一种提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统及方法，控制系统包括：控制部件、发动机和至少一个用于为动力头执行部件供油的主泵，发动机与主泵连接，控制部件能够将基于发动机扭矩得到的控制电流与基于发动机功率曲线得到的目标电流进行整合，以对主泵进行控制。本发明专利技术的控制系统能够尽量避免转速波动对控制效果的影响，同时减少在旋挖钻机工作过程中的发动机掉速值，保持发动机工作稳定性，从而改善钻进作业的稳定性；从而可以较好地解决旋挖钻机发动机和液压泵功率匹配的问题，使液压泵能够充分利用发动机功率，不仅可以提高旋挖钻机钻孔的作业效率，同时使发动机运行在燃油经济区域，最大化的合理利用发动机功率，减少能源浪费。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及作业机械控制
，尤其涉及一种提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统及方法。
技术介绍
旋挖钻机动力头系统是指旋挖钻机钻孔作业时驱动动力头回转进给，进而带动钻杆和钻头工作的整个动力驱动系统，包括发动机、液压泵、多路阀、动力头马达、动力头、钻杆和钻头等。旋挖钻机钻孔作业过程中动力传递路线为发动机通过联轴器带动液压泵旋转，液压泵输出的流量经过多路阀后驱动动力头马达，动力头马达通过减速机增大扭矩带动钻杆，钻杆的转动带动钻头工作。在动力头进行钻进作业的过程中，由于受到土质、岩石等影响，负载会出现大幅度的波动，因此现有旋挖钻机动力系统一般采用相比液压泵较大的发动机装机功率，以增强旋挖钻机在负载急剧变化时工作的稳定性，但采用装机功率较大的发动机使整机成本上升，同时也造成了发动机功率浪费。如旋挖钻机采用较小装机功率的发动机，在旋挖钻机工作过程中，由于负载较大，发动机掉速较大并且容易出现熄火现象，对旋挖钻机钻孔作业及发动机寿命产生很大影响。为了尽量减少旋挖钻机动力头系统在工作时发动机功率的浪费，一般采用功率匹配系统来使工程机械中发动机和液压泵功率匹配，从而使液压泵能充分利用发动机功率，同时使发动机运行在燃油经济区域，从而最大化地合理利用发动机能量。传统的功率匹配调节方法，大多需要检测发动机转速运行情况，根据发动机掉速来控制液压泵的吸收功率，以减小发动机的功率储备，从而防止发动机过载。在发动机的功率与液压泵功率实时调节时，需要根据工况进行分类，将发动机划分不同的工作区间，相应地调节泵的吸收功率，使发动机稳定运行在目标工作点附近。考虑到发动机转速自身波动特性的影响，现有方案必须在检测掉速的过程中，给定一个较大的参考设定值，即当检测到发动机的目标转速与实际转速的差值达到某一参考设定值以后，才对变量泵的功率进行控制，这样的控制方法无形中扩大了检测掉速的范围，同时带来了严重的控制滞后性，从而增加了控制难度。同时现有方案一般采用分档模式控制，不同档位采用不同液压泵电流进行功率匹配，控制电流在主泵功率不大于发动机功率时一般不变，考虑到负载波动情况，一般不同模式下主泵功率远小于发动机功率，同时主泵双弹簧拟合恒功率特性并不能保持功率恒定，尤其在负载较大时功率下降幅度较大，因此现有技术方案在解决功率匹配方面进一步受到了限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统及方法，能够在旋挖钻机动力头系统工作的过程中，使控制动力头执行部件的液压泵更加合理地利用发动机的功率。为实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统，包括：控制部件1、发动机8和至少一个用于为动力头执行部件17供油的主泵，所述发动机8与所述主泵连接，所述控制部件1能够将基于所述发动机8扭矩得到的控制电流与基于所述发动机8功率曲线得到的目标电流进行整合，以对所述主泵进行控制。进一步地，所述发动机8上设有电控单元4，所述控制部件1能够通过所述电控单元4获取所述发动机8的实际扭矩百分比，并根据所述实际扭矩百分比与预设的极限扭矩百分比之间的偏差得到所述控制电流。进一步地，所述控制部件1包括PID控制单元19，所述PID控制单元19能够对所述实际扭矩百分比与所述极限扭矩百分比的偏差进行PID控制以得到所述控制电流。进一步地，还包括用于检测所述主泵的工作压力的检测部件，所述控制部件1能够根据所述主泵的工作压力和所述发动机8的极限扭矩得到所述目标电流，所述极限扭矩通过所述发动机8的功率曲线的最大扭矩乘以所述极限扭矩百分比得到。进一步地，还包括用于为其它执行部件18供油的副泵11，所述副泵11与所述主泵同轴设置，所述检测部件还用于检测所述副泵11的工作压力，所述控制部件1能够根据所述主泵的工作压力、所述副泵11的工作压力和所述发动机8的极限扭矩得到所述目标电流。进一步地，还包括功率调节器5和正控制口调节器6，所述控制部件1能够根据整合后的电流通过所述功率调节器5和/或所述正控制口调节器6对所述主泵进行控制。进一步地，还包括比例减压阀，所述控制部件1能够将整合后的电流输出给所述比例减压阀，并通过所述功率调节器5对所述主泵进行功率控制和/或通过所述正控制口调节器6对所述主泵进行排量控制。为实现上述目的，本专利技术第二方面提供了一种提高旋挖钻机动力头工作速度的控制方法，包括：基于发动机8的扭矩得到控制电流；基于所述发动机8的功率曲线得到目标电流；将所述控制电流与所述目标电流进行整合；根据整合后的电流对主泵进行控制。进一步地，所述基于发动机8扭矩得到控制电流的步骤具体包括：获取所述发动机8的实际扭矩百分比；根据所述实际扭矩百分比与预设的极限扭矩百分比的偏差得到控制电流。进一步地，所述根据所述实际扭矩百分比与预设的极限扭矩百分比的偏差得到控制电流的步骤具体包括：对所述实际扭矩百分比与所述极限扭矩百分比的偏差进行PID控制得到控制电流。进一步地，所述基于所述发动机8的功率曲线得到的目标电流的步骤具体包括：根据所述发动机8的功率曲线的最大扭矩乘以所述极限扭矩百分比得到极限扭矩；检测所述主泵的工作压力；根据所述主泵的工作压力和所述发动机8的极限扭矩得到所述目标电流。进一步地，所述基于所述发动机8的功率曲线得到的目标电流的步骤具体包括：根据所述发动机8的功率曲线的最大扭矩乘以所述极限扭矩百分比得到极限扭矩；检测所述主泵和与所述主泵连接的副泵11的工作压力；根据所述主泵的工作压力、所述副泵11的工作压力和所述发动机8的极限扭矩得到所述目标电流。进一步地，所述根据整合后的电流对主泵进行控制的步骤具体包括：将整合后的电流输出给比例减压阀；通过所述比例减压阀对功率调节器5进行功率控制；通过所述比例减压阀对正控制口调节器进行排量控制；将所述功率调节器5对应的排量与所述正控制口调节器对应的排量进行对比，选取对应排量较小的控制方式对所述主泵进行控制。进一步地，还包括：根据所述发动机8的不同转速，预设相应的所述极限扭矩百分比。基于上述技术方案，本专利技术实施例的旋挖钻机动力头工作速度的控制系统，能够尽量避免转速波动对控制效果的影响，同时减少在旋挖钻机工作过程中的发动机掉速值，以保持发动机工作稳定性，从而改善钻进作业的稳定性；而且能够较好地解决旋挖钻机发动机和液压泵功率匹配的问题，使液压泵充分利用发动机功率，不仅可以提高旋挖钻机钻孔的作业效率，同时可使发动机运行在燃油经济区域，最大化的合理利用发动机功率，减少能源浪费。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统的一个实施例的硬件结构框图；图2为本专利技术提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统的一个实施例的控制原理图；图3为在旋挖钻机动力头系统的一个实施例中发动机极限扭矩曲线示意图；图4为旋挖钻机动力头系统的一个实施例中旋挖钻机主泵的功率曲线示意图；图5为旋挖钻机动力头系统的一个实施例中旋挖钻机主泵的功率拟合曲线示意图；图6为本专利技术提高旋挖钻机动力头工作速度的控制方法的一个实施例的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统，其特征在于，包括：控制部件(1)、发动机(8)和至少一个用于为动力头执行部件(17)供油的主泵，所述发动机(8)与所述主泵连接，所述控制部件(1)能够将基于所述发动机(8)扭矩得到的控制电流与基于所述发动机(8)功率曲线得到的目标电流进行整合，以对所述主泵进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统，其特征在于，包括：控制部件(1)、发动机(8)和至少一个用于为动力头执行部件(17)供油的主泵，所述发动机(8)与所述主泵连接，所述控制部件(1)能够将基于所述发动机(8)扭矩得到的控制电流与基于所述发动机(8)功率曲线得到的目标电流进行整合，以对所述主泵进行控制。2.根据权利要求1所述的提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统，其特征在于，所述发动机(8)上设有电控单元(4)，所述控制部件(1)能够通过所述电控单元(4)获取所述发动机(8)的实际扭矩百分比，并根据所述实际扭矩百分比与预设的极限扭矩百分比之间的偏差得到所述控制电流。3.根据权利要求2所述的提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统，其特征在于，所述控制部件(1)包括PID控制单元(19)，所述PID控制单元(19)能够对所述实际扭矩百分比与所述极限扭矩百分比的偏差进行PID控制以得到所述控制电流。4.根据权利要求2所述的提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统，其特征在于，还包括用于检测所述主泵的工作压力的检测部件，所述控制部件(1)能够根据所述主泵的工作压力和所述发动机(8)的极限扭矩得到所述目标电流，所述极限扭矩通过所述发动机(8)的功率曲线的最大扭矩乘以所述极限扭矩百分比得到。5.根据权利要求4所述的提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统，其特征在于，还包括用于为其它执行部件(18)供油的副泵(11)，所述副泵(11)与所述主泵同轴设置，所述检测部件还用于检测所述副泵(11)的工作压力，所述控制部件(1)能够根据所述主泵的工作压力、所述副泵(11)的工作压力和所述发动机(8)的极限扭矩得到所述目标电流。6.根据权利要求1所述的提高旋挖钻机动力头工作速度的控制
\t系统，其特征在于，还包括功率调节器(5)和正控制口调节器(6)，所述控制部件(1)能够根据整合后的电流通过所述功率调节器(5)和/或所述正控制口调节器(6)对所述主泵进行控制。7.根据权利要求6所述的提高旋挖钻机动力头工作速度的控制系统，其特征在于，还包括比例减压阀，所述控制部件(1)能够将整合后的电流输出给所述比例减压阀，并通过所述功率调节器(5)对所述主泵进行功率控制和/或通过所述正控制口调节器(6)对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙辉，郜星，刘凯磊，
申请(专利权)人：徐工集团工程机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32