CN114109348B - 一种旋挖钻机的功率控制方法及旋挖钻机 - Google Patents
一种旋挖钻机的功率控制方法及旋挖钻机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及旋挖钻机技术领域,尤其涉及一种旋挖钻机的功率控制方法及旋挖钻机,通过设定发动机在低挡位、中间挡位以及高挡位的扭矩储备值,并依此绘制发动机的转速/扭矩拟合曲线,能够确保发动机的功率不超过允许值,发动机转速不会骤降;通过设定主泵功率控制电流的延迟响应时间以及上升斜率,并依此绘制主泵功率控制电流的斜率曲线,能够避免发动机掉速严重或熄火,并且能够保证机器作业时动作响应迅速;通过在机器作业时获取发动机的工作挡位及辅泵压力,并依此确定辅泵扣除功率,能够确保无论机器进行单动作还是复合动作都能充分利用发动机的功率,同时又能确保主泵输入扭矩不超过允许值,发动机转速不会骤降。
Description
技术领域
本发明涉及旋挖钻机技术领域,尤其涉及一种旋挖钻机的功率控制方法及旋挖钻机。
背景技术
旋挖钻机是用回转斗、短螺旋钻头或其他作业装置,分别采用干法和静态泥浆护壁两种工艺钻进,逐次取土、反复循环作业成孔为基本功能的桩工机械设备,广泛应用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等地基础施工工程。在旋挖钻机中,配备主泵和辅泵,一般工况下只有主泵进行单动作,特殊工况下需要主泵和辅泵进行复合动作。
现有旋挖钻机的功率控制多为通过油门旋钮输出信号给控制器,控制器根据油门位置输出转速信号给发动机,同时输出电磁阀电流值给液压泵,然后液压泵根据不同档位的不同电流值输出所需扭矩。
在现有控制方案的情况下,匹配时如未计算辅泵功率消耗,在执行复合动作时,主泵处于变量区工作,同时辅泵带载荷,此时主泵输入扭矩超过允许值,会使发动机转速骤降,严重时甚至导致主泵轴断裂;如计算辅泵功率消耗,虽然复合动作时扭矩不会超过允许值,但是主泵在执行单动作时由于主泵功率扣除辅泵功率,此时辅泵却处于未工作或轻载工作状态,导致发动机功率利用不充分,动作速度变慢,效率明显降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋挖钻机的功率控制方法及旋挖钻机,能充分利用发动机的功率,同时又能确保主泵输入扭矩不超过允许值,发动机转速不会骤降。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种旋挖钻机的功率控制方法,包括如下步骤:
设定发动机在低挡位、中间挡位以及高挡位的扭矩储备值,并根据设定的扭矩储备值及发动机的转速/扭矩特性曲线绘制主泵的转速/扭矩拟合曲线;
根据发动机的扭矩响应特性曲线确定主泵功率控制电流的延迟响应时间以及上升斜率,使发动机的输出扭矩与主泵所需的扭矩相匹配,并根据确定的所述延迟响应时间以及所述上升斜率绘制主泵功率控制电流的斜率曲线;
将辅泵压力范围划分为多个压力区间,设定发动机各挡位下与各压力区间对应的辅泵扣除功率;
获取发动机的工作挡位以及辅泵的压力,根据发动机的工作挡位得到发动机的转速,再根据发动机的转速以及所述转速/扭矩拟合曲线确定该转速下的主泵功率,同时根据发动机的挡位以及辅泵压力选取对应的辅泵扣除功率;
由对应转速下的主泵功率减去辅泵扣除功率得到主泵实际输出功率,并由主泵实际输出功率以及主泵的功率/电流曲线得出主泵功率控制电流值;
将所述主泵功率控制电流值传输给控制主泵功率的电磁阀,并使所述电磁阀的电流按照所述主泵功率控制电流的斜率曲线上升至所述主泵功率控制电流值。
作为旋挖钻机的功率控制方法的优选技术方案,当发动机的挡位小于等于五档时定义为所述低挡位,当发动机的挡位大于五档且小于十档时定义为所述中间挡位,当发动机的挡位大于等于十档时定义为所述高挡位。
作为旋挖钻机的功率控制方法的优选技术方案,发动机在所述低挡位时,所述扭矩储备值为发动机输出功率的25%;发动机在所述中间挡位时,所述扭矩储备值为发动机输出功率的10%-15%;发动机在所述高挡位时,所述扭矩储备值为发动机输出功率的5%-10%。
作为旋挖钻机的功率控制方法的优选技术方案,在设定发动机在低挡位、中间挡位以及高挡位的扭矩储备值时,根据主泵的压力流量曲线对设定的扭矩储备值进行微调。
作为旋挖钻机的功率控制方法的优选技术方案,根据发动机的扭矩响应特性曲线确定主泵功率控制电流的延迟响应时间以及上升斜率具体为:
将主泵功率控制电流的上升时间定义为T,则T=Td+(It-Ic)/Ra,其中Td为延时时间,Ic为当前电流值,It为目标电流值,Ra为电流上升速率;根据发动机的扭矩响应特性曲线对Td以及Ra不断调节,以使发动机的输出扭矩与主泵所需的扭矩相匹配。
作为旋挖钻机的功率控制方法的优选技术方案,将辅泵压力范围划分为四至六个压力区间。
作为旋挖钻机的功率控制方法的优选技术方案,根据发动机的工作挡位得到发动机的转速具体为:获取发动机的工作挡位,将当前挡位下对应的发动机的预设转速作为发动机转速。
作为旋挖钻机的功率控制方法的优选技术方案,根据发动机的挡位以及辅泵压力选取对应的辅泵扣除功率具体为:判断获取到的辅泵压力所属的对应挡位下的压力区间,将该压力区间内的最大压力值对应的功率作为该压力下的辅泵扣除功率。
一种旋挖钻机,采用如上任一方案所述的旋挖钻机的功率控制方法。
本发明的有益效果:
本发明提供一种旋挖钻机的功率控制方法,通过设定发动机在低挡位、中间挡位以及高挡位的扭矩储备值,并依此绘制发动机的转速/扭矩拟合曲线,能够确保发动机的功率不超过允许值,发动机转速不会骤降;通过设定主泵功率控制电流的延迟响应时间以及上升斜率,并依此绘制主泵功率控制电流的斜率曲线,能够确保主泵的扭矩输出以合适的时间稍稍滞后于发动机的扭矩输出,从而避免发动机掉速严重或熄火,并且能够保证机器作业时动作响应迅速;通过在机器作业时获取发动机的工作挡位及辅泵压力,并依此确定辅泵扣除功率,能够确保无论机器进行单动作还是复合动作都能充分利用发动机的功率,同时又能确保主泵输入扭矩不超过允许值,发动机转速不会骤降。
附图说明
图1是本发明实施例提供的旋挖钻机的功率控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作,而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分,并没有特殊的含义。
如图1所示,本发明实施例提供一种旋挖钻机的功率控制方法,包括如下步骤:
S1、设定发动机在低挡位、中间挡位以及高挡位的扭矩储备值,并根据设定的扭矩储备值及发动机的转速/扭矩特性曲线绘制发动机的转速/扭矩拟合曲线。
具体地,当发动机的挡位小于等于五档时定义为低挡位,当发动机的挡位大于五档且小于十档时定义为中间挡位,当发动机的挡位大于等于十档时定义为高挡位。
更为具体地,低挡位主要应用于行走工况,所需要的扭矩不需要太大,同时考虑到油耗,设定发动机在低挡位时,扭矩储备值为发动机输出功率的25%;中间挡位为常用作业挡位,设定发动机在中间挡位时,扭矩储备值为发动机输出功率的10%-15%;高挡位适用于恶劣工况,需要输出较大扭矩,设定发动机高挡位时,扭矩储备值为发动机输出功率的5%-10%。
优选地,在设定发动机在低挡位、中间挡位以及高挡位的扭矩储备值时,根据主泵的压力流量曲线对设定的扭矩储备值进行微调,以使发动机的功率输出与主泵的功率输出相匹配。
S2、根据发动机的扭矩响应特性曲线确定主泵功率控制电流的延迟响应时间以及上升斜率,使发动机的输出扭矩与主泵所需的扭矩相匹配,并根据确定的延迟响应时间以及上升斜率绘制主泵功率控制电流的斜率曲线。
具体地,将主泵功率控制电流的上升时间定义为T,则T=Td+(It-Ic)/Ra,其中Td为延时时间,Ic为当前电流值,It为目标电流值,Ra为电流上升速率;根据发动机的扭矩响应特性曲线对Td以及Ra不断调节,以使发动机的输出扭矩与主泵所需的扭矩相匹配。在对参数Td以及Ra进行调节时,要保证主泵的扭矩不要先于发动机的扭矩输出,否则会导致发动机掉速严重或者熄火,也要保证主泵的扭矩不要过多的滞后于发动机的扭矩输出,否则会导致机器作业时动作响应迟钝。
S3、将辅泵压力范围划分为多个压力区间,设定发动机各挡位下与各压力区间对应的辅泵扣除功率。
具体地,对于旋挖钻机,其辅泵压力处于一定的范围,通常将辅泵压力范围划分为四至六个压力区间,优选划分为五个压力区间,例如辅泵切断压力32Mpa,则可以将辅泵压力分为五个区域,分别是0-8Mpa、8-13Mpa、13-20Mpa、20-25Mpa、25-32Mpa。发动机在各挡位下,辅泵压力与辅泵吸收的功率具有对应关系。发动机工作于各挡位下,当辅泵压力低于8Mpa时,则可以认为辅泵吸收的功率较小,基本上可以忽略不计,因此此时辅泵扣除功率可以为零。对于辅泵压力的其他区间,也可设置各挡位下对应的辅泵扣除功率,例如发动机工作于一挡状态下,辅泵压力处于8-13Mpa时,可将辅泵压力为13Mpa时辅泵吸收的功率设置为辅泵压力处于8-13Mpa区间、发动机工作于一挡下时的辅泵扣除功率。以此类推,可设定发动机工作于各挡位下、辅泵压力处于不同区间下的辅泵扣除功率。辅泵扣除功率是在对应的发动机挡位、辅泵压力区间下辅泵可吸收的消耗,其可以是在该辅泵压力区间中可吸收功率的最大值。
S4、获取发动机的工作挡位以及辅泵的压力,根据发动机的工作挡位得到发动机的转速,再根据发动机的转速以及主泵的转速/扭矩拟合曲线确定该转速下的主泵功率,同时根据发动机的工作挡位以及辅泵压力得到对应的辅泵扣除功率。
具体地,在旋挖钻机中,设置有调节发动机挡位的挡位旋钮,通过挡位旋钮能够调节发动机的工作挡位,在每个工作挡位,设置有一个预设转速。在获取到发动机的工作挡位,将当前挡位下对应的发动机的预设转速作为发动机转速来确定主泵功率。
具体地,在获取到发动机的工作挡位以及辅泵的压力后,判断获取到的辅泵压力所属的对应挡位下的压力区间,将该压力区间内的最大压力值对应的功率作为该压力下的辅泵扣除功率。
S5、由对应转速下的主泵功率减去辅泵扣除功率得到主泵实际输出功率,并由主泵实际输出功率以及主泵的功率/电流曲线得到主泵功率控制电流值。
通过上述控制方法,无论旋挖钻机进行单动作还是复合动作都能充分利用发动机的功率,同时又能确保主泵输入扭矩不超过允许值,发动机转速不会骤降。
S6、将主泵功率控制电流值传输给控制主泵功率的电磁阀,并使电磁阀的电流按照主泵功率控制电流的斜率曲线上升至上述主泵功率控制电流值。
在主泵功率控制电流控制下,主泵的吸收功率与辅泵扣除功率的和值不会大于发动机功率,或者和值与发动机功率较为接近,不会致使发动机转速骤降。
本发明实施例还提供一种旋挖钻机,采用如上所述的旋挖钻机的功率控制方法。通过采用上述功率控制方法,能够解决发动机掉速大或者发动机熄火的问题,使得发动机的掉速情况得到了改善。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种旋挖钻机的功率控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
设定发动机在低挡位、中间挡位以及高挡位的扭矩储备值,并根据设定的扭矩储备值及发动机的转速/扭矩特性曲线绘制主泵的转速/扭矩拟合曲线;
根据发动机的扭矩响应特性曲线确定主泵功率控制电流的延迟响应时间以及上升斜率,使发动机的输出扭矩与主泵所需的扭矩相匹配,并根据确定的所述延迟响应时间以及所述上升斜率绘制主泵功率控制电流的斜率曲线;
将辅泵压力范围划分为多个压力区间,设定发动机各挡位下与各压力区间对应的辅泵扣除功率;
获取发动机的工作挡位以及辅泵的压力,根据发动机的工作挡位得到发动机的转速,再根据发动机的转速以及所述转速/扭矩拟合曲线确定该转速下的主泵功率,同时根据发动机的挡位以及辅泵压力选取对应的辅泵扣除功率;
由对应转速下的主泵功率减去辅泵扣除功率得到主泵实际输出功率,并由主泵实际输出功率以及主泵的功率/电流曲线得出主泵功率控制电流值;
将所述主泵功率控制电流值传输给控制主泵功率的电磁阀,并使所述电磁阀的电流按照所述主泵功率控制电流的斜率曲线上升至所述主泵功率控制电流值;
根据发动机的挡位以及辅泵压力选取对应的辅泵扣除功率具体为:判断获取到的辅泵压力所属的对应挡位下的压力区间,将该压力区间内的最大压力值对应的功率作为该压力下的辅泵扣除功率。
2.根据权利要求1所述的旋挖钻机的功率控制方法,其特征在于,当发动机的挡位小于等于五档时定义为所述低挡位,当发动机的挡位大于五档且小于十档时定义为所述中间挡位,当发动机的挡位大于等于十档时定义为所述高挡位。
3.根据权利要求1所述的旋挖钻机的功率控制方法,其特征在于,发动机在所述低挡位时,所述扭矩储备值为发动机输出功率的25%;发动机在所述中间挡位时,所述扭矩储备值为发动机输出功率的10%-15%;发动机在所述高挡位时,所述扭矩储备值为发动机输出功率的5%-10%。
4.根据权利要求1所述的旋挖钻机的功率控制方法,其特征在于,在设定发动机在低挡位、中间挡位以及高挡位的扭矩储备值时,根据主泵的压力流量曲线对设定的扭矩储备值进行微调。
5.根据权利要求1所述的旋挖钻机的功率控制方法,其特征在于,根据发动机的扭矩响应特性曲线确定主泵功率控制电流的延迟响应时间以及上升斜率具体为:
将主泵功率控制电流的上升时间定义为T,则T=Td+(It-Ic)/Ra,其中Td为延时时间,Ic为当前电流值,It为目标电流值,Ra为电流上升速率;根据发动机的扭矩响应特性曲线对Td以及Ra不断调节,以使发动机的输出扭矩与主泵所需的扭矩相匹配。
6.根据权利要求1所述的旋挖钻机的功率控制方法,其特征在于,将辅泵压力范围划分为四至六个压力区间。
7.根据权利要求1所述的旋挖钻机的功率控制方法,其特征在于,根据发动机的工作挡位得到发动机的转速具体为:获取发动机的工作挡位,将当前挡位下对应的发动机的预设转速作为发动机转速。
8.一种旋挖钻机,其特征在于,采用如权利要求1-7任一项所述的旋挖钻机的功率控制方法。
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