述液压栗的出口压力，判定所述发动机的工作模式具体包括:
[0017]当所述液压栗的出口压力大于额定工作压力且小于或者等于预设的压力切断值，且等待时间大于预设的动力等待时间时，所述发动机工作于动力模式；所述等待时间为所述液压栗的出口压力属于对应的压力范围的持续时间；
[0018]或者，当所述液压栗的出口压力大于压力切断值且等待时间小于预设的压力切断等待时间并大于预设的动力等待时间时，所述发动机工作于动力模式；
[0019]当所述液压栗的出口压力大于额定工作压力且小于或者等于预设的压力切断值，且等待时间小于所述预设的动力等待时间时，所述发动机工作于经济模式；
[0020]或者，当所述液压栗的出口压力大于预设的怠速设定压力且小于额定工作压力时，所述发动机工作于经济模式；
[0021]或者，当所述液压栗的出口压力小于预设的怠速设定压力且等待时间小于预设的怠速等待时间时，所述发动机工作于经济模式；
[0022]当所述液压栗的出口压力小于所述预设的怠速设定压力，且所述等待时间大于或等于所述预设的怠速等待时间时，所述发动机工作于怠速模式；
[0023]或者，当所述液压栗的出口压力大于所述压力切断值，且所述等待时间大于预设的压力切断等待时间时，所述发动机工作于怠速模式。
[0024]本发明的技术方案将发动机-液压栗-负载作为一个整体进行控制，主要采用的控制方式有:作用于发动机调速器的转速感应控制、作用于液压栗的转速感应控制和极限负荷控制，并且针对不同的地层，对旋挖钻机的工况进行区分。将上述控制策略结合在一起，建立基于全局的功率匹配方案。当负载变化时，发动机的输出功率与液压栗的吸收功率会随之变化，达到动态平衡，既不会使发动机因为过载而造成熄火，又不会因为负载过低而造成功率浪费，实现节能环保的目的。
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
[0026]图1为本发明实施例提供的全局功率匹配控制策略的流程框图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
[0028]本发明实施例提供一种基于全局功率匹配的旋挖钻机控制系统，所述旋挖钻机控制系统包括钻具，所述钻具作用于负载，与所述钻具连接的钻杆，与所述钻杆连接的动力头，与所述动力头连接的液压驱动系统，所述液压驱动系统包括与所述动力头连接的液压马达，与所述液压马达连接的液压阀，以及与所述液压阀连接的液压栗，所述液压栗与所述发动机连接。
[0029]所述旋挖钻机控制系统还包括与所述液压栗连接的压力传感器，用于获取所述液压栗的出口压力；与所述发动机连接的转速传感器，用于获取所述发动机的实际转速；与所述发动机的油门连接的油门位置传感器，用于获取所述发动机的油门位置；与所述油门位置传感器连接的油门位置控制器，用于对所述发动机的油门位置进行调节，与所述发动机、所述转速传感器、所述压力传感器和所述油门位置传感器分别连接的转速控制器，用于通过控制油门开度对所述发动机的实际转速进行调节，以使得所述发动机的输出功率与所述液压栗的吸收功率相匹配，同时达到稳定转速，避免熄火，节约油耗的目的。
[0030]其中，所述液压马达与所述液压阀通过管道连接，所述液压栗与所述发动机通过管道连接。
[0031]需要说明的是，液压栗包括变量栗和定量栗，本发明实施例以变量栗为例对发明的技术方案进行说明。
[0032]所述旋挖钻机的工况不同时，作用于所述旋挖钻机钻具的负载不同，从而所述钻具和钻杆通过动力头作用于液压系统后，使得所述液压栗的出口压力不同；所述压力传感器检测所述液压栗的出口压力，并将所述出口压力传递给所述转速控制器，以使得所述转速控制器根据所述出口压力，判定所述发动机的工作模式，从而确定所述发动机的目标转速和油门开度；所述发动机的工作模式包括动力模式、经济模式和怠速模式，且所述发动机的每种工作模式都有对应的目标转速、油门开度以及目标转速的变化范围。
[0033]转速控制器根据所述发动机的工作模式和所述发动机的转速感应控制调节所述发动机的油门开度，从而调节所述发动机的实际转速。并利用变量栗的转速感应控制调节所述变量栗的排量，从而使得所述发动机的输出功率与所述液压栗的吸收功率相匹配。
[0034]需要说明的是，本发明技术方案还采用所述发动机的调速控制、所述变量栗的压力切断控制和所述变量栗的恒功率控制，实现所述负载、所述变量栗和所述发动机的功率匹配。
[0035]本发明实施例提出的全局功率匹配控制策略如图1所示，其中选用压力传感器采集到的信号作为一个回路，采用转速传感器获得的信号作为另一个回路。
[0036]示例性的，如图1所示，本发明实施例提供的全局功率匹配控制策略的具体步骤为:
[0037](I)预设系统模式，可设置为手动模式或自动模式。
[0038]若为手动模式，则手动选择发动机的输出模式(即发动的工作模式)，包括:动力模式(示例性的，目标转速n = 2100r/min)、经济模式(示例性的，目标转速n = 1800r/min)、怠速模式(示例性的，目标转速n = 900r/min)o
[0039]若为自动模式，则根据变量栗的出□压力，判断所述发动机的工作模式，由上述描述可知，所述发动机不同的工作模式对应不同的目标转速，所述不同的目标转速对应不同的油门开度。在系统工作时，发动机与变量栗刚性连接，因此发动机的转速与变量栗的转速相等。变量栗的出口压力是由负载决定的，通过压力传感器检测压力信号，将压力信号传递至转速控制器，根据预先设定的模式规则来判断发动机的输出模式，从而确定发动机的目标转速与油门开度，使发动机工作在最