旋挖钻机倒桅控制系统和控制方法与流程

本发明涉及基础施工技术领域，特别是涉及一种旋挖钻机倒桅控制系统和控制方法。

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，主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。

目前，在旋挖钻机在转场运输时，一般都需要将桅杆、动力头等部件拆下来，将旋挖钻机分开运输，到达工地后再组装起来，但这种方式费时费力，十分不便。为此，需要设计一种可将桅杆倒下来和旋挖钻机主体一起运输的旋挖钻机，这样省时省力，大大提高了转场的效率。然而，旋挖钻机由于结构件的庞大和复杂，导致设备在倒桅过程中经常由于姿态缺乏实时监控，而导致出现结构件之间相互碰撞、挤压、错位等事故。

前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种操作简单、安全的旋挖钻机倒桅控制系统和控制方法。

本发明提供一种旋挖钻机倒桅控制方法，用于控制旋挖钻机倒桅，旋挖钻机包括底盘、转台、连接体、桅杆、变幅机构和桅杆油缸，所述转台可转动地设于所述底盘上，所述变幅机构的两端分别铰接于所述连接体和所述转台，所述连接体还铰接于所述桅杆，所述桅杆油缸的两端分别铰接于所述连接体和所述桅杆，所述桅杆油缸包括左桅杆油缸和右桅杆油缸，所述左桅杆油缸和所述右桅杆油缸分别通过左桅杆油缸缩比例阀和右桅杆油缸缩比例阀控制收缩，其特征在于，旋挖钻机倒桅控制方法包括步骤：

获取桅杆油缸缩比例阀的最大限制电流imax；

获得所述桅杆与所述转台的左右倾相对角度δ；

获取当前位置的所述左桅杆油缸和所述右桅杆油缸的速度比例值r；

获取桅杆操作手柄的操作幅度rjs；

根据所述桅杆与所述转台的所述左右倾相对角度δ确定对左桅杆油缸缩比例阀电流i左和右桅杆油缸缩比例阀的电流i右，当δ≤90°时，i左＝rjs*imax，i右＝rjs*imax*r，当δ﹥90°时，i左＝rjs*imax*r，i右＝rjs*imax。

进一步地，所述旋挖钻机倒桅控制方法还包括：对左桅杆油缸缩比例阀和右桅杆油缸缩比例阀分别施加电流i左、i右，从而控制所述左桅杆油缸和所述右桅杆油缸收缩。

进一步地，所述获取桅杆油缸缩比例阀的最大限制电流imax的步骤具体包括：

获得所述桅杆与所述连接体的前后倾相对角度а和所述变幅机构与所述转台的前后倾相对角度β；

根据所述桅杆与所述连接体的所述前后倾相对角度а和所述变幅机构与所述转台的所述前后倾相对角度β，通过函数imax＝f(а,β)获取桅杆油缸缩比例阀的最大限制电流imax；

所述速度比例值r的步骤具体包括：

根据所述桅杆与所述转台的所述左右倾相对角度δ，通过函数r＝f(δ)获取当前位置的所述左桅杆油缸和所述右桅杆油缸的速度比例值r。

进一步地，所述获得所述桅杆与所述连接体的前后倾相对角度а和所述变幅机构与所述转台的前后倾相对角度β的步骤具体包括：

获取所述桅杆的前后倾角a、所述变幅机构的前后倾角b、所述转台的前后倾角c和所述连接体与所述转台的前后倾相对角度θ；

通过公式а＝a-c-θ计算得到所述桅杆与所述连接体的所述前后倾相对角度а，并通过公式β＝b-c计算得到所述变幅机构与所述转台的所述前后倾相对角度β。

进一步地，所述连接体与所述转台的所述前后倾相对角度θ为常数；或者，所述旋挖钻机倒桅控制方法还包括步骤：

获取所述连接体与所述转台的所述前后倾相对角度θ。

进一步地，所述获得所述桅杆与所述转台的左右倾相对角度δ的步骤具体为：

获取所述桅杆的左右倾角d和所述转台的左右倾角e，通过公式δ＝d-e获得所述桅杆与所述转台的所述左右倾相对角度δ。

本发明还提供一种旋挖钻机倒桅控制装置，用于控制旋挖钻机倒桅，所述旋挖钻机包括底盘、转台、连接体、桅杆、变幅机构和桅杆油缸，所述转台可转动地设于所述底盘上，所述变幅机构的两端分别铰接于所述连接体和所述转台，所述连接体还铰接于所述桅杆，所述桅杆油缸的两端分别铰接于所述连接体和所述桅杆，所述桅杆油缸包括左桅杆油缸和右桅杆油缸，所述左桅杆油缸和右桅杆油缸分别通过左桅杆油缸缩比例阀和右桅杆油缸缩比例阀控制收缩，所述旋挖钻机倒桅控制装置包括控制模块、倾角获取模块、左桅杆油缸缩比例阀、右桅杆油缸缩比例阀和桅杆操作手柄，所述倾角获取模块、所述左桅杆油缸缩比例阀、所述右桅杆油缸缩比例阀和所述桅杆操作手柄均连接于所述控制模块；所述倾角获取模块用于获取所述桅杆与所述转台的左右倾相对角度δ，所述控制模块用于获取桅杆油缸缩比例阀的最大限制电流imax、当前位置的所述左桅杆油缸和所述右桅杆油缸的速度比例值r和所述桅杆操作手柄的操作幅度rjs，所述控制模块还用于根据所述最大限制电流imax、所述桅杆与所述转台的所述左右倾相对角度δ、所述速度比例值r和所述操作幅度rjs确定对左桅杆油缸缩比例阀电流i左和右桅杆油缸缩比例阀的电流i右，当δ≤90°时，i左＝rjs*imax，i右＝rjs*imax*r，当δ﹥90°时，i左＝rjs*imax*r，i右＝rjs*imax，所述左桅杆油缸缩比例阀用于根据所述i左控制所述左桅杆油缸的收缩，所述右桅杆油缸缩比例阀用于根据所述i右控制所述右桅杆油缸的收缩。

进一步地，所述倾角获取模块用于获取所述桅杆与所述连接体的前后倾相对角度а、所述变幅机构与所述转台的前后倾相对角度β和桅杆与所述转台的左右倾相对角度δ，所述控制模块还用于根据函数imax＝f(а,β)获取左桅杆油缸缩比例阀和右桅杆油缸缩比例阀的最大限制电流imax，通过函数r＝f(δ)获取当前位置的所述左桅杆油缸和所述右桅杆油缸的速度比例值r。

进一步地，所述倾角获取模块包括桅杆倾角传感器、变幅倾角传感器和转台倾角传感器，所述桅杆倾角传感器、所述变幅倾角传感器和所述转台倾角传感器均连接于所述控制模块，所述桅杆倾角传感器用于检测所述桅杆的前后倾角a，所述变幅倾角传感器用于检测所述变幅机构的前后倾角b，所述转台倾角传感器用于检测所述转台的前后倾角c；倾角获取模块通过公式а＝a-c-θ计算得到所述桅杆与所述连接体的所述前后倾相对角度а，并通过公式β＝b-c计算得到所述变幅机构与所述转台的所述前后倾相对角度β，其中，θ是所述连接体与所述转台的前后倾相对角度；

其中，所述连接体与所述转台的所述前后倾相对角度θ为常数；或者，

所述倾角获取模块还包括连接体倾角传感器以检测连接体的前后倾角f，所述倾角获取模块还用于通过公式θ＝f-b-c获得所述连接体相对所述转台的角度θ。

进一步地，所述桅杆倾角传感器还用于检测所述桅杆的左右倾角d，所述转台倾角传感器还用于检测所述转台的左右倾角e，所述倾角获取模块还通过公式δ＝d-e获得所述桅杆与所述转台的所述左右倾相对角度δ。

本发明提供的旋挖钻机倒桅控制方法和控制装置通过限制左、右桅杆油缸缩比例阀的开度，避免各部件之间的相互碰撞、挤压，不仅安全，而且操作简单，降低了对机手操作经验和注意力的依赖。

附图说明

图1为一种旋挖钻机的侧视结构示意图。

图2为图1所示旋挖钻机的主视结构示意图。

图3为本发明一实施例的旋挖钻机倒桅控制方法的流程图。

图4为图3中旋挖钻机倒桅控制方法的部分步骤具体流程图。

图5为图3中旋挖钻机倒桅控制方法所检测前后倾角度示意图。

图6为一种旋挖钻机的桅杆油缸缩比例阀的最大限制电流imax与桅杆与连接体的前后倾相对角度а和变幅机构与转台的前后倾相对角度β的关系图。

图7为图3中旋挖钻机倒桅控制方法所检测左右倾角度示意图。

图8为一种旋挖钻机的左桅杆油缸和右桅杆油缸的速度比例值r与桅杆与转台的左右倾相对角度δ的关系图。

图9为本发明一实施例的旋挖钻机倒桅控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明一实施例中提供的旋挖钻机倒桅控制方法，用于控制旋挖钻机倒桅，如图1和图2所示，旋挖钻机包括底盘10、转台11、连接体12、桅杆16、变幅机构18和桅杆油缸19，转台11可转动地设于底盘10上，变幅机构18的两端分别铰接于连接体12和转台11，连接体11还铰接于桅杆16，桅杆油缸19的两端分别铰接于连接体12和桅杆16。控制桅杆油缸19收缩时，桅杆16向后倒下，实现倒桅，控制桅杆油缸19伸出时，桅杆16向前立起，实现立桅。本实施例中，桅杆油缸19为两个，分别为左桅杆油缸191和右桅杆油缸192。左桅杆油缸191和右桅杆油缸192分别通过左桅杆油缸缩比例阀和右桅杆油缸缩比例阀控制收缩。

如图3所示，该旋挖钻机倒桅控制方法包括以下步骤：

s11，获得桅杆16与连接体12的前后倾相对角度а和变幅机构18与转台的前后倾相对角度β。

具体地，如图4所示，步骤s11可包括步骤：

s111，如图5所示，获取桅杆16的前后倾角a、变幅机构18的前后倾角b、转台11的前后倾角c和连接体12与转台11的前后倾相对角度θ。其中，对于变幅机构采用平行四边形结构的旋挖钻机来说，每一个确定的机型中，θ是一个确定的定值，为已知值，当然，如果变幅机构采用其他结构，也可设置相应的倾角传感器来测量连接体12与转台11的前后倾相对角度θ。桅杆16的前后倾角a、变幅机构18的前后倾角b、转台11的前后倾角c分别指获取桅杆16、变幅机构18和转台11相对水平面的夹角，并且，各角度均有正负值，可假定各部件相对水平面逆时针偏转角度为正，则顺时针偏转为负，也可反置定义，但参考水平面应当在偏转轴的同一侧。

s113，通过公式а＝a-c-θ计算得到桅杆16与连接体12的前后倾相对角度а，并通过公式β＝b-c计算得到变幅机构18与转台的前后倾相对角度β。可以理解，也可用其他方式获得桅杆16与连接体12的前后倾相对角度а和变幅机构18与转台的前后倾相对角度β，例如可利用角度传感器直接测量桅杆16与连接体12的前后倾相对角度а和变幅机构18与转台的前后倾相对角度β之间的前后倾斜角度。

s13，根据桅杆16与连接体12的前后倾相对角度а和变幅机构18与转台的前后倾相对角度β，通过函数imax＝f(а,β)获取桅杆油缸缩比例阀的最大限制电流imax。对于每个机型来说，imax与а、β的关系是确定的(即公式imax＝f(а,β)是确定的)，如图6所示，为某一机型的imax与а、β的关系图。在图6中，在β角度为定值时，imax与а的关系是一条曲线。这条曲线上存在一个比例阀动作响应点a，当比例阀控制电流小于a值时，桅杆油缸19停止动作，这条曲线上还会存在1个或多个折点(数量由各个机型的结构限制关系决定)，比如b、c...,由这些折点可以将曲线拆分成若干条直线。因此，当β从最小值变化到最大值时，所有的imax与α的曲线连续构成图中斜线所示的一个区域，因此可以通过实时的а、β值获取到对应的imax值。可以理解，也可通过其他方式获取桅杆油缸缩比例阀的最大限制电流imax，例如可通过实验的方式，确定桅杆油缸缩比例阀的最大限制电流imax。

s15，获得桅杆16与转台11的左右倾相对角度δ。

具体地，步骤s15包括：如图7所示，获取桅杆16的左右倾角d和转台11的左右倾角e，通过公式δ＝d-e获得桅杆16与转台11的左右倾相对角度δ。同理，与桅杆16的前后倾角a、变幅机构18的前后倾角b、转台11的前后倾角c类似，d、e同样有正负值。可以理解，也可用其他方式获得桅杆16与转台11的左右倾相对角度δ，例如可利用角度传感器直接测量桅杆16与转台11之间的左右倾斜角度。

s17，根据桅杆16与转台11的左右倾相对角度δ，通过函数r＝f(δ)获取当前位置的左桅杆油缸191和右桅杆油缸192的速度比例值r。对于每个机型来说，r与δ的关系是确定的(即公式r＝f(δ)是确定的)，如图8所示，为某一机型的r与δ的关系图。图8中，δ数值以90°为界限，小于90°时，桅杆相对转台右倾，此时以左桅杆油缸缩比例阀电流为比例分母；大于90°时，桅杆相对转台左倾，此时以右桅杆油缸缩比例阀电流为比例分母，左右倾的极限值由各机型的结构关系确定，因此可以通过实时的δ值获取到对应的r值。

s19，获取桅杆操作手柄的操作幅度rjs。对于桅杆操作手柄来说，未操作时rjs＝0，满幅倒桅操作时，rjs＝100％，桅杆操作手柄的运动幅度与操作幅度rjs成线性比例关系。

s21，根据桅杆16与转台11的左右倾相对角度δ确定对左桅杆油缸缩比例阀电流i左和右桅杆油缸缩比例阀的电流i右，当δ≤90°时(即桅杆16相对转台11左倾时)，i左＝rjs*imax，i右＝rjs*imax*r，当δ﹥90°时(即桅杆16相对转台11右倾时)，i左＝rjs*imax*r，i右＝rjs*imax。

s23，对左桅杆油缸缩比例阀和右桅杆油缸缩比例阀分别施加电流i左、i右，从而控制左桅杆油缸191和右桅杆油缸192收缩，实现倒桅。

可以理解，上述步骤s11、s13、s15、s17、s19之间并没有先后顺序的限制。

本发明还提供一种旋挖钻机倒桅控制装置，用于控制上述旋挖钻机。如图9所示，该旋挖钻机倒桅控制装置包括控制模块21、倾角获取模块22、左桅杆油缸缩比例阀29、右桅杆油缸缩比例阀30和桅杆操作手柄32。倾角获取模块22、左桅杆油缸缩比例阀29、右桅杆油缸缩比例阀30和桅杆操作手柄32均连接于控制模块21。倾角获取模块22用于获取桅杆16与连接体12的前后倾相对角度а、变幅机构18与转台的前后倾相对角度β和桅杆16与转台11的左右倾相对角度δ，左桅杆油缸缩比例阀29用于控制左桅杆油缸191的收缩，右桅杆油缸缩比例阀30用于控制右桅杆油缸192的收缩，控制模块21用于获取桅杆操作手柄32的操作幅度rjs。控制模块21还用于根据函数imax＝f(а,β)获取桅杆油缸缩比例阀的最大限制电流imax，通过函数r＝f(δ)获取当前位置的左桅杆油缸191和右桅杆油缸192的速度比例值r，并根据桅杆16与转台11的左右倾相对角度δ确定对左桅杆油缸缩比例阀电流i左和右桅杆油缸缩比例阀的电流i右，当δ≤90°时(即桅杆16相对转台11左倾时)，i左＝rjs*imax，i右＝rjs*imax*r，当δ﹥90°时(即桅杆16相对转台11右倾时)，i左＝rjs*imax*r，i右＝rjs*imax。

对于每个机型来说，imax与а、β的关系是确定的(即公式imax＝f(а,β)是确定的)，如图6所示，为某一机型的imax与а、β的关系图。在图6中，在β角度为定值时，imax与а的关系是一条曲线。这条曲线上存在一个比例阀动作响应点a，当比例阀控制电流小于a值时，桅杆油缸19停止动作，这条曲线上还会存在1个或多个折点(数量由各个机型的结构限制关系决定)，比如b、c...,由这些折点可以将曲线拆分成若干条直线。因此，当β从最小值变化到最大值时，所有的imax与α的曲线连续构成图中斜线所示的一个区域，因此可以通过实时的а、β值获取到对应的imax值。对于每个机型来说，r与δ的关系是确定的(即公式r＝f(δ)是确定的)，如图8所示，为某一机型的r与δ的关系图。图8中，δ数值以90°为界限，小于90°时，桅杆相对转台右倾，此时以左桅杆油缸缩比例阀电流为比例分母；大于90°时，桅杆相对转台左倾，此时以右桅杆油缸缩比例阀电流为比例分母，左右倾的极限值由各机型的结构关系确定，因此可以通过实时的δ值获取到对应的r值。对于桅杆操作手柄来说，未操作时rjs＝0，满幅倒桅操作时，rjs＝100％，桅杆操作手柄的运动幅度与操作幅度rjs成线性比例关系。

本实施例中，倾角获取模块22包括桅杆倾角传感器23、变幅倾角传感器25和转台倾角传感器27。桅杆倾角传感器23、变幅倾角传感器25和转台倾角传感器27均连接于控制模块21。桅杆倾角传感器23用于检测桅杆16的桅杆16的前后倾角a和桅杆16的左右倾角d，变幅倾角传感器25用于检测变幅机构18的前后倾角b，转台倾角传感器27用于检测转台11的前后倾角c和转台11的左右倾角e。倾角获取模块22通过公式а＝a-c-θ计算得到桅杆16与连接体12的前后倾相对角度а，通过公式β＝b-c计算得到变幅机构18与转台的前后倾相对角度β，并通过公式δ＝d-e获得桅杆16与转台11的左右倾相对角度δ。具体地，桅杆倾角传感器23和转台倾角传感器27均为双轴倾角传感器，可同时检测前后方向和左右方向与水平面之间的夹角，变幅倾角传感器25为单轴传感器，可检测前后方向与水平面之间的夹角，当然，桅杆倾角传感器23和转台倾角传感器27也可分别为两个分别检测前后方向与水平面之间的夹角和左右方向与水平面之间的夹角的两个倾角传感器。当然，也可由控制模块21来计算桅杆16与连接体12的前后倾相对角度а、变幅机构18与转台的前后倾相对角度β和桅杆16与转台11的左右倾相对角度δ。其中，θ是连接体12与转台11的前后倾相对角度，对于变幅机构采用平行四边形结构的旋挖钻机来说，每一个确定的机型中，θ是一个确定的定值，为已知值，当然，如果变幅机构采用其他结构，也可设置相应的倾角传感器来测量连接体12相对转台11的角度θ，例如，在连接体12上设置连接体倾角传感器以检测连接体12的前后倾角f，通过公式θ＝f-b-c获得连接体12相对转台11的角度θ。

本实施例中，控制模块21还用于控制对左桅杆油缸缩比例阀和右桅杆油缸缩比例阀分别施加电流i左、i右，从而控制左桅杆油缸191和右桅杆油缸192收缩，实现倒桅。

本旋挖钻机倒桅控制方法和控制装置通过限制左、右桅杆油缸缩比例阀的开度，避免各部件之间的相互碰撞、挤压，不仅安全，而且操作简单，降低了对机手操作经验和注意力的依赖。

在本文中，“前后”和“左右”是指以站在桅杆前面的位置为基准所指示的方位。

在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”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，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。

在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。