旋挖钻机加压控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种旋挖钻机加压控制系统，包括左桅杆油缸(11)、右桅杆油缸(16)以及加压油缸(20)，还包括：检测装置，用于检测左桅杆油缸(11)和右桅杆油缸(16)的无杆腔的压力值；控制器，对左桅杆油缸(11)的无杆腔的压力值和右桅杆油缸(16)的无杆腔的压力值进行处理，获得左桅杆油缸(11)和右桅杆油缸(16)的无杆腔的压差值，并根据预设的压差值和加压油缸(20)无杆腔的压力之间的关系，控制加压油缸(20)的无杆腔的压力。本实用新型可以自动调节加压油缸对动力头的施加压力和加压速度，降低因钻头的冲击载荷和偏载荷而导致的钻杆、桅杆等的偏载，降低振动频率，避免了因人为判断失误或操作延时等因素，导致工作机构损坏与因损坏零件高空坠落导致人身、设备安全事故的发生。
【专利说明】旋挖钻机加压控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工程机械【技术领域】，尤其涉及旋挖钻机加压控制系统。
【背景技术】
[0002]旋挖钻机是目前使用较为广泛的桩基础设备，请参阅图1，其工作过程为，钻头4随钻杆I下降达到桩孔2底部作业位置，液压马达驱动钻杆I旋转，钻杆I通过连接方头与钻头4连接，钻杆I带动钻头4的钻齿5切削和钻进作业。在钻进工况中，加压油缸给动力头施加一定大小的向下的压力，加压油缸的活塞杆伸出带动动力头、钻杆、钻头向下移动。
[0003]钻头4的钻齿5在切削和钻进过程中遇有如下两种情况:一、部分切削面A是土层，另一部分切削面B是岩石；二、部分切削面A是空芯，另一部空切削面B是岩石时，请参阅图2，因钻齿5是沿钻头横截面圆心对称分布，在不同地质(硬土、岩石)的切削面切削时，钻齿5在水平、垂直方向的分力FbpFb2与Fa1Aa2大小不等，钻头4会产生严重偏载。偏载的大小与以下因素有关:一、两种地质层的硬度、强度相差越大，钻头4所受的偏载荷就越大；二、加压油缸的加压力越大，钻头4所受的偏载荷就越大；三、钻头4的旋转速度越快，钻头4所受的偏载荷就越大。钻头4偏载会产生振动，钻斗3、钻杆1、动力头和随动架也会承受相应的偏载载荷和相应的振动，对相应的结构件造成破坏。偏载荷越大，产生的振动频率越高，结构件所受冲击载荷就越大，严重时能导致钻斗3与钻杆I连接的方头开焊、甚至断裂，导致钻头被“埋”或从高空掉落，同时，导致桅杆导轨开焊、变形、随动架U型槽开裂、变形等，主工作机构无法正常工作。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种防止钻头偏载而损坏结构件的加压控制系统。
[0005]本实用新型提供一种旋挖钻机加压控制系统，包括左桅杆油缸、右桅杆油缸以及加压油缸，还包括:检测装置，用于检测左桅杆油缸和右桅杆油缸的无杆腔压力值；控制器，对左桅杆油缸无杆腔压力值和右桅杆油缸无杆腔压力值进行处理，获得左桅杆油缸和右桅杆油缸的无杆腔的压差值，并根据预设的压差值和加压油缸无杆腔的压力之间的关系，控制加压油缸无杆腔的压力。
[0006]优选地，所述检测装置包括分别与所述左桅杆油缸和右桅杆油缸的无杆腔连接的第一压力传感器及第二压力传感器。
[0007]优选地，所述第一压力传感器和第二压力传感器上均设置有报警器；所述压差值达到设定值时，所述报警器报警。
[0008]优选地，所述系统还包括与所述加压油缸的无杆腔连接且对该无杆腔的压力进行调节的第一调节阀，所述第一调节阀包括一与所述控制器连接的控制端，所述控制器通过所述第一调节阀控制加压油缸的无杆腔的压力。
[0009]优选地，所述第一调节阀为电比例溢流阀，所述电比例溢流阀包括与所述加压油缸无杆腔的连通的进油口、与油箱连通的出油口以及与所述控制器电连接的控制端。
[0010]优选地，所述系统还包括动力头马达、为动力头马达供油的变量泵、与所述变量泵连接且对该变量泵的排量进行调节的第二调节阀。
[0011]优选地，所述第二调节阀为与所述变量泵连接的电比例减压阀，所述变量泵包括对其排量进行调节的调节油路，所述电比例减压阀包括与所述变量泵的出油口连接的进油口、与所述调节油路连接的出油口以及与所述控制器连接的控制端。
[0012]优选地，所述变量泵包括伺服油缸以及内置换向阀，所述调节油路包括与所述变量泵的出油口连通的节点A、与所述电比例减压阀连接的节点B、以及与所述伺服油缸的无杆腔连通的节点C，所述内置换向阀包括两液控端、进油口及回油口，所述内置换向阀的进油口及其中之一液控端与所述节点A连接，其中另一液控端与所述节点B连接，其回油口与油箱连通。 [0013]本实用新型提供的旋挖钻机加压控制系统可以自动调节加压油缸对动力头的施加压力和加压速度，降低因钻头的冲击载荷和偏载荷而导致的钻杆、桅杆等的偏载，降低振动频率，避免了因人为判断失误或操作延时等因素，导致工作机构损坏与因损坏零件高空坠落导致人身、设备安全事故的发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为现有技术的钻头施工作业示意图；
[0015]图2为图1中的钻齿受力示意图；
[0016]图3为旋挖钻机结构示意图；
[0017]图4为图3的左视图；
[0018]图5为本实用新型的旋挖钻机加压系统示意图。
[0019]符号说明
[0020]10、桅杆 11、左桅杆油缸12、第一压力传感器 13、第二平衡阀
[0021]14、连接转盘 16、右桅杆油缸17、第二压力传感器 18、第三平衡阀
[0022]20、加压油缸 22、第一平衡阀24、电比例溢流阀25、换向阀
[0023]26、液压泵 30、随动架40、动力头42、动力头马达
[0024]43、选择阀 44、变量泵440、伺服油缸442、内置换向阀
[0025]446、调节油路 46、电比例减压阀50、钻杆60、钻头
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0027]在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”是针对旋挖钻机正常工作状态下各部件之间的相互位置关系描述用词。
[0028]一般地，旋挖钻机包括桅杆10、左桅杆油缸11、右桅杆油缸16、钻杆50、控制钻杆50上升或下降的主卷扬(图未示)、与钻杆50连接的随动架30和动力头40、给动力头40加压的加压油缸20、以及钻头60等部件。旋挖钻工作过程请参见【背景技术】中描述的旋挖钻的工作过程，在此不再赘述。[0029]请参阅图3和图4，桅杆10可绕连接转盘14在一定范围内作前、后、左、右四个方向转动，连接转盘14在一定范围内只能传递力，而不能传递力矩(扭矩或转矩)。左桅杆油缸
11、右桅杆油缸16的活塞杆的一端与桅杆10连接，另一端与变幅机构总成连接。当桅杆10不发生偏转时，左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压力相同，两者之间的压差值为零。由于连接转盘14不能传递力矩，当桅杆10前、后扭转或左、右偏转时，就会导致右桅杆油缸16和左桅杆油缸11中的其中一油缸活塞杆受拉,而另一油缸活塞杆受压；活塞杆受拉的油缸的无杆腔压力降低，活塞杆受压的油缸的无杆腔压力升高，最终导致右桅杆油缸16和左桅杆油缸11的无杆腔产生新的压差值。
[0030]本实用新型实施例公开一种旋挖钻机加压控制系统，该系统包括左桅杆油缸11、右桅杆油缸16以及加压油缸20，还包括:检测装置，用于检测左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压力值；控制器，用于对左桅杆油缸11的无杆腔的压力值和右桅杆油缸16的无杆腔的压力值进行处理，获得左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压差值，并根据预设的压差值和加压油缸20无杆腔的压力之间的关系，控制加压油缸20无杆腔的压力。本实用新型通过检测装置自动检测左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压力值，控制器将获取的压力值自动进行处理得到相应的压差值，并根据该压差值自动控制加压油缸20无杆腔的压力，使得加压油缸20对动力头40的加压过程自动控制，可靠性高，自动化程度高，大大降低了设备操作人员的劳动强度。
[0031]需要说明的是，所述压差值指的是左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压力之差的绝对值。所述压差值和加压油缸20的无杆腔的压力之间的关系为:所述压差值变大，则加压油缸20的无杆腔的压力相应地变小，所述压差值变小，则加压油缸20的无杆腔的压力相应地变大。
[0032]所述检测装置用于检测左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压力值，因此，所述检测装置只要具有检测压力并将检测的压力值发送至控制器的功能即可，例如，可以是但不限于本实施例中的压力传感器。具体地，所述检测装置包括第一压力传感器12和第二压力传感器17，所述第一压力传感器12与所述左桅杆油缸11的无杆腔连接，用于实时检测该无杆腔的压力值；所述第二压力传感器17与所述右桅杆油缸16的无杆腔连接，用于实时检测该无杆腔的压力值。所述第一压力传感器12和第二压力传感器17将检测的压力值发送至控制器，本实施例中，第一压力传感器12和第二压力传感器17上还设置有报警器，当所述压差值达到设定值时，报警器报警，提示操作人员。
[0033]为了实现对所述加压油缸20的无杆腔的压力控制，所述加压控制系统还包括与所述加压油缸20的无杆腔连接且对该无杆腔的压力进行控制的第一调节阀，所述第一调节阀包括一与所述控制器连接的控制端、与油箱连接的回油端、与所述加压油缸20无杆腔的进油管路连通的进油端。所述控制器根据预设的压差值和加压油缸20无杆腔的压力之间的关系，发送控制信号至所述第一调节阀的控制端，所述第一调节阀根据该控制信号控制加压油缸20无杆腔的进油管路的压力。当所述压差值较大时，增加加压油缸20的无杆腔的进油管路上的液压油通过该第一调节阀进入油箱的流量，使得加压油缸20的无杆腔的压力减小，同理，当所述压差值较小时，减小加压油缸20的无杆腔的进油管路上的液压油通过该第一调节阀进入油箱的流量，使得加压油缸20的无杆腔的压力增加。
[0034]可以理解的是，该第一调节阀可以是具有上述功能的任意形式的阀，例如，可以是集成阀、溢流阀，本实施例中，所述第一调节阀为电比例溢流阀24，所述电比例溢流阀24的进油口与所述加压油缸20的无杆腔的进油管路连接，所述电比例溢流阀24的控制端与所述控制器电连接，该控制端即为第一调节阀的控制端，所述电比例溢流阀24的出油口与油箱连接。所述控制器根据预设的压差值和加压油缸20无杆腔的压力之间的关系，将所述压差值信号转换成电信号发送至所述电比例溢流阀24的控制端，所述电比例溢流阀24的阀芯开度与其控制端的电流成比例，当所述压差值较大时，阀芯开度大，相应的加压油缸20的无杆腔的进油管路上的液压油通过该电比例溢流阀24溢流至油箱的流量增加，使得加压油缸20的无杆腔的压力减小，导致加压油缸20向动力头40进而向钻头60的加压压力就越小，同时向下加压的速度也越小，偏载产生的振动就越小。同理，当所述压差值较小时，阀芯开度小，相应的加压油缸20的无杆腔的进油管路上的液压油通过该电比例溢流阀24溢流至油箱的流量减小，使得加压油缸20的无杆腔的压力增加，导致加压油缸20向动力头40进而向钻头60的加压压力就越大。
[0035]影响钻头60偏载而产生振动的因素除了加压油缸20的加压压力外，还有动力头40的转动速度。因此，所述加压控制系统还包括动力头马达42、为动力头马达42供油的变量泵44、与所述变量泵44连接且对该变量泵44的排量进行控制的第二调节阀，所述变量泵44包括对其排量进行调节的调节油路446。控制器根据预设的压差值和变量泵44的排量之间的关系，调节所述变量泵44的排量。所述变量泵44的排量发生变化，使得动力头马达42的转速发生变化，动力头40和钻头60的转速也会发生相应变化，使得本实用新型的控制系统可以根据左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压力值变化对动力头40和钻头60的转速自动进行调节，可靠性高，自动化程度高，大大降低了设备操作人员的劳动强度。
[0036]所述压差值与为动力头马达42供油的变量泵44的排量之间的关系为:所述压差值变大，所述变量泵44的排量相应地变小，所述压差值变小，所述变量泵44的排量相应地变大。
[0037]可以理解的是，该第二调节阀可以是具有上述功能的任意形式的阀，例如，可以是集成阀、溢流阀、减压阀，本实施例中，所述第二调节阀优选为电比例减压阀46，电比例减压阀46包括与所述变量泵44的出油口连接的进油口、与所述变量泵44的调节油路446连接的出油口以及与所述控制器连接的控制端，该控制端即为所述第二调节阀的控制端。
[0038]请参阅图5，图5为本实用新型实施例的液压原理图，现结合该液压原理图，对本实用新型的工作过程做详细描述。所述加压控制系统还包括为所述加压油缸20、左桅杆油缸11以及右桅杆油缸16供油的液压泵26，以及分别设置在所述液压泵26与加压油缸20、左桅杆油缸11以及右桅杆油缸16之间的换向阀25，即，所述加压油缸20与液压泵26之间的油路上、左桅杆油缸11与液压泵26之间的油路上以及右桅杆油缸16与液压泵26之间的油路上均设置有换向阀25，所述换向阀25将液压泵26输出的高压油选择性地连接至相应油缸的有杆腔或无杆腔。进一步，所述加压油缸20的有杆腔与相应的换向阀25之间的油路上设置有第一平衡阀22，所述第一平衡阀22包括一与所述加压油缸20的无杆腔连接的控制油口 ；所述左桅杆油缸11的有杆腔和无杆腔与相应换向阀25之间的油路上均设置有第二平衡阀13，两第二平衡阀13具有互锁功能；所述右桅杆油缸16的有杆腔和无杆腔与相应换向阀25之间的油路上均设置有第三平衡阀18，两第二平衡阀13具有互锁功能。
[0039]所述第一压力传感器12连接至所述左桅杆油缸11的无杆腔与第二平衡阀13之间的油路上，用于实时监测所述左桅杆油缸11的无杆腔的压力值，并该压力值发送至控制器。所述第二压力传感器17连接至所述右桅杆油缸16的无杆腔与第三平衡阀18之间的油路上，用于实时监测所述右桅杆油缸16的无杆腔的压力值，并该压力值发送至控制器。
[0040]所述电比例溢流阀24的进油口连接至所述加压油缸20的无杆腔与第一平衡阀22之间的油路上，其出油口连接至油箱，其控制端连接至控制器。当控制器获得的所述左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压差值变大时，说明钻头60产生了偏载载荷，控制器将该压差值转换成电流值，并将该电流值发送至电比例溢流阀24的控制端，电比例溢流阀24的阀芯开度变大，使得加压油缸20无杆腔内的压力减小，进而减小加压油缸20对动力头40的加压压力，以致减小钻头60因偏载载荷带来的振动。同理，当控制器获得的所述左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压差值变小时,说明钻头60偏载载荷较小，电比例溢流阀24的阀芯开度变小，使得加压油缸20无杆腔内的压力增加，因而适当增加加压油缸20对动力头40的加压压力，钻头60可在合理的压力下进行钻进作业。
[0041 ] 进一步，所述变量泵44与所述动力头马达42之间的油路上设置有选择阀43，所述选择阀43将变量泵44输出的高压油选择性地连接至动力头马达42的相对两端，使得动力头马达42正转或反转。所述电比例减压阀46的进油口连接在所述变量泵44的出油口与所述选择阀43之间的油路上，所述电比例减压阀46的出油口连接至所述调节油路446上。具体地，所述变量泵44包括内置斜盘伺服油缸440以及内置换向阀442,所述调节油路446包括与所述变量泵44的出油口连通的节点A、与所述电比例减压阀46连接的节点B、以及与所述伺服油缸440的无杆腔连通的节点C。所述内置换向阀442包括两液控端、进油口及回油口，所述内置换向阀442的进油口及其中之一液控端与所述节点A连接，其中另一液控端与所述节点B连接，其回油口与油箱连通，与所述节点B连接的液控端设置有弹簧，所述节点B以及弹簧力对该液控端的压力与节点A对另一液控端的压力共同控制内置换向阀442的开度，进而控制通过节点A进入所述节点C的压力，即控制进入伺服油缸440的无杆腔的压力，进而达到控制变量泵44的排量的目的。上述过程中，控制器根据预设的压差值和变量泵44的排量之间的关系，将所述压差值信号转换成电信号发送至所述电比例减压阀46的控制端，控制端控制该电比例减压阀46的开度，进而控制节点B的压力，达到控制内置换向阀442的开度的目的。
[0042]本实用新型实施例还公开一种旋挖钻机加压控制方法，该方法包括以下步骤:分别获取所述旋挖钻机的左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压力值；控制器对左桅杆油缸11的无杆腔的压力值和右桅杆油缸16的无杆腔的压力值进行处理，并获得左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔的压差值；根据预设的压差值和加压油缸20的无杆腔的压力之间的关系，控制加压油缸20无杆腔的压力。
[0043]进一步，该加压控制方法还包括根据预设的压差值与为动力头马达42供油的变量泵44的排量之间的关系，控制变量泵44的排量。变量泵44的排量与动力头马达42的转速有关，动力头马达42的转速与动力头40的转速有关，变量泵44的排量越大，动力头40转速越大，相应地，钻头60的转速越高。因此，可根据所述压差值对变量泵44的排量进行控制，使得可根据左桅杆油缸11和右桅杆油缸16的无杆腔内的压差值，自动调节钻头60转速，降低钻头60的冲击载荷和偏载荷，降低振动频率，避免了因人为判断失误或操作延时等因素，导致工作机构损坏与因损坏零件高空坠落导致人身、设备安全事故的发生。[0044]需要说明的是，控制器根据预设的压差值和加压油缸20的无杆腔的压力之间的关系，控制加压油缸20无杆腔的压力的步骤与控制器根据预设的压差值与为动力头马达42供油的变量泵44的排量之间的关系，控制变量泵44的排量的步骤之间没有先后顺序，即，控制器控制可以是先控制加压油缸20的无杆腔的压力之后再控制变量泵44的排量，也可以是控制器同时控制加压油缸20的无杆腔的压力和变量泵44的排量，还可以是控制器控制可以是先控制变量泵44的排量之后再控制加压油缸20的无杆腔的压力。
[0045]以上结合附图详细描述了本实用新型的一个优选实施方式，但是，并不限于上述实施方式中的具体细节。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.旋挖钻机加压控制系统，包括左桅杆油缸(11)、右桅杆油缸(16)以及加压油缸(20)，其特征在于，所述旋挖钻机加压控制系统还包括:检测装置，用于检测左桅杆油缸(11)和右桅杆油缸(16)的无杆腔的压力值；控制器，对左桅杆油缸(11)的无杆腔的压力值和右桅杆油缸(16)的无杆腔的压力值进行处理，获得左桅杆油缸(11)和右桅杆油缸(16)的无杆腔的压差值，并根据预设的压差值和加压油缸(20)无杆腔的压力之间的关系，控制加压油缸(20)的无杆腔的压力。
2.如权利要求1所述的旋挖钻机加压控制系统，其特征在于，所述检测装置包括分别与所述左桅杆油缸(11)和右桅杆油缸(16)的无杆腔连接的第一压力传感器(12)及第二压力传感器(17)。
3.如权利要求2所述的旋挖钻机加压控制系统，其特征在于，所述第一压力传感器(12)和第二压力传感器(17)上均设置有报警器；所述压差值达到设定值时，所述报警器报m目O
4.如权利要求2所述的旋挖钻机加压控制系统，其特征在于，所述系统还包括与所述加压油缸(20)的无杆腔连接且对该无杆腔的压力进行调节的第一调节阀，所述第一调节阀包括一与所述控制器连接的控制端，所述控制器通过所述第一调节阀控制加压油缸的无杆腔的压力。
5.如权利要求4所述的旋挖钻机加压控制系统，其特征在于，所述第一调节阀为电比例溢流阀(24)，所述电比例溢流阀(24)包括与所述加压油缸(20)无杆腔的连通的进油口、与油箱连通的出油口以及与所述控制器电连接的控制端。
6.如权利要求1所述的旋挖钻机加压控制系统，其特征在于，所述系统还包括动力头马达(42)、为动力头马达(42)供油的变量泵(44)、与所述变量泵(44)连接且对该变量泵(44)的排量进行调节的第二调节阀。
7.如权利要求6所述的旋挖钻机加压控制系统，其特征在于，所述第二调节阀为与所述变量泵(44)连接的电比例减压阀(46)，所述变量泵(44)包括对其排量进行调节的调节油路(446)，所述电比例减压阀(46)包括与所述变量泵(44)的出油口连接的进油口、与所述调节油路(446)连接的出油口以及与所述控制器连接的控制端。
8.如权利要求7所述的旋挖钻机加压控制系统，其特征在于，所述变量泵(44)包括伺服油缸(440)以及内置换向阀(442)，所述调节油路(446)包括与所述变量泵(44)的出油口连通的节点A、与所述电比例减压阀(46)连接的节点B、以及与所述伺服油缸(440)的无杆腔连通的节点C，所述内置换向阀(442)包括两液控端、进油口及回油口，所述内置换向阀(442)的进油口及其中之一液控端与所述节点A连接，其中另一液控端与所述节点B连接，其回油口与油箱连通。
【文档编号】E21B44/06GK203430500SQ201320513841
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】肖定成, 黄志明, 吴越策, 何欢 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