一种旋挖钻机智能入岩控制装置及方法与流程

本发明属于工程机械
技术领域：
，具体属于一种旋挖钻机智能入岩控制装置及方法。
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，具有成孔速度快，污染少，机动性强，不需要泥浆循环排渣等特点。旋挖钻机基础施工中，经常会碰到入岩的地质情况，进给速度很慢，劳动强度也很大。旋挖钻机通过动力头的旋转驱动钻杆，带动钻具旋转，入岩时，在加压载荷和旋转扭矩下，钻具截齿压入岩石，与岩石接触面之间产生剪切力，实现剪切破岩。机手手动操作旋挖钻机入岩时，须长时间按着浮动按钮和扳动手柄，劳动强度高，为解决该技术问题，相关技术的旋挖钻机提供了自动入岩模式的选择，然而，旋挖钻机在自动入岩的过程中，容易发生钻杆扭断的事故。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种设有针对自动加压进行压力保护的旋挖钻机智能入岩控制装置及方法，避免施工扭断钻杆，提高钻机的使用寿命。为了实现上述目的，本发明提供了一种旋挖钻机智能入岩控制装置，包括油缸组件、动力头组件、比例调节组件、控制模块和自动加压组件；所述油缸组件包括加压油缸、及与所述加压油缸的油腔连通的加压主阀；所述动力头组件包括动力头马达、及与所述动力头马达的油腔连通的动力头主阀；所述比例调节组件包括与所述加压主阀连通的加压比例阀、与所述动力头主阀连通的动力头比例阀；所述加压比例阀用于接收所述控制模块发送的第一控制信号，以利用所述加压主阀控制所述加压油缸的进给速度；所述动力头比例阀用于接收所述控制模块发送的第二控制信号，以利用所述动力头主阀控制所述动力头马达的转动速度，其中，所述第一控制信号为脉冲信号；所述自动加压组件包括相互连通的加压溢流保护阀和加压调压比例阀，所述加压调压比例阀用于接收所述控制模块发送的第三控制信号，以利用所述加压主阀对所述加压油缸进行加压；所述加压溢流保护阀与所述加压主阀连通，用于在所述加压调压比例阀提供的加压力超过预设的加压力阈值时，对所述加压主阀进行溢流保护。在一种具体的实施方式中，还包括先导手柄，所述先导手柄的输出端分别与所述加压主阀的控制端和所述动力头主阀的控制端连接。在一种具体的实施方式中，还包括传感模组，所述传感模组包括自动加压启动开关和先导压力继电器，所述先导压力继电器用于监测因所述先导手柄触发的先导压力的变化；所述自动加压启动开关在开启状态且所述先导压力继电器监测到所述先导压力处于第一变化时，所述旋挖钻机智能入岩控制装置进入手动入岩模式；所述自动加压启动开关在开启状态且所述先导压力继电器监测到所述先导压力处于第二变化时，所述旋挖钻机智能入岩控制装置进入自动入岩模式。在一种具体的实施方式中，所述旋挖钻机智能入岩控制装置还包括显示屏，所述显示屏设有加压模式选择区域、参数设置区域、报警显示区域、施工数据显示区域和入岩模式选择区域。在一种具体的实施方式中，所述显示屏与所述控制模块通过控制器局域网络can总线电连接。在一种具体的实施方式中，所述传感模组包括桅杆倾角传感器和用于测量所述加压调压比例阀提供的加压力的液压压力传感器，所述液压压力传感器和所述桅杆倾角传感器分别与所述控制模块电连接；在所述加压调压比例阀提供的加压压超过所述预设的加压力阈值和所述桅杆倾角传感器检测的桅杆的倾斜角大于预设倾斜角度时，所述控制模块控制所述加压比例阀关闭。在一种具体的实施方式中，所述加压比例阀、所述动力头比例阀和所述加压调压比例阀均为电比例阀。本发明还提供一种如上文所述的旋挖钻机智能入岩控制装置的控制方法，所述方法包括：获取触摸所述显示屏输入的自动入岩模式下的工作参数，所述工作参数包括用于控制所述加压比例阀开度的第一参数、用于控制所述动力头比例阀开度的第二参数和用于控制所述加压调压比例阀开度的第三参数；根据所述工作参数，分别向所述加压比例阀送第一控制信号、向所述动力头比例阀发送第二控制信号、向所述加压调压比例阀发送第三控制信号，其中，所述第一控制信号为脉冲信号；所述加压比例阀基于接收到的所述第一控制信号，向所述加压油缸输送油液以控制所述加压油缸的进给速度；所述动力头比例阀基于接收到的所述第二控制信号，向所述动力头马达输送油液以控制所述动力头马达的转动速度；所述加压调压比例阀基于接收到的所述第三控制信号，向所述加压油缸输送油液以对所述加压油缸进行加压；在所述加压调压比例阀提供的加压力超过所述预设的加压力阈值时，所述加压溢流保护阀对所述加压主阀进行溢流保护。在一种具体的实施方式中，所述第一参数包括加压比例阀电流值和脉冲周期，其中所述脉冲周期包括加压时间和加压停止时间，其中，所述加压时间至少包括加速时间和减速时间。在一种具体的实施方式中，所述方法还包括手动入岩模式和自动入岩模式之间的切换步骤：在所述自动加压启动开关处于开启状态下，所述先导压力继电器监测所述先导压力的变化；若所述先导压力继电器监测到所述先导压力处于第一变化，则发送第一感应信号至控制模块，以使所述控制模块切换至手动入岩模式；若所述先导压力继电器监测到所述先导压力处于第二变化，则发送第二感应信号至控制模块，以使所述控制模块切换至自动入岩模式。本发明的有益效果至少包括：1、本发明提供的旋挖钻机智能入岩控制装置包括控制模块、加压油缸、及与所述加压油缸的油腔连通的加压主阀、一端与所述控制模块连接且另一端与所述加压主阀连通的加压比例阀，所述加压比例阀接收所述控制模块发送的脉冲信号，以利用所述加压主阀控制所述加压油缸的进给速度，即加压油缸的进给速度采用脉冲加压模式控制，包括加压过程和停止过程，可以减小加压压力突变对钻机的冲击，避免加压引起的事故；另，在对加压油缸进行自动加压时，通过设置加压调压比例阀控制自动加压的加压力阈值，通过设置加压溢流保护阀控制自动加压的压力不会超过加压力阈值，避免因加压压力过高，导致扭断钻杆的事故发生，提高钻机的使用寿命。2、本发明提供的旋挖钻机智能入岩控制装置手动操作模式优先，在自动入岩模式下，只需操作或松开先导手柄使先导压力继电器监测到先导压力发生变化即可完成自动入岩模式和手动模式之间的切换，手动模式和智能入岩模式切换简单，无需再次启动，大大减轻劳动强度。3、本发明提供的旋挖钻机智能入岩控制装置还包括桅杆倾角传感器和用于测量所述加压调压比例阀的加压压力值的液压压力传感器，在所述加压调压比例阀的加压压力值超过所述预设的加压力阈值和所述桅杆倾角传感器检测的桅杆的倾斜角大于预设倾斜角度时，所述控制模块可以控制所述加压调压比例阀关闭，用于在旋挖钻机处于故障状态下对自动加压进行保护，避免发生压力过高引起的事故。附图说明图1为本发明一实施例提供的旋挖钻机智能入岩控制装置的示意图；图2为本发明另一实施例的旋挖钻机智能入岩控制方法的流程图。附图标记说明：油缸组件110加压油缸111加压主阀112动力头组件120动力头马达121动力头主阀122比例调节组件130加压比例阀131动力头比例阀132控制模块140自动加压组件150加压溢流保护阀151加压调压比例阀152先导手柄160传感模组170自动加压启动开关171先导压力继电器172桅杆倾角传感器173液压压力传感器174显示屏180具体实施方式如图1所示，本发明提供一种旋挖钻机智能入岩控制装置，包括油缸组件110、动力头组件120、比例调节组件130、控制模块140和自动加压组件150；所述油缸组件110包括加压油缸111、及与所述加压油缸111的油腔连通的加压主阀112；所述动力头组件120包括动力头马达121、及与所述动力头马达121的油腔连通的动力头主阀122；所述比例调节组件130包括与所述加压主阀112连通的加压比例阀131、与所述动力头主阀122连通的动力头比例阀132；所述加压比例阀131用于接收所述控制模块140发送的第一控制信号，以利用所述加压主阀112控制所述加压油缸111的进给速度；所述动力头比例阀132用于接收所述控制模块140发送的第二控制信号，以利用所述动力头主阀122控制所述动力头马达121的转动速度，其中，所述第一控制信号为脉冲信号；所述自动加压组件150包括相互连通的加压溢流保护阀151和加压调压比例阀152，所述加压调压比例阀152用于接收所述控制模块140发送的第三控制信号，以利用所述加压主阀112对所述加压油缸111进行加压；所述加压溢流保护阀151与所述加压主阀112连通，用于在所述加压调压比例阀152提供的加压力超过预设的加压力阈值时，对所述加压主阀112进行溢流保护。本发明提供的旋挖钻机智能入岩控制装置包括控制模块140、加压油缸111、及与所述加压油缸111的油腔连通的加压主阀112、一端与所述控制模块140连接且另一端与所述加压主阀112连通的加压比例阀131，所述加压比例阀131接收所述控制模块140发送的脉冲信号，以利用所述加压主阀112控制所述加压油缸111的进给速度，即加压油缸111的进给速度采用脉冲加压模式控制，包括加压过程和停止过程，可以减小加压压力突变对钻机的冲击，避免加压引起的事故；另，在对加压油缸111进行自动加压时，通过设置加压调压比例阀152控制自动加压的加压力阈值，通过设置加压溢流保护阀151控制自动加压的加压力不会超过加压力阈值，避免因加压力过高，导致扭断钻杆的事故发生，提高钻机的使用寿命。所述加压油缸111由辅泵供给动力，为钻进时提供下压力，增加钻进速度和钻进力。所述动力头马达121用于带动钻杆旋转。在本实施例中，所述加压比例阀131是控制加压油缸的进给速度，所述加压调压比例阀152是限制自动加压的最大加压力，当所述加压油缸111的进给速度为0时，自动加压时所述加压油缸111也不会加压下移。优选的，所述加压比例阀131、所述动力头比例阀132和所述加压调压比例阀152均为电比例阀，控制模块140内存储有上述三个阀门的压力值与电流值的对应关系，通过设置电流值来调节压力值。所述加压溢流保护阀151用于控制自动加压的加压力不会超过加压力阈值，即当自动加压的加压力达到最大时，自动加压的加压力不会再增加。在本实施例中，所述第一控制信号的信号时间周期包括加压时间和加压停止时间，加压时间和加压停止时间由地层地质情况决定，地层越硬，加压时间设须设小点，加压停止时间设长点，以提高钻头的使用寿命。所述加压时间还包括加速时间和减速时间，加速时间和减速时间的设置均是为了减小施加在钻机上的压力突变对钻机的冲击，提高钻机的使用寿命；在加速时间内慢慢内加大加压油缸的增加压力并控制加压油缸111的进给速度达到设定速度，在减速时间内慢慢的减少加压油缸111的增加压力并控制加压油缸111的进给速度至0，然后进入加压停止时间。在本实施中，加速过程和减速过程均为线性过程，且加速时间和减速时间相同，当加压时间大于加速时间和减速时间之和时，所述加压时间还包括恒压时间，即在恒压时间内加压油缸受到的压力相同，加压油缸的进给速度保持恒定。所述控制模块140用于基于接收的各项数据，控制所述加压比例阀131、所述动力头比例阀132和所述加压调压比例阀152的开度，以实现自动控制所述动力力头马达121的转动速度、钻具的钻进速度和加压油缸111的压力，实现自动入岩施工，操作方便，可减轻操作机手的工作强度，提高工作效率。其中，所述各项数据包括输入的参数和所述旋挖钻机智能入岩控制装置工作状态下的检测数据等。进一步地，还包括先导手柄160，所述先导手柄160的输出端分别与所述加压主阀112的控制端和所述动力头主阀122的控制端连接。先导手柄160用于触发手动入岩模式，在手动入岩模式下，通过操作先导手柄160以控制所述加压油缸111的进给速度和所述动力头马达121的转动速度。针对不同岩石硬度，机手可以通过手动操作的自学习积累一些经验数据以更好的确定自动入岩模式下的工作参数，以保证自动入岩模式的安全性和可靠性。进一步地，还包括传感模组170，所述传感模组170包括自动加压启动开关171和先导压力继电器172，所述先导压力继电器172用于监测因所述先导手柄触发的先导液压油的压力变化；所述自动加压启动开关171在开启状态且所述先导压力继电器172监测到所述先导压力处于第一变化时，所述旋挖钻机智能入岩控制装置进入手动入岩模式；所述自动加压启动开关171在开启状态且所述先导压力继电器172监测到所述先导压力处于第二变化时，所述旋挖钻机智能入岩控制装置进入自动入岩模式。其中，所述第一变化是指先导压力从0变为有，即操作所述先导手柄使先导压力增加，所述第二变化是指先导压力从有变为0，即松开所述先导手柄使先导压力继电器监测到没有先导压力的信号了。本发明提供的旋挖钻机智能入岩控制方法手动操作模式优先，在自动入岩模式下(即按下自动加压启动开关的按钮)，只需操作先导手柄使先导压力继电器监测到有先导压力即可切换到手动入岩模式，若要再切换回智能入岩模式，只需松开先导手柄使先导压力变无即可，手动入岩模式和智能入岩模式切换简单，无需再次启动，大大减轻劳动强度。且当钻机出现意外情况或所述旋挖钻机不满足自动加压条件时(如桅杆角度超过正负2度)，只要操作先导手柄可以迅速切换到手动入岩模式，避免发生事故。需要说明的是，在自动加压启动开关的按钮未处于按下的状态，则代表手动入岩模式。进一步地，所述传感模组170包括桅杆倾角传感器173和用于测量所述加压调压比例阀提供的加压力的液压压力传感器174，所述液压压力传感器174和所述桅杆倾角传感器173分别与所述控制模块140电连接；在所述加压调压比例阀152提供的加压力超过所述预设的加压力阈值和所述桅杆倾角传感器173检测的桅杆的倾斜角大于预设倾斜角度时，所述控制模块140控制所述加压调压比例阀152关闭。在本实施例中，所述预设的加压力阈值由机手根据地质情况和个人经验设定，所述预设的倾斜角度为2度，需要说明的是，倾斜角是指桅杆与竖直方向的夹角。正常情况下，通过所述加压溢流保护阀151可以保护通过所述加压调压比例阀152提供的加压力不会超过预设的加压力阈值，但是当所述压加压调压溢流保护阀出现故障或逻辑控制出现偏差时，则可能会出现所述加压调压比例阀152提供的加压力超过所述预设的加压力阈值的情况，此时，同时满足所述加压力超过所述预设的加压力阈值和所述桅杆的倾斜角大于预设倾斜角度这两个条件时，所述控制模块140控制所述加压调压比例阀152关闭，以对故障状态下的旋挖钻机的自动加压进行保护，避免发生压力过高引起的事故。进一步地，所述旋挖钻机智能入岩控制装置还包括显示屏180，所述显示屏180设有加压模式选择区域、参数设置区域、报警显示区域、施工数据显示区域和入岩模式选择区域等。在本实施例中，在加压模式选择区域通过加压模式选择安钮选择自动加压模式，其中加压模式包括手动加压模式和脉冲加压模式。当选择手动加压时，通过设置加压比例阀的电流值以控制加压油缸的给进速度；当选择脉冲加压模式时，则设置加压比例阀的电流值、加压时间和加压停止时间三个参数，其中，加压时间和加压停止时间由地层地质情况决定，地层越硬，加压时间设须设小点，加压停止时间设长点，以提高钻头的使用寿命。当然，加压周期的长短会影响工作效率，加压停止时间长，工作效率低。对于有些较软地层，靠钻杆钻斗的自重，主卷扬浮动状态就能满足入岩的施工要求了，此时，可以把加压时间设为0，不执行外力加压入岩，满足所述旋挖钻智能入岩控制装置对各地层入岩的可适性。在本实施例中，可以在参数设置区域调整加压比例阀的电流、动力头比例阀的电流、加压调压比例阀的电流、加压时间和加压停止时间等参数的设置，上述参数的设置主要依据地质情况和个人操作经验，为了获取较好的经验数据，开始入岩施工时，可以由机手手动施工一段时间以确定经验参数。在本实施例中，报警区域设置有报警显示图标或者报警显示灯，开启自动加压开关后，若不满足自动加压条件，则进行报警显示。当所述加压调压比例阀的加压压力值不超过所述预设的加压力阈值且所述桅杆倾角传感器检测的桅杆的倾斜角小于预设倾斜角度时，则满足自动加压条件，可以启动自动入岩模式。在本实施例中，所述数据显示区域可以显示钻头位置、当前孔深、单斗深度、加压比例阀电流、动力头比例阀电流、加压时间、加压停止时间等数据。在本实施例中，在入岩模式选择区域可以选择普通模式和入岩模式，当底层不硬的时候，无需入岩，则选择普通模式。进一步地，所述显示屏180与所述控制模块140通过控制器局域网络can总线电连接。如图1和图2所示，本发明另一方面提供了一种旋挖钻机智能入岩控制装置的控制方法，所述方法包括：s10、获取触摸所述显示屏180输入的自动入岩模式下的工作参数，所述工作参数包括用于控制所述加压比例阀131开度的第一参数、用于控制所述动力头比例阀132开度的第二参数和用于控制所述加压调压比例阀152开度的第三参数；s20、根据所述工作参数，分别向所述加压比例阀131发送第一控制信号、向所述动力头比例阀132发送第二控制信号、向所述加压调压比例阀152发送第三控制信号，其中，所述第一控制信号为脉冲信号；s30、所述加压比例阀131基于接收到的所述第一控制信号，向所述加压油缸111输送油液以控制所述加压油缸111的进给速度；所述动力头比例阀132基于接收到的所述第二控制信号，向所述动力头马达121输送油液以控制所述动力头马达121的转动速度；所述加压调压比例阀152基于接收到的所述第三控制信号，向所述加压油缸111输送油液以对所述加压油缸111进行加压；s40、在所述加压调压比例阀152提供的加压力超过所述预设的加压力阈值时时，所述加压溢流保护阀151对所述加压主阀进行溢流保护。本发明提供的自动入岩模式的工作参数，由机手基于地质情况和个人的操作经验设置，可靠性高，且可以随时进行调整。同时在自动加压的过程中，通过控制加压调压比例阀152的开度控制自动加压的加压力阈值，通过设置加压溢流保护阀151控制自动加压的压力不会超过加压力阈值，避免因加压压力过高，导致扭断钻杆的事故发生，提高钻机的使用寿命。在本实施例中，所述第一参数包括加压比例阀电流值和脉冲周期，其中所述脉冲周期包括加压时间和加压停止时间。加压时间和加压停止时间由地层地质情况决定，地层越硬，加压时间设须设小点，加压停止时间设长点，以提高钻头的使用寿命。所述加压时间至少包括加速时间和减速时间，加速时间和减速时间的设置均是为了减小施加在钻机上的压力突变对钻机的冲击，提高钻机的使用寿命；在加速时间内慢慢内加大加压油缸的增加压力并控制加压油缸的进给速度达到设定速度，在减速时间内慢慢的减少加压油缸的增加压力并控制加压油缸的进给速度至0，然后进入加压停止时间。在本实施中，加速过程和减速过程均为线性过程，且加速时间和减速时间相同，当加压时间大于加速时间和减速时间之和时，所述加压时间还包括恒压时间，即在恒压时间内加压油缸受到的压力相同，加压油缸的进给速度保持恒定。在本实施例中，所述第二参数和所述第三参数均为电流值。进一步地，所述方法还包括手动入岩模式和自动入岩模式切换：在所述自动加压启动开关171处于开启状态下，所述先导压力继电器172监测所述先导压力的变化；若所述先导压力继电器172监测到所述先导压力处于第一变化，则发送第一感应信号至控制模块，以使所述控制模块140切换至手动入岩模式；若所述先导压力继电器172监测到所述先导压力处于第二变化，则发送第二感应信号至控制模块，以使所述控制模块140切换至自动入岩模式。其中，所述第一变化是指先导压力从0变为有，即操作所述先导手柄使先导压力增加，所述第二变化是指先导压力从有变为0，即松开所述先导手柄使先导压力继电器监测到没有先导压力的信号了。本发明提供的旋挖钻机智能入岩控制方法手动操作模式优先，在自动入岩模式下(即按下自动加压启动开关的按钮开启自动模式)，只需操作先导手柄使先导压力继电器监测到有先导压力即可切换到手动入岩模式，若要再切换回智能入岩模式，只需松开先导手柄使先导压力变无即可，手动入岩模式和智能入岩模式切换简单，无需再次启动，大大减轻劳动强度。且当钻机出现意外情况时，只要操作先导手柄可以迅速切换到手动入岩模式，避免发生事故。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页12