专利名称：旋挖钻机及其动力头减震系统和减震方法
技术领域：
本发明属于工程机械安全控制技术领域，且特别是关于一种旋挖钻机动力头减震系统。
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。旋挖钻机在结构上通常包括机体、桅杆、动力头、钻杆以及钻头。其中，机体上可以设置发动机系统、卷扬装置、液压系统、控制装置以及行走装置等。动力头设于桅杆上，并通过加压油缸或加压卷扬钢丝绳与机体相连。钻杆通过键套与动力头连接，以在动力头的驱动下转动。钻头安装在钻杆底部并可在钻杆的带动下进行钻孔作业。旋挖钻机的工作原理是由全液压动力头产生扭矩，由安装在桅杆上的油缸提供钻压力，并通过伸缩式钻杆传递至钻头，钻下的钻渣充入钻头，由卷扬提拔出孔外。因此，旋挖钻机作业时，钻杆反复通过卷扬装置吊起和下放。在下放钻杆时，因速度较快，钻杆下放到动力头的位置时往往重力比较大，对动力头造成较大的冲击。动力头是旋挖钻机的关键部件，其性能好坏直接影响旋挖钻机的性能的发挥。因此有必要设置动力头减震装置以减少钻杆下放时对动力头的冲击。目前动力头减震装置通常采用机械弹簧，但这些机械弹簧并不能有效缓冲高速下冲的钻杆。
发明内容
本发明提供一种可以有效缓冲钻杆对动力头的冲击的旋挖钻机动力头减震系统。另外，有必要提供一种具有上述动力头减震系统的旋挖钻机。另外，还有必要提供一种旋挖钻机动力头减震方法。为达上述优点，本发明提供一种旋挖钻机动力头减震系统，所述旋挖钻机包括钻杆、动力头和液压泵，所述动力头减震系统包括升降传感器、位移传感装置、测力传感器和控制器；所述升降传感器检测所述钻杆是否处于下放阶段；所述动力头上方设有一个预设点，所述位移传感装置检测所述钻杆是否到达预设点；所述测力传感器检测钻杆是否已经压在所述动力头上；所述位移传感装置、所述升降传感器、所述测力传感器分别与所述控制器连接并传递各自检测到的信息给所述控制器；当所述钻杆处于下放阶段并到达所述预设点，所述控制器控制液压泵降低排量来减低所述钻杆的下降速度，当所述钻杆压在所述动力头上，所述控制器控制液压泵恢复排量来恢复所述钻杆的速度。在本发明的一实施例中，所述动力头具有一个上表面，所述预设点设在离所述动力头的上表面上方。在本发明的一实施例中，所述升降传感器设在液压泵上，通过感测液压泵的压力变化来判断钻杆是处于吊起阶段还是下放阶段。在本发明的一实施例中，所述旋挖钻机还包括卷扬装置，所述升降传感器为设置在卷扬装置的卷筒上的编码器，通过检测缆线的位置关系来判断所述钻杆是处于下放阶段还是吊起阶段。在本发明的一实施例中，所述测力传感器设置在动力头上，用于感测动力头载重变化。在本发明的一实施例中，还包括与所述控制器连接的电比例减压阀，所述控制器控制所述电比例减压阀来调节电流的大小从而控制所述液压泵的排量。本发明还提供一种旋挖钻机，所述旋挖钻机包括钻杆、动力头、液压泵和上述的旋挖钻机动力头减震系统。本发明还提供一种旋挖钻机动力头减震方法，所述旋挖钻机包括钻杆、动力头和液压泵，所述旋挖钻机还包括升降传感器、位移传感装置、测力传感器及控制器，所述方法包括如下步骤
利用所述升降传感器判断所述钻杆是否处于下放状态，当所述钻杆不处于下放状态时，由所述控制器控制所述液压泵维持排量，否则执行下一步骤；
利用所述位移传感装置判断所述钻杆的底部是否到达位于所述动力头上方的预设点， 如果所述钻杆的底部没有到达所述预设点，维持液压泵的排量，否则执行下一步骤； 利用所述控制器控制液压泵降低排量，并执行下一步骤；
利用所述测力传感器感测动力头的载重是否增加，当动力头的载重增加时，由所述控制器控制液压泵恢复排量。在本发明的一实施例中，所述升降传感器设在液压泵上，通过感测液压泵的压力变化来判断钻杆是处于吊起阶段还是下放阶段。在本发明的一实施例中，所述旋挖钻机还包括卷扬装置，所述升降传感器为设置在卷扬装置的卷筒上的编码器，通过检测缆线的位置关系来判断所述钻杆是处于下放阶段还是吊起阶段。在本发明的一实施例中，所述测力传感器设置在动力头上，用于感测动力头载重变化。相较现有技术，本发明的旋挖钻机及其动力头减震系统和减震方法通过控制液压泵排量的大小控制钻杆下放的速度，从而达到钻杆下放到动力头上的力量被缓冲掉，起到减震的效果。为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例， 并配合所附图式，作详细说明如下。
图1是本发明较佳实施例的旋挖钻机的部分示意图。图2是本发明较佳实施例的旋挖钻机动力头减震系统的结构框图。图3是本发明较佳实施例的旋挖钻机动力头减震方法流程图。
具体实施例方式请参照图1，本发明较佳实施例的旋挖钻机100包括机体10、桅杆20、动力头30、 钻杆40、钻头50以及动力头减震系统60。机体10上设有发动机70、卷扬装置80、液压系统(图未标)和控制器68 (请参照图幻。卷扬装置80包括缆线82，缆线82与钻杆40连接，用于吊起和下放钻杆40。液压系统包括液压泵90和油缸(图未示)。液压泵90的排量与缆线82的运动速度成正比，也就是说液压泵90的排量与钻杆40下放的速度成正比。桅杆20设置在机体10的前端，桅杆20上装设若干定向轮22，用于给缆线82导向。动力头30 安装在桅杆20上，通过油缸与机体10相连。钻杆40通过键套与动力头30连接，以在动力头30的驱动下转动。钻头50安装在钻杆40底部并可在钻杆40的带动下进行钻孔作业。请参照图2，动力头减震系统60包括位移传感装置62、升降传感器64、测力传感器 66和控制器68。位移传感装置62、升降传感器64、测力传感器66分别与控制器68连接， 并将信号传递给控制器68。动力头30具有一个上表面32，位于该上表面32上方例如大约二米处设置一预设点。位移传感装置62例如可以设置在桅杆20上，当钻杆40的底部到达预设点时，位移传感装置62将感测到的信号传递到控制器68。优选地，位移传感装置62包括一常闭开关(图未示)，当钻杆40的底部到达预设点时，常闭开关开启，控制器68接收到常闭开关开启信号时即可判断钻杆40的底部到达预设点。位移传感装置62可以是设在预设点上的红外传感器，也可以由设在钻杆40底部的发射器和设在预设点的接收器组成。升降传感器64设置在机体10上，用于检测缆线82是吊起钻杆40还是下放钻杆 40。在本实施例中，升降传感器64是设在液压泵90上的升降传感器，通过感测液压泵90 的压力变化来判断钻杆40是处于吊起阶段还是下放阶段。升降传感器64也可以以其它形式存在，例如可以为设置在卷扬装置80卷筒上的编码器，通过检测缆线82的位置关系来判断所述钻杆40是处于下放阶段还是吊起阶段。优选地，升降传感器64包括一压力开关，当钻杆40处于下放阶段时，压力开关开启，当钻杆40处于吊起状态时，压力开关关闭，控制器 68接收到压力开关开启的信号则判断钻杆40处于下放阶段。测力传感器66设置在动力头30上，用于感测动力头30载重变化。当钻杆40压在动力头30上时，测力传感器66感测出动力头30的载重增加，并将此信号传递给控制器 68。控制器68与液压泵90信号连接，并根据位移传感装置62、升降传感器64、测力传感器66传递的信息控制液压泵90的排量，从而控制钻杆40吊起和下放的速度。优选地， 液压泵90上设有电比例减压阀(图未示)，电比例减压阀与控制器68连接，从而控制器68 可以通过调节电比例减压阀，控制电流的大小来调节液压泵90的排量。优选地，控制器68 为可编程控制器(PLC)。请参照图3，本发明应用上述动力头减震系统的减震方法如下
首先判断钻杆40是否处于下放状态，当钻杆40并非处于下放状态时，控制器68控制液压泵90维持排量，否则执行下一步骤；
判断钻杆40的底部是否到达预设点，如果钻杆40的底部没有到达预设点，控制器68 控制液压泵90维持排量，否则执行下一步骤；
通过控制器68降低液压泵90排量，之后执行下一步骤；
采用测力传感器66感测动力头30的载重变化，当动力头30的载重增加时，表明表示钻杆40已经压在动力头30上，控制器68控制液压泵90恢复排量。
在上述方法中，钻杆40处于吊起状态时，液压泵90的排量维持不变；当钻杆40下放到预设点时，位移传感装置62将信号传递给控制器68，将液压泵90的排量调小，从而钻杆40的下放速度减小，起到缓冲的作用；当钻杆40到达动力头30的位置时，测力传感器66 将检测到动力头30的载重增加，表示钻杆40已经压在动力头30上，控制器68控制液压泵 90的排量调到原来的大小，从而恢复钻杆40原来的速度。本发明位移传感装置62、升降传感器64、测力传感器66采集信号并将信号传递给控制器68，通过控制液压泵90排量的大小控制钻杆40下放的速度，从而达到钻杆40下放到动力头30上的力量被缓冲掉，起到减震的效果，从而保护动力头30。以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种旋挖钻机动力头减震系统，所述旋挖钻机包括钻杆、动力头和液压泵，其特征在于所述动力头减震系统包括升降传感器、位移传感装置、测力传感器和控制器；所述升降传感器检测所述钻杆是否处于下放阶段；所述动力头上方设有一个预设点，所述位移传感装置检测所述钻杆是否到达预设点；所述测力传感器检测钻杆是否已经压在所述动力头上；所述位移传感装置、所述升降传感器、所述测力传感器分别与所述控制器连接并传递各自检测到的信息给所述控制器；当所述钻杆处于下放阶段并到达所述预设点，所述控制器控制液压泵降低排量来减低所述钻杆的下降速度，当所述钻杆压在所述动力头上，所述控制器控制液压泵恢复排量来恢复所述钻杆的速度。
2.如权利要求1所述的旋挖钻机动力头减震系统，其特征在于所述动力头具有一个上表面，所述预设点设在离所述动力头的上表面上方。
3.如权利要求1所述的旋挖钻机动力头减震系统，其特征在于所述升降传感器设在液压泵上，通过感测液压泵的压力变化来判断钻杆是处于吊起阶段还是下放阶段。
4.如权利要求1所述的旋挖钻机动力头减震系统，其特征在于所述旋挖钻机还包括卷扬装置，所述升降传感器为设置在卷扬装置的卷筒上的编码器，通过检测缆线的位置关系来判断所述钻杆是处于下放阶段还是吊起阶段。
5.如权利要求1所述的旋挖钻机动力头减震系统，其特征在于所述测力传感器设置在动力头上，用于感测动力头载重变化。
6.如权利要求1所述的旋挖钻机动力头减震系统，其特征在于还包括与所述控制器连接的电比例减压阀，所述控制器控制所述电比例减压阀来调节电流的大小从而控制所述液压泵的排量。
7.一种旋挖钻机，包括钻杆、动力头和液压泵，其特征在于还包括如权利要求1至6 任一项所述的旋挖钻机动力头减震系统。
8.一种旋挖钻机动力头减震方法，所述旋挖钻机包括钻杆、动力头和液压泵，其特征在于所述旋挖钻机还包括升降传感器、位移传感装置、测力传感器及控制器，所述方法包括如下步骤利用所述升降传感器判断所述钻杆是否处于下放状态，当所述钻杆不处于下放状态时，由所述控制器控制所述液压泵维持排量，否则执行下一步骤；利用所述位移传感装置判断所述钻杆的底部是否到达位于所述动力头上方的预设点， 如果所述钻杆的底部没有到达所述预设点，维持液压泵的排量，否则执行下一步骤；利用所述控制器控制液压泵降低排量，并执行下一步骤；利用所述测力传感器感测动力头的载重是否增加，当动力头的载重增加时，由所述控制器控制液压泵恢复排量。
9.如权利要求8所述的旋挖钻机动力头减震方法，其特征在于所述升降传感器设在液压泵上，通过感测液压泵的压力变化来判断钻杆是处于吊起阶段还是下放阶段。
10.如权利要求8所述的旋挖钻机动力头减震方法，其特征在于所述旋挖钻机还包括卷扬装置，所述升降传感器为设置在卷扬装置的卷筒上的编码器，通过检测缆线的位置关系来判断所述钻杆是处于下放阶段还是吊起阶段。
11.如权利要求8所述的旋挖钻机动力头减震方法，其特征在于所述测力传感器设置在动力头上，用于感测动力头载重变化。
全文摘要
一种旋挖钻机及其动力头减震系统和减震方法，所述旋挖钻机包括钻杆、动力头和液压泵，所述动力头减震系统包括升降传感器、位移传感装置、测力传感器和控制器；所述升降传感器检测所述钻杆是否处于下放阶段；所述动力头上方设有一个预设点，所述位移传感装置检测所述钻杆是否到达预设点；所述测力传感器检测钻杆是否已经压在所述动力头上；所述位移传感装置、所述升降传感器、所述测力传感器分别与所述控制器连接并传递各自检测到的信息给所述控制器；当所述钻杆处于下放阶段并到达所述预设点，所述控制器控制液压泵降低排量来减低所述钻杆的下降速度，当所述钻杆压在所述动力头上，所述控制器控制液压泵恢复排量来恢复所述钻杆的速度。
文档编号E21B3/02GK102434091SQ20111038560
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者何杰, 张国栋, 曹景源, 李明 申请人:上海中联重科桩工机械有限公司, 中联重科股份有限公司