混合动力旋挖钻机及其液压系统、液压系统的控制方法与流程

1.本发明涉及桩工基础施工设备领域，特别是涉及一种混合动力旋挖钻机及其液压系统、液压系统的控制方法。


背景技术：

2.液压系统作为一种传动技术，其能产生很大的作用力，且能在很宽的范围内无级调速，操作性能好，已被广泛应用于各个领域。
3.目前旋挖钻机的液压系统主要有以下三种：
4.第一种是柴油机直接驱动液压泵的全液压驱动形式。第一种方案中发动机输出功率波动较大不能工作在最佳经济区间；还有在钻具下放和制动时的势能和动能都以液压系统发热的形式耗散，造成液压系统温度升高，且液压系统温度升高后需进行外力散热，需增加额外的耗能进行液压系统散热；再有就是当液压系统待命时仍然需要驱动液压泵转动，此时发动机做无用功。
5.第二种是泵组、动力头、主卷扬等主要作业部件采用电机直驱，对于不常作业部件仍使用液压系统驱动，且液压系统及驱动液压系统的主泵电机通过离合器与发动机连接，从发动机取力，并根据不同的需求进行发动机和动力电池组的功率分配。第二种方案中副液压系统仍然由发动机驱动，由于液压系统功率需求波动较大导致发动机不能工作最佳经济区间；并且发动机不驱动发电机给动力电池组充电，动力电池组通过动力电缆充电，不方便旋挖钻机进行移动和转场，大大限制了旋挖钻机的灵活性。
6.第三种是发动机通过分动箱与发电机和液压泵联结，由控制器控制动力输出，当主泵工作时发动机驱动液压泵，当液压系统待命时发动机驱动发电机给动力电池组充电，主卷扬由电机驱动，电能来自于动力电池组。第三种方案中由于分动箱结构复杂，工作模式较多，所以故障率较高。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种混合动力旋挖钻机及其液压系统、液压系统的控制方法，能解决上述的技术问题。
8.本发明提供一种混合动力旋挖钻机的液压系统，包括发动机、与所述发动机连接的发电机，还包括电机组、主泵、副泵、主液压系统、副液压系统、主卷扬、动力头和控制组件；所述电机组包括与所述发电机电连接的主泵电机、副泵电机、主卷扬电机、第一动力头电机和第二动力头电机；所述主泵电机驱动所述主泵，所述副泵电机驱动所述副泵，所述主卷扬电机驱动所述主卷扬，所述第一动力头电机和所述第二动力头电机驱动所述动力头；所述主泵连接至所述主液压系统，所述副泵连接至所述副液压系统；所述电机组、所述主液压系统、所述副液压系统均与所述控制组件信号连接；所述控制组件用于发送控制信号至所述电机组、所述主液压系统和所述副液压系统用于使旋挖钻机中各执行元件执行相应的动作。
9.进一步地，所述控制组件包括电机控制器、主控制器和操作手柄；所述电机控制器、所述操作手柄、所述主液压系统和所述副液压系统均与所述主控制器连接，所述电机组中的所述主泵电机、所述副泵电机、所述主卷扬电机、所述第一动力头电机和所述第二动力头电机均与所述电机控制器信号连接；所述操作手柄输出控制信号至所述主控制器，所述主控制器经处理后将控制信号选择性地传输给所述主液压系统、所述副液压系统或所述电机控制器；所述电机控制器根据控制信号控制所述电机组中各电机的启动与关闭。
10.进一步地，所述主液压系统包括主阀，与所述主阀相连的左行走马达、右行走马达和副卷扬马达；所述主泵和所述主控制器均连接至所述主阀。
11.进一步地，所述主卷扬电机通过第一减速机连接至所述主卷扬，所述第一动力头电机通过第二减速机连接至所述动力头，所述第二动力头电机通过第三减速机连接至所述动力头；所述液压系统还包括先导泵，所述先导泵连接至所述主阀和所述第一减速机，用于为所述主阀提供先导液压油以及为所述第一减速机提供制动液压油。
12.进一步地，所述控制组件包括电机控制器、电控操作手柄和液压操作手柄；所述电控操作手柄与所述电机控制器信号连接，所述电机组中的所述主泵电机、所述副泵电机、所述主卷扬电机、所述第一动力头电机和所述第二动力头电机均与所述电机控制器信号连接，与所述主液压系统和所述副液压系统均与所述液压操作手柄信号连接。
13.进一步地，所述主液压系统包括主阀，与所述主阀相连的左行走马达、右行走马达和副卷扬马达；所述主泵和所述液压操作手柄均连接至所述主阀。
14.进一步地，所述主卷扬电机通过第一减速机连接至所述主卷扬，所述第一动力头电机通过第二减速机连接至所述动力头，所述第二动力头电机通过第三减速机连接至所述动力头；所述液压系统还包括先导泵，所述先导泵连接至所述主阀、所述液压操作手柄和所述第一减速机，用于为所述主阀和所述液压操作手柄提供先导液压油以及为所述第一减速机提供制动液压油。
15.进一步地，还包括动力电池组，所述发动机驱动所述发电机给所述动力电池组充电，所述电机组中的所述主泵电机、所述副泵电机、所述主卷扬电机、所述第一动力头电机和所述第二动力头电机均与所述动力电池组电连接。
16.本发明还提供一种混合动力旋挖钻机的液压系统的控制方法，用于控制上述的混合动力旋挖钻机的液压系统，所述控制方法包括：利用控制组件发送控制信号至电机组、主液压系统和副液压系统，以使旋挖钻机中各执行元件执行相应的动作。
17.本发明还提供一种混合动力旋挖钻机，包括上述的混合动力旋挖钻机的液压系统。
18.本发明提供的混合动力旋挖钻机及其液压系统及该液压系统的控制方法，具有以下有益效果：
19.1、发动机驱动发电机发电，可以一直工作在最佳经济区间，工作效率较高，能耗较低。
20.2、由电机驱动主卷扬和动力头，结构更加简单，故障率更低。
21.3、可根据旋挖钻机工作情况，适时控制主泵电机、副泵电机、主卷扬电机、第一动力头电机、第二动力头电机启停，有效降低整机系统能耗和发热。
22.4、由操作手柄进行控制，操作手柄输出的控制信号可直接或由主控制器中处理后
输出至液压系统和电机控制器实现需要的动作，操作更简便，可以减轻操作人员的劳动强度和复杂性。
23.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述混合动力旋挖钻机及其液压系统、液压系统的控制方法的其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明。
附图说明
24.图1本发明第一实施例的混合动力旋挖钻机的液压系统的示意图。
25.图2本发明第二实施例的混合动力旋挖钻机的液压系统的示意图。
具体实施方式
26.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的混合动力旋挖钻机及其液压系统、液压系统的控制方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
27.有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合参考图的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
28.【第一实施例】
29.图1本发明第一实施例的混合动力旋挖钻机的液压系统的结构示意图，如图1所示，混合动力旋挖钻机的液压系统包括发动机11、与发动机11连接的发电机12，以及电机组20、主泵31、副泵32、主液压系统40、副液压系统50、主卷扬61、动力头62和控制组件80。本实施例中，主泵31和副泵32均为液压泵。
30.电机组20包括与发电机12电连接的主泵电机21、副泵电机22、主卷扬电机23、第一动力头电机24和第二动力头电机25。主泵电机21、副泵电机22、主卷扬电机23、第一动力头电机24和第二动力头电机25均为电动机。
31.主泵电机21驱动主泵31，主泵31连接至主液压系统40。
32.本实施例中，主液压系统40包括主阀41，与主阀41相连的左行走马达42、右行走马达43和副卷扬马达44等执行元件，用于实现旋挖钻机行走、副卷扬收放等动作。其中，主泵31连接至主液压系统40的主阀41。
33.副泵电机22驱动副泵32，副泵32连接至副液压系统50。副液压系统50中设有副阀(图未绘示)，副泵32通过副阀驱动副液压系统50，副液压系统50包括加压油缸、液压马达等执行元件，用于实现变幅、桅杆、加压、吊锚架及上车回转等动作。
34.主卷扬电机23驱动主卷扬61，主卷扬61用于提拉钻杆、钻具等。
35.第一动力头电机24和第二动力头电机25驱动动力头62；动力头62用于提供扭矩作用于钻杆和钻具上。
36.电机组20中的各电机、主液压系统40、副液压系统50均与控制组件80信号连接。控制组件80用于发送控制信号至电机组20中的各电机、主液压系统40和副液压系统50用于使
旋挖钻机中各执行元件执行相应的动作，最终实现旋挖钻机的单动动作或复合动作等。
37.本实施例中，控制组件80包括电机控制器14、主控制器15和操作手柄16。其中，电机控制器14、操作手柄16、主液压系统40的主阀41、副液压系统50均与主控制器15连接，电机组20中的主泵电机21、副泵电机22、主卷扬电机23、第一动力头电机24和第二动力头电机25均与电机控制器14信号连接。操作手柄16输出控制信号至主控制器15，主控制器15经处理后将控制信号选择性地传输给主液压系统40、副液压系统50或电机控制器14，电机控制器14根据控制信号控制电机组20中各电机的启动与关闭，通过电机组20与液压系统40、副液压系统50配合，实现旋挖钻机中各执行元件的动作。
38.本发明的混合动力旋挖钻机的液压系统中，主卷扬61和动力头62等主作业部件采用电机直驱，省去了液压泵、液压马达、液压管路等一系列液压传动，结构简单，故障率更低，提升了系统整体效率。
39.本实施例中，主卷扬电机23通过第一减速机71连接至主卷扬61，第一动力头电机24通过第二减速机72连接至动力头62，第二动力头电机25通过第三减速机73连接至动力头62。
40.进一步地，主阀41为液控阀，该液压系统还包括先导泵33，先导泵33连接至主阀41和第一减速机71，用于为主阀41提供先导液压油以及为第一减速机71提供制动液压油。其它实施例中，主阀也可使用电控阀，第一减速机71也可采用其它制动方式，如电磁制动。
41.进一步地，混合动力旋挖钻机的液压系统还包括动力电池组13，发动机11驱动发电机13给动力电池组13充电，电机组20中的主泵电机21、副泵电机22、主卷扬电机23、第一动力头电机24和第二动力头电机25均与动力电池组13电连接。发动机只驱动发电机给电池组充电，不直接驱动液压泵。
42.上述的混合动力旋挖钻机的液压系统的控制方法为：利用控制组件80发送控制信号至电机组20、主液压系统40和副液压系统50，以使旋挖钻机中各执行元件执行相应的动作，用于实现旋挖钻机的单动动作或复合动作。
43.具体到本实施例中，当旋挖钻机进行打孔作业时，主泵31和主液压系统40不工作，操作手柄16发送动作信号至主控制器15，主控制器15经处理后发送控制信号至电机控制器14关闭主泵电机21，同时启动副泵电机22、主卷扬电机23、第一动力头电机24和第二动力头电机25，主控制器15还输出控制信号至副液压系统50，副液压系统50的加压油缸配合动力头62进行加压。当旋挖钻机需要行走时，控制组件80中的操作手柄16输出行走信号至主控制器15，主控制器15经处理后发送控制信号至电机控制器14启动主泵电机21，同时启动副泵电机22低功率工作驱动先导泵33，副液压系统50其他执行元件不动作，控制组件80的主控制器15同时还将控制信号输出至主液压系统40，控制各行走阀换向以实现旋挖钻机行走。
44.【第二实施例】
45.图2本发明第二实施例的混合动力旋挖钻机的液压系统的结构示意图，如图2所示，第二实施例的混合动力旋挖钻机的液压系统与第一实施例具有以下不同之处：
46.控制组件80包括电机控制器14、电控操作手柄17和液压操作手柄18；其中，电控操作手柄17与电机控制器14信号连接，电机组20中的主泵电机21、副泵电机22、主卷扬电机23、第一动力头电机24和第二动力头电机25均与电机控制器14信号连接，与主液压系统40
和副液压系统50均与液压操作手柄18信号连接。
47.主泵31和液压操作手柄18均连接至主阀41。
48.先导泵33连接至主阀41、液压操作手柄18和第一减速机71，用于为主阀41和液压操作手柄18提供先导液压油以及为第一减速机71提供制动液压油。
49.本实施例的混合动力旋挖钻机的液压系统使用液压操作手柄控制主液压系统40和副液压系统50，由先导泵33提供液压油进入液压操作手柄，液压操作手柄控制先导液压油进入主液压系统40和副液压系统50，从而实现需要的动作，而各电机仍由一个电控操作手柄进行控制。
50.本实施例混合动力旋挖钻机的液压系统的控制方法具体为：当旋挖钻机进行打孔作业时，主泵31和主液压系统40不工作，电控操作手柄17发送控制信号至电机控制器14关闭主泵电机21，同时启动副泵电机22、主卷扬电机23、第一动力头电机24和第二动力头电机25，液压操作手柄18输出控制信号至副液压系统50，副液压系统50的加压油缸配合动力头62进行加压。当旋挖钻机需要行走时，电控操作手柄17发送控制信号至电机控制器14启动主泵电机21，同时启动副泵电机22低功率工作驱动先导泵33，副液压系统50其他执行元件不动作，液压操作手柄18将控制信号输出至主液压系统40，控制各行走阀换向以实现旋挖钻机行走。
51.本发明的有益效果是：
52.1、发动机驱动发电机发电，可以一直工作在最佳经济区间，工作效率较高，能耗较低。
53.2、由电机驱动主卷扬和动力头，结构更加简单，故障率更低。
54.3、可根据旋挖钻机工作情况，适时控制主泵电机、副泵电机、主卷扬电机、第一动力头电机、第二动力头电机启停，有效降低整机系统能耗和发热。
55.4、由操作手柄进行控制，操作手柄输出的控制信号可直接或由主控制器中处理后输出至液压系统和电机控制器实现需要的动作，操作更简便，可以减轻操作人员的劳动强度和复杂性。
56.本发明还涉及一种混合动力旋挖钻机，包括上述的混合动力旋挖钻机的液压系统。该混合动力旋挖钻机的其它结构为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
57.以上对本发明所提供的混合动力旋挖钻机及其液压系统、液压系统的控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。