凿岩机的控制系统、凿岩台车以及控制方法与流程

本发明涉及工程机械
技术领域：
，尤其涉及一种凿岩机的控制系统、凿岩台车以及控制方法。
背景技术：
：近年来，无论是交通运输、能源开发，还是水电输送等基础设施建设，隧道施工工程越来越多，且主要采用钻爆法施工，因此凿岩台车以其转场灵活性、施工多样化、作业效率高等优点，成为隧道施工的理想装备。凿岩机作为凿岩台车的核心工作装置，其主要功能是破碎岩石，按照规定在岩石上钻孔，配合爆破工序实现隧道开挖，其主要动作有回转、冲击、推进等，其中回转动作主要作用是通过钻头对岩石进行磨削，冲击动作主要作用是通过钻头对岩石进行破碎、分解，推进动作主要作用是施加钻头与岩石的作用力、持续进给。由于地理环境的不同，要求凿岩台车具有较好的工况适应能力，能够根据不同的岩石等级，及时调整凿岩机作业参数，以匹配、满足工况需求，确保钻进效率与质量，同时避免钻具不正常损耗等问题。现有的凿岩机的控制系统包括手柄、显示器、控制器等。液压装置的作用为提供流体动力驱动凿岩机的回转、冲击及推进动作。凿岩机驱动钻杆进行钻孔。当隧道施工遇到不同凿岩工况时，需要操作人员根据工况、经验通过显示器等设备一次性输入一系列凿岩工况匹配参数，主要包括回转压力、冲击压力及推进压力参考值等，以适应当前工况；在工作过程中，观察显示器指示的回转压力、冲击压力及推进压力状况，手动操纵手柄控制液压装置，以驱动凿岩机动作(包括回转速度、冲击压力及推进速度)。现有的凿岩机的控制系统存在以下缺点：(1)需手动输入凿岩工况匹配参数，需时常观察显示器上回转、冲击及推进压力状态，如果工况出现较大变化则需重新修改参数，操纵效率较低；(2)凿岩工况匹配参数较少，回转、推进速度参数不参与系统控制，不能够快速、准确判断工况变化，工况匹配效果差，尤其在同一孔钻进过程中，如遇岩体状况突变或局部异常，则极易造成卡钎，钻具损耗大；(3)回转速度、冲击压力及推进速度均需操作人员控制，劳动强度较大。因此，需要一种新型的凿岩机的控制系统。技术实现要素：本发明的一个或多个实施例提供一种凿岩机的控制系统、凿岩台车以及控制方法。根据本公开的一个方面，提供一种凿岩机的控制系统，包括：模式选择装置，用于设置凿岩机的凿岩匹配工作模式；检测装置，用于采集凿岩机的工况参数的实际检测值；操作手柄，用于发送手柄推进信号；控制器，分别与所述模式选择装置、所述检测装置、所述操作手柄电连接，用于根据所述凿岩匹配工作模式、所述手柄推进信号以及所述工况参数的实际检测值生成控制信号，并将所述控制信号发送给控制执行部件，用于驱动凿岩机执行相应的操作动作。可选地，所述控制执行部件，包括：液压装置，与所述控制器电连接，用于根据接收到的控制信号驱动凿岩机执行相应的操作动作，其中，所述操作动作包括：回转、冲击、推进。可选地，所述检测装置包括：采集模块；多个采集模块分别设置在所述液压装置和凿岩机中，用于采集所述工况参数的实际检测值；其中，所述工况参数包括：回转压力、冲击压力、推进压力、回转速度、推进速度。可选地，所述采集模块包括：压力传感器、流量计、编码器、速度传感器、位移传感器。可选地，所述控制器，包括：匹配参数获取模块，用于获取与所述凿岩匹配工作模式相对应的工况参数的参考值；工况参数设置模块，用于基于所述手柄推进信号确定手柄行程，根据工况参数控制规则以及所述工况参数的参考值确定所述工况参数的目标值，并基于所述工况参数的目标值生成所述控制信号。可选地，所述工况参数控制规则包括：所述工况参数与所述手柄行程的关联关系、冲击压力的目标值与推进压力的实际检测值成正比例关系；其中，所述工况参数与所述手柄行程的关联关系包括：推进速度的目标值与手柄行程成正比例关系、回转速度的目标值与手柄行程成正比例关系、推进压力的目标值的改变量与手柄行程成比例关系。可选地，所述工况参数的参考值包括：推进速度的上限阈值、回转速度的上限阈值、推进压力的上限阈值、待机推进压力的设定值、冲击压力的上限阈值，待机冲击压力的设定值；所述工况参数设置模块，用于设置所述推进速度的目标值小于所述推进速度的上限阈值；设置所述回转速度的目标值小于所述回转速度的上限阈值；设置所述推进压力的目标值大于所述待机推进压力的设定值并且小于所述推进压力的上限阈值；设置所述冲击压力的目标值大于所述待机冲击压力的设定值并且小于冲击压力的上限阈值。可选地，所述控制器，包括：工况状态判别模块，用于基于所述工况参数的参考值以及所述工况参数的实际检测值判断凿岩机是否工作正常，并基于判断结果进行相应的处理。可选地，所述工况参数的参考值包括：卡钎压力阈值、凿岩机的回退速度设定值；所述工况状态确定模块，用于判断所述回转压力的实际检测值是否大于所述卡钎压力阈值，如果是，则确定所述操作手柄失效，将所述推进速度的当前值设置为0，并基于所述回退速度设定值控制凿岩机反向退回；当确定所述操作手柄复位后，控制凿岩机重新钻进。可选地，所述工况参数的参考值包括：在预设时段内的推进速度变化量的参考值；所述工况状态确定模块，用于如果确定在所述预设时段内的推进速度变化量的实际检测值大于所述推进速度变化量的参考值，并且手柄行程的变化值为0，则确定所述操作手柄失效，将所述推进速度的当前值设置为0；当确定所述操作手柄复位后，控制凿岩机重新钻进。可选地，所述工况参数的参考值包括：回转压力的参考值；所述工况状态确定模块，用于如果确定所述回转压力的实际检测小于或等于所述回转压力的参考值，则确定所述推进压力的目标值、所述回转速度的目标值分别和所述回转压力的实际检测与所述回转压力的参考值的差值成反比例关系。根据本发明的另一方面，提供一种凿岩台车，包括：如上所述的凿岩机的控制系统。根据本发明的又一方面，提供一种凿岩机的控制方法，包括：设置凿岩机的凿岩匹配工作模式；采集凿岩机的工况参数的实际检测值，获取操作手柄发送的手柄推进信号；根据所述凿岩匹配工作模式、所述手柄推进信号以及所述工况参数的实际检测值生成控制信号，并将所述控制信号发送给控制执行部件，用于驱动凿岩机执行相应的操作动作。可选地，所述控制执行部件，用于驱动凿岩机执行相应的操作动作包括：液压装置；所述控制方法还包括：根据接收到的控制信号驱动凿岩机执行相应的操作动作，其中，所述操作动作包括：回转、冲击、推进。可选地，所述检测装置包括：采集模块；所述控制方法还包括：将多个采集模块分别设置在所述液压装置和凿岩机中，用于采集所述工况参数的实际检测值；其中，所述工况参数包括：回转压力、冲击压力、推进压力、回转速度、推进速度。可选地，所述采集模块包括：压力传感器、流量计、编码器、速度传感器、位移传感器。可选地，获取与所述凿岩匹配工作模式相对应的工况参数的参考值；基于所述手柄推进信号确定手柄行程；根据工况参数控制规则以及所述工况参数参考值确定所述工况参数的目标值，并基于所述工况参数的目标值生成控制信号。可选地，所述工况参数控制规则包括：所述工况参数与所述手柄行程的关联关系、冲击压力的目标值与推进压力的实际检测值成正比例关系；其中，所述工况参数与所述手柄行程的关联关系包括：推进速度的目标值与手柄行程成正比例关系、回转速度的目标值与手柄行程成正比例关系、推进压力的目标值的改变量与手柄行程成比例关系。可选地，所述工况参数的参考值包括：推进速度的上限阈值、回转速度的上限阈值、推进压力的上限阈值、待机推进压力的设定值、冲击压力的上限阈值，待机冲击压力的设定值；所述控制方法还包括：设置所述推进速度的目标值小于所述推进速度的上限阈值；设置所述回转速度的目标值小于所述回转速度的上限阈值；设置所述推进压力的目标值大于所述待机推进压力的设定值并且小于所述推进压力的上限阈值；设置所述冲击压力的目标值大于所述待机冲击压力的设定值并且小于冲击压力的上限阈值。可选地，基于所述工况参数的参考值以及所述工况参数的实际检测值判断凿岩机是否工作正常，并基于判断结果进行相应的处理。可选地，所述工况参数的参考值包括：卡钎压力阈值、凿岩机的回退速度设定值；所述控制方法还包括：判断所述回转压力的实际检测值是否大于所述卡钎压力阈值；如果是，则确定所述操作手柄失效，将所述推进速度的当前值设置为0，并基于所述回退速度设定值控制凿岩机反向退回；当确定所述操作手柄复位后，控制凿岩机重新钻进。可选地，所述工况参数的参考值包括：在预设时段内的推进速度变化量的参考值；所述控制方法还包括：如果确定在所述预设时段内的推进速度变化量的实际检测值大于所述推进速度变化量的参考值，并且手柄行程的变化值为0，则确定所述操作手柄失效，将所述推进速度的当前值设置为0；当确定所述操作手柄复位后，控制凿岩机重新钻进。可选地，所述工况参数的参考值包括：回转压力的参考值；所述控制方法还包括：如果确定所述回转压力的实际检测小于或等于所述回转压力的参考值，则确定所述推进压力的目标值、所述回转速度的目标值分别和所述回转压力的实际检测与所述回转压力的参考值的差值成反比例关系。本公开的凿岩机的控制系统、凿岩台车以及控制方法，通过模式选择装置设置凿岩机的凿岩匹配工作模式，检测装置采集凿岩机的工况参数的实际检测值，操作手柄发送手柄推进信号，控制器根据凿岩匹配工作模式、手柄推进信号以及工况参数的实际检测值生成控制信号，并将控制信号发送给控制执行部件，用于驱动凿岩机执行相应的操作动作；可以快速匹配凿岩工况，仅操纵手柄推进即可实现凿岩钻进，工况适应性好，能够提高操纵效率，降低操纵劳动强度，改善钻进平顺性及防卡钎效果，降低钻具损耗，为隧道施工创造更多的经济效益与社会效益。附图说明为了更清楚地说明本公开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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为根据本公开的凿岩机的控制系统的一个实施例的模块示意图；图2为根据本公开的凿岩机的控制系统的另一个实施例的模块示意图；图3为根据本公开的凿岩机的控制系统的一个实施例中的控制器的模块示意图；图4为根据本公开的凿岩机的控制方法的一个实施例的流程示意图；图5为根据本公开的凿岩机的控制方法的另一个实施例的流程示意图。具体实施方式下面参照附图对本公开进行更全面的描述，其中说明本公开的示例性实施例。下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。如图1所示，本公开提供一种凿岩机的控制系统10，包括：模式选择装置11、操作手柄12、控制器13、检测装置15。模式选择装置11用于设置凿岩机的凿岩匹配工作模式。检测装置15采集凿岩机的工况参数的实际检测值。操作手柄12发送手柄推进信号。控制器13分别与模式选择装置11、检测装置15、操作手柄12电连接，根据凿岩匹配工作模式、手柄推进信号以及工况参数的实际检测值生成控制信号，并将控制信号发送给控制执行部件14，用于驱动凿岩机16执行相应的操作动作。控制执行部件14可以包括多种执行部件。例如，如图2所示，控制执行部件14包括液压装置141，与控制器13电连接，用于根据接收到的控制信号驱动凿岩机16执行相应的操作动作，操作动作包括：回转、冲击、推进等。检测装置15包括采集模块，多个采集模块分别设置在液压装置141和凿岩机15中，用于采集工况参数的实际检测值。工况参数包括：回转压力、冲击压力、推进压力、回转速度、推进速度。检测装置15从液压装置141处检测凿岩机的回转压力、冲击压力、推进压力状况等，从液压装置141或凿岩机16处检测回转速度、推进速度等。采集模块包括：压力传感器、流量计、编码器、速度传感器、位移传感器等。模式选择装置11可以是实物型的，如旋钮电位计等，也可以是虚拟型的，如通过显示屏点选等。模式选择装置11的作用为用户可以选择凿岩匹配工作模式，不同的选择位置对应不同的电阻值，以此划分出多种工作模式，例如为五种工作模式，用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示。操作手柄12的作用为操纵推进速度。控制器13输出信号控制液压装置141的各电磁铁动作，液压装置141提供流体动力驱动凿岩机16的回转、冲击及推进动作。凿岩机16为执行器，液压装置141驱动钻杆进行钻孔。如图3所示，控制器13包括：匹配参数获取模块131、工况参数设置模块132、工况状态判别模块133。匹配参数获取模块131获取与凿岩匹配工作模式相对应的工况参数的参考值。工况参数设置模块132基于手柄推进信号确定手柄行程，根据工况参数控制规则以及工况参数的参考值确定工况参数的目标值，并基于工况参数的目标值生成控制信号。可以将工况匹配参数，即工况参数的参考值预存于控制器中，无需手动输入，操作人员能够快速选择不同工作模式以适应不同岩体状况，无需时常观察显示器上回转、冲击及推进压力状态，操纵效率高；通过工况参数的参考值能够快速、准确判断出工况变化并对相应动作做出恰当控制，以实现工况匹配最优化，有效防止卡钎，降低钻具损耗，操作人员仅需控制手柄推进即可实现凿岩钻进。在一个实施例中，根据常见的不同的岩体状况及施工经验，设置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ……N个凿岩匹配工作模式下的工况匹配参数，工况匹配参数即为工况参数的参考值，将其存储至控制器中，按照选择的工作模式进行读取，如下表1所示。工作模式回转压力冲击压力推进压力回转速度推进速度ⅠPr1，Pri，PrhPp1，PpiPf1，PfiW1V1，Vi，VcⅡPr2，Pri，PrhPp2，PpiPf2，PfiW2V2，Vi，VcⅢPr3，Pri，PrhPp3，PpiPf3，PfiW3V3，Vi，VcⅣPr4，Pri，PrhPp4，PpiPf4，PfiW4V4，Vi，VcⅤPr5，Pri，PrhPp5，PpiPf5，PfiW5V5，Vi，Vc………………NPrn，Pri，PrhPpn，PpiPfn，PfiWnVn，Vi，Vc表1-工况参数的参考值设置表在表1中，Pr1…Prn分别为在凿岩匹配工作模式Ⅰ…N下凿岩机正常工作的回转压力参考值，Pri为待机回转压力的参考值，Prh为卡钎压力判断值，即卡钎压力阈值。Pp1…Ppn分别为在凿岩匹配工作模式Ⅰ…N下凿岩机正常工作的冲击压力的上限阈值，Ppi为待机冲击压力设定值。Pf1…Pfn分别为在凿岩匹配工作模式Ⅰ…N下凿岩机正常工作的推进压力的上限阈值，Pfi为待机推进压力设定值。W1…Wn分别为在凿岩匹配工作模式Ⅰ…N下凿岩机正常工作的回转速度的上限域值。V1…Vn分别为在凿岩匹配工作模式Ⅰ…N下凿岩机正常工作的推进速度的上限阈值，Vi为低速回退设定值，Vc为预订时间内速度变化值，预订时间可以为20秒、30秒等。手柄行程为S，目标推进速度为V，目标回转速度为W，目标冲击压力为Pp，目标推进压力为Pf。其中，目标推进速度即为推进速度的目标值，目标回转速度即为回转速度的目标值，目标冲击压力即为冲击压力的目标值，目标推进压力即为推进压力的目标值。回转压力反馈为Pr_fb，冲击压力反馈为Pp_fb，推进压力反馈为Pf_fb，回转速度反馈为W_fb，推进速度反馈为V_fb，推进压力变化斜率为K，预订时间内推进速度反馈变化量为△V_fb，预订时间内手柄行程反馈变化量△S，预订时间可以为20秒、30秒等。回转压力反馈即为回转压力的实际检测值，冲击压力反馈即为冲击压力的实际检测值，推进压力反馈即为推进压力的实际检测值，回转速度反馈即为回转速度的实际检测值，推进速度反馈即为推进速度的实际检测值，手柄行程反馈变化量即为手柄行程的变化量。在一个实施例中，工况参数设置模块132根据工况参数控制规则以及工况参数的参考值确定工况参数的目标值，工况参数控制规则可以有多种。例如，工况参数控制规则包括：工况参数与手柄行程的关联关系、冲击压力的目标值与推进压力的实际检测值成正比例关系。工况参数与手柄行程的关联关系包括：推进速度的目标值与手柄行程成正比例关系、回转速度的目标值与手柄行程成正比例关系、推进压力的目标值的改变量与手柄行程成比例关系等。工况参数的参考值包括：推进速度的上限阈值、回转速度的上限阈值、推进压力的上限阈值、待机推进压力的设定值、冲击压力的上限阈值，待机冲击压力的设定值等。工况参数设置模块132设置推进速度的目标值小于推进速度的上限阈值，设置回转速度的目标值小于回转速度的上限阈值，设置推进压力的目标值大于待机推进压力的设定值并且小于推进压力的上限阈值，设置冲击压力的目标值大于待机冲击压力的设定值并且小于冲击压力的上限阈值。工况状态判别模块133基于工况参数的参考值以及工况参数的实际检测值判断凿岩机是否工作正常，并基于判断结果进行相应的处理。例如，工况参数的参考值包括：卡钎压力阈值、凿岩机的回退速度设定值等。工况状态确定模块133判断回转压力的实际检测值是否大于卡钎压力阈值，如果是，则确定操作手柄失效，将推进速度的当前值设置为0，并基于回退速度设定值控制凿岩机反向退回。当确定操作手柄复位后，工况状态确定模块133控制凿岩机重新钻进。工况参数的参考值包括：在预设时段内的推进速度变化量的参考值。如果确定在预设时段内的推进速度变化量的实际检测值大于推进速度变化量的参考值，并且手柄行程的变化值为0，则工况状态确定模块133确定操作手柄失效，将推进速度的当前值设置为0。当确定操作手柄复位后，工况状态确定模块133控制凿岩机重新钻进。工况参数的参考值包括：回转压力的参考值。如果确定回转压力的实际检测小于或等于回转压力的参考值，则工况状态确定模块133确定推进压力的目标值、回转速度的目标值分别和回转压力的实际检测与回转压力的参考值的差值成反比例关系。在一个实施例中，本公开提供一种凿岩台车，包括如上任一实施例中的凿岩机的控制系统。图4为根据本公开的凿岩机的控制方法的一个实施例的流程示意图，如图4所示：步骤401，设置凿岩机的凿岩匹配工作模式。步骤402，采集凿岩机的工况参数的实际检测值，获取操作手柄发送的手柄推进信号。步骤403，根据凿岩匹配工作模式、手柄推进信号以及工况参数的实际检测值生成控制信号，并将控制信号发送给控制执行部件，用于驱动凿岩机执行相应的操作动作。控制执行部件包括：液压装置。根据接收到的控制信号驱动凿岩机执行相应的操作动作，其中，操作动作包括：回转、冲击、推进。检测装置包括：采集模块。将多个采集模块分别设置在液压装置和凿岩机中，用于采集工况参数的实际检测值，工况参数包括：回转压力、冲击压力、推进压力、回转速度、推进速度等。采集模块包括：压力传感器、流量计、编码器、速度传感器、位移传感器等。在一个实施例中，获取与凿岩匹配工作模式相对应的工况参数的参考值，基于手柄推进信号确定手柄行程。根据工况参数控制规则以及工况参数参考值确定工况参数的目标值，并基于工况参数的目标值生成控制信号。基于工况参数的参考值以及工况参数的实际检测值判断凿岩机是否工作正常，并基于判断结果进行相应的处理。判断回转压力的实际检测值是否大于卡钎压力阈值，如果是，则确定操作手柄失效，将推进速度的当前值设置为0，并基于回退速度设定值控制凿岩机反向退回。当确定操作手柄复位后，控制凿岩机重新钻进。如果确定在预设时段内的推进速度变化量的实际检测值大于推进速度变化量的参考值，并且手柄行程的变化值为0，则确定操作手柄失效，将推进速度的当前值设置为0。当确定操作手柄复位后，控制凿岩机重新钻进。如果确定回转压力的实际检测小于或等于回转压力的参考值，则确定推进压力的目标值、回转速度的目标值分别和回转压力的实际检测与回转压力的参考值的差值成反比例关系。图5为根据本公开的凿岩机的控制方法的另一个实施例的流程示意图，如图5所示：步骤501，根据岩体状况，通过选择装置选取所需的工作模式。步骤502，操纵手柄开始钻进工作，其中，目标推进速度V与手柄行程S呈正比例关系，V取值范围为(0,Vn)；目标回转速度W与手柄行程S(S>0)呈正比例关系，W取值范围为(0,Wn)；目标推进压力Pf跟随手柄行程S变化由Pfi递增至Pfn，变化斜率K∝S，Pf取值范围为(Pfi,Pfn)；目标冲击压力Pp与推进压力反馈值Pf_fb呈正比例关系，Pp取值范围为(Ppi,Ppn)。步骤503，判断回转压力反馈值Pr_fb是否小于等于Prh，如果否，则进入步骤504，如果是，则进入步骤505。步骤504，手柄控制失效，先控制V＝0，然后控制V＝Vi反向退回，手柄复位后可重新钻进。步骤505，判断是否△V_fb>Vc且△S＝0，如果是，则进入步骤506，如果否，则进入步骤507。步骤506，手柄控制失效并令V＝0，手柄复位后可重新钻进。步骤507，判断是否回转压力反馈值Pr_fb≤Prn，如果是，则进入步骤502，如果否，则进入步骤508。步骤508，确定目标推进压力Pf与(Pr_fb-Prn)呈反比例关系，最小可至Pfi值，目标回转速度W与(Pr_fb-Prn)呈反比例关系，最小可至0。通过选择凿岩匹配工作模式可以快速匹配凿岩工况，仅操纵手柄推进即可实现凿岩钻进，提高操纵效率，降低操纵劳动强度；通过各参数间关联匹配控制及三级判断(“Pr_fb>Prh”、“△V_fb>Vc且△S＝0”、“Pr_fb≤Prn”)，可以适应各种工况，确保钻进平顺，有效防卡钎，降低钻具损耗。上述实施例中的凿岩机的控制系统、凿岩台车以及控制方法，通过模式选择装置设置凿岩机的凿岩匹配工作模式，检测装置采集凿岩机的工况参数的实际检测值，操作手柄发送手柄推进信号，控制器根据凿岩匹配工作模式、手柄推进信号以及工况参数的实际检测值生成控制信号，并将控制信号发送给控制执行部件，用于驱动凿岩机执行相应的操作动作；可以快速匹配凿岩工况，仅操纵手柄推进即可实现凿岩钻进，工况适应性好，能够提高操纵效率，降低操纵劳动强度，改善钻进平顺性及防卡钎效果，降低钻具损耗，为隧道施工创造更多的经济效益与社会效益。可能以许多方式来实现本公开的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。当前第1页1 2 3