一种电液混合驱动方法、系统、动力头及旋挖钻机与流程

1.本发明属于工程机械领域，具体涉及一种电液混合驱动方法、系统、动力头及旋挖钻机。


背景技术：

2.旋挖钻机是一种桩工类的成孔作业设备，依靠动力头旋转带动钻具旋转进行钻孔作业。目前动力头采用的驱动技术主要是液压马达驱动，液压马达驱动具有体积小，功率大、响应迅速、便于布置等优点，但是因液压马达存在内泄，压力越高泄漏越大，造成一定的功率损失。
3.随着科技的进步，工程机械电动化逐渐兴起，现有技术中动力头逐渐出现了电机驱动方式，电机驱动具有传动效率高、许用转速高等优点，但也存在启动、停止响应速度慢等不足，旋挖钻机甩土时要求动力头启停反应迅速，电机驱动的弊端逐渐暴露。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电液混合驱动方法、系统、动力头及旋挖钻机，使旋挖钻机动力头具有效率高、扭矩大、甩土性能好的特点。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：第一方面，本发明提供一种电液混合驱动方法，所述方法基于一种电液混合驱动系统，所述系统包括电机驱动单元、液压马达驱动单元和动力头传动箱；所述电机驱动单元、液压马达驱动单元分别与动力头传动箱机械连接，为动力头传动箱提供驱动动力；该方法包括：不需要需要动力头输出较大扭矩和需要动力头甩土时，仅使液压马达驱动单元处于浮动状态，动力头传动箱由电机驱动单元独立驱动；当需要动力头输出较大扭矩时，使电机驱动单元、液压马达驱动单元的浮动状态都解除，动力头传动箱由电机驱动单元、液压马达驱动单元复合驱动；当需要动力头甩土时，仅使电机驱动单元处于浮动状态，动力头传动箱由液压马达驱动单元独立驱动。
5.第二方面，本发明提供一种电液混合驱动系统，该系统包括电机驱动单元、液压马达驱动单元、控制模块和动力头传动箱；所述电机驱动单元、液压马达驱动单元分别与动力头传动箱机械连接，为动力头传动箱提供驱动动力；动力头传动箱用于输出旋转的动力，带动钻具旋转进行钻孔作业；所述控制模块包括电机浮动控制单元和液压马达浮动控制单元；所述电机浮动控制单元通过与电机驱动单元电连接以控制所述电机驱动单元是否处于浮动状态；所述液压马达浮动控制单元通过与液压马达驱动单元液压通过管路连接以控制
所述液压马达驱动单元是否处于浮动状态。
6.进一步的，所述液压马达驱动单元包括马达和减速机；所述马达连接所述减速机和液压马达浮动控制单元，所述减速机连接动力头传动箱。
7.进一步的，所述系统还包括扭矩增强按钮和甩土模式按钮；所述扭矩增强按钮和甩土模式按钮均分别与电机浮动控制单元和液压马达浮动控制单元信号连接；所述扭矩增强按钮能够响应键入动作向控制模块发送扭矩增强信号；所述甩土模式按钮能够响应键入动作向控制模块发送甩土信号；当未接收到扭矩增强信号和甩土信号时，液压马达浮动控制单元使液压马达驱动单元处于浮动状态，电机浮动控制单元使电机驱动单元解除浮动状态，动力头传动箱由电机驱动单元独立驱动；当接收到扭矩增强信号时，液压马达浮动控制单元使液压马达驱动单元解除浮动状态，电机浮动控制单元使电机驱动单元解除浮动状态，动力头传动箱由电机驱动单元、液压马达驱动单元复合驱动；当接收到甩土信号时，液压马达浮动控制单元使液压马达驱动单元解除浮动状态，电机浮动控制单元使电机驱动单元处于浮动状态，动力头传动箱由液压马达驱动单元独立驱动。
8.进一步的，所述液压马达浮动控制单元包括分别与扭矩增强按钮和甩土模式按钮连接的电磁阀；所述电磁阀为两位两通电磁阀；所述电磁阀的1、2口分别与液压马达a、b口用管路连接，电机驱动动力头旋转的过程中，若扭矩增强按钮和甩土模式按钮均未按下，则电磁阀不得电，马达a、b两腔导通，马达处于浮动状态；若扭矩增强按钮或甩土模式按钮其中之一按下，则电磁阀得电，马达a、b两腔不导通，马达浮动状态解除，马达在工作油源作用下驱动动力头旋转。
9.进一步的，所述电机驱动单元包括电机和电机控制器；所述电机连接动力头传动箱；所述电机和电机控制器电连接。
10.进一步的，所述电机浮动控制单元连接在电机控制器中，分别与扭矩增强按钮和甩土模式按钮连接，用于控制电机控制器是否输出电流至电机，从而控制电机是否浮动；甩土模式按钮按下时，电机浮动控制单元控制电机控制器不输出电流，电机浮动；甩土模式按钮未按下时，电机控制器控制正常输出电流，电机不浮动。
11.进一步的，所述控制模块内还设置有应急停止模块；所述应急停止模块还连接有应急停止按钮；所述应急停止模块能够响应应急停止按钮的键入动作，使控制模块紧急停止液压马达驱动单元和电机驱动单元。
12.第三方面，本发明提供一种动力头，包括第二方面所述的任意一项电液混合驱动系统。
13.第四方面，本发明提供一种旋挖钻机，包括第二方面所述的任意一项电液混合驱动系统或者第三方面所述的动力头。
14.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：1、电机驱动替代传统的液压马达驱动，电机的传动效率、最高转速本身就高于液
压马达，从而可使动力头的传动效率提高、工作转速提高。
15.2、在动力头大负载工况时，电机与液压马达可以同时驱动动力头旋转，起到增加动力头扭矩的作用，使动力更加强劲。
16.3、利用液压马达的快速启停特性，使钻具左右旋转停顿时的冲击更有力度，更加有利于动力头甩土。
附图说明
17.图1是本发明的框架示意图。
18.图2是本发明的工况控制图。
19.图3是本发明的液压马达浮动控制单元实施例。
20.图中：3-1、马达；4-1、电磁阀；3-2、减速机。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
22.在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。
23.实施例一：本实施例提供一种电液混合驱动方法，该方法基于一种驱动系统，该系统包括：电机驱动单元、电机浮动控制单元、液压马达驱动单元、液压马达浮动控制单元、动力头传动箱；其中，电机驱动单元、液压马达驱动单元分别与动力头传动箱机械连接，电机驱动单元与电机浮动控制单元之间用电线连接，液压马达驱动单元与液压马达浮动控制单元之间用液压管路连接。
24.本实施例的一种电液混合驱动方法，如图2所示，该方法包括：通常情况下，仅使液压马达驱动单元处于浮动状态，动力头传动箱由电机驱动单元独立驱动；当需要动力头输出较大扭矩时，使两个驱动单元的浮动状态都解除，动力头传动箱由电机驱动单元、液压马达驱动单元复合驱动；当需要动力头甩土时，仅使电机驱动单元处于浮动状态，动力头传动箱由液压马达驱动单元独立驱动。
25.实施例二：本实施例提供一种电液混合驱动系统，如图1所示，该系统包括电机驱动单元、液压马达驱动单元、控制模块和动力头传动箱；电机驱动单元、液压马达驱动单元分别与动力头传动箱机械连接，为动力头传动箱提供驱动动力；动力头传动箱用于输出旋转的动力，带动钻具旋转进行钻孔作业；
控制模块包括电机浮动控制单元和液压马达浮动控制单元；电机浮动控制单元通过与电机驱动单元电连接以控制电机驱动单元是否处于浮动状态；液压马达浮动控制单元通过与液压马达驱动单元液压通过管路连接以控制液压马达驱动单元是否处于浮动状态。
26.具体的，液压马达驱动单元包括马达3-1和减速机3-2；马达3-1连接减速机3-2和液压马达浮动控制单元，减速机3-2连接动力头传动箱。
27.具体的，系统还包括扭矩增强按钮和甩土模式按钮；扭矩增强按钮和甩土模式按钮同时只能按下一个。
28.扭矩增强按钮和甩土模式按钮均分别与电机浮动控制单元和液压马达浮动控制单元信号连接；扭矩增强按钮能够响应键入动作向控制模块发送扭矩增强信号；甩土模式按钮能够响应键入动作向控制模块发送甩土信号；如图2所示：当未接收到扭矩增强信号和甩土信号时，液压马达浮动控制单元使液压马达3-1驱动单元处于浮动状态，电机浮动控制单元使电机驱动单元解除浮动状态，动力头传动箱由电机驱动单元独立驱动；当接收到扭矩增强信号时，液压马达浮动控制单元使液压马达驱动单元解除浮动状态，电机浮动控制单元使电机驱动单元解除浮动状态，动力头传动箱由电机驱动单元、液压马达驱动单元复合驱动；当接收到甩土信号时，液压马达浮动控制单元使液压马达驱动单元解除浮动状态，电机浮动控制单元使电机驱动单元处于浮动状态，动力头传动箱由液压马达驱动单元独立驱动。
29.具体的，液压马达浮动控制单元包括分别与扭矩增强按钮和甩土模式按钮连接的电磁阀4-1；电磁阀4-1为两位两通电磁阀；图3是液压马达浮动控制单元一个实施例，电磁阀4-1的1、2口分别与液压马达3-1的a、b口用管路连接，电机驱动动力头旋转的过程中，若扭矩增强按钮和甩土模式按钮均未按下，则电磁阀4-1不得电，马达3-1的a、b两腔导通，马达3-1处于浮动状态；若扭矩增强按钮或甩土模式按钮其中之一按下，则电磁阀4-1得电，马达3-1的a、b两腔不导通，马达3-1的浮动状态解除，马达3-1在工作油源作用下驱动动力头旋转。
30.电磁阀4-1的1、2口分别与液压马达a、b口用管路连接，电机驱动动力头旋转的过程中，电磁阀4-1不得电时，马达3-1的a、b两腔导通，马达3-1处于浮动状态；电磁阀4-1得电时，马达3-1的a、b两腔不导通，马达3-1的浮动状态解除，马达3-1在工作油源作用下驱动动力头旋转。
31.具体的，电机驱动单元包括电机和电机控制器；电机连接动力头传动箱；电机和电机控制器电连接。
32.具体的，电机浮动控制单元连接在电机控制器中，分别与扭矩增强按钮和甩土模式按钮连接，用于控制电机控制器是否输出电流至电机，从而控制电机是否浮动；甩土模式按钮按下时，电机浮动控制单元控制电机控制器不输出电流，电机浮动；
甩土模式按钮未按下时，电机控制器控制正常输出电流，电机不浮动。
33.另外，为了保护驱动单元的安全，在控制模块内还设置有应急停止模块；应急停止模块还连接有应急停止按钮；应急停止模块能够响应应急停止按钮的键入动作，使控制模块紧急停止液压马达驱动单元和电机驱动单元。
34.当遇到紧急情况时，操作人员可以按下应急停止按钮，使整个机器停止，防止意外事故的发生。
35.实施例三：本实施例提供一种动力头，包括实施例二的电液混合驱动系统。
36.实施例四：本实施例提供一种旋挖钻机，包括上述的任意一项电液混合驱动系统或者实施例三所述的动力头。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
40.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
41.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。