一种主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统、方法及旋挖钻机与流程

1.本发明涉及一种主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统、方法及旋挖钻机，属于工程机械技术领域。


背景技术：

2.旋挖钻机是一种桩工类的成孔作业设备，在某些施工领域，要求进行螺旋成桩作业，即旋挖钻机在进行动力头旋转作业的同时，要求主卷扬进行提升作业，钻头圆周方向有凸起的结构，会随着钻头的旋转和上升在孔壁上形成螺旋状的凹坑，在浇注混凝土时直接将其填满。
3.进行螺旋成桩作业，最关键的是钻头的旋转和上升速度的匹配，要使形成的螺旋状凹坑螺距规则、均匀，就必须使钻头的旋转速度与上提速度始终保持恒定的倍率关系。这就要求旋挖钻机具有以下功能要求：一、主卷扬速度与动力头转速实时匹配，二、需要根据不同的成桩螺距要求实现二者匹配关系可调，三、当钻头负载发生变化引起动力头转速波动时，主卷扬速度及时随之进行自动调整，四、主卷扬速度与动力头转速的倍率必须时刻恒定，且精度要高。
4.现有技术中，在实际作业时，机手一边操作手柄一使动力头旋转，一边操作手柄二使主卷扬上提，人为掌控手柄的开度，很难使主卷扬速度与动力头转速保持恒定的匹配关系，形成的螺旋桩形很不规则，基本无法满足施工要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统、方法及旋挖钻机，能够实现主卷扬速度与动力头转速实时匹配，降低人为操作难度，提高工作效率。
6.为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：第一方面，本发明提供一种主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统，包括第一换向阀、第二换向阀、泵一、泵二、主卷扬马达、动力头马达和控制器，泵一用于通过第一换向阀向主卷扬马达供油，泵二用于通过第二换向阀向动力头马达供油，所述系统还包括：第一旋钮、第二旋钮、第一比例减压阀和第二比例减压阀；所述第一旋钮，用于通过控制第一比例减压阀向第一换向阀输出先导压力，以设定动力头转速，所述动力头转速标记为n；所述第二旋钮，用于设定主卷扬速度与动力头转速之间的倍率，所述主卷扬速度标记为
ʋ
，所述倍率标记为δ；所述控制器，用于根据动力头转速及设定的倍率，控制第二比例减压阀向泵二输出反馈压力，使主卷扬速度满足
ʋ
=δ
×
n，实现主卷扬速度与动力头转速实时匹配，用以进行螺旋成桩。
7.作为一种优选实施方式，所述控制器电连接有压力继电器，所述压力继电器连接有第二手柄，所述压力继电器用于监测第二手柄是否开启。
8.作为一种优选实施方式，所述控制器电连接有螺旋成桩模式开关，所述螺旋成桩模式开关用于控制螺旋成桩模式的启停。
9.作为一种优选实施方式，所述第一比例减压阀与第一换向阀之间设有第一梭阀，所述第一梭阀上连接有第一手柄，所述第一梭阀用于实现第一换向阀的手动或自动换向。
10.作为一种优选实施方式，所述第二比例减压阀与第二换向阀之间设有第二梭阀，所述第二梭阀与泵二连接，所述第二梭阀用于将第二比例减压阀的输出压力信号或第二换向阀的反馈压力信号反馈至泵二。
11.作为一种优选实施方式，所述控制器还电连接有用于实时检测动力头转速的第一转速传感器和用于实时检测主卷扬速度的第二转速传感器。
12.第二方面，本发明提供一种螺旋成桩方法，采用所述主卷扬速度与动力头转速实时匹配的系统，包括如下步骤：控制器获取第一旋钮控制第一比例减压阀向第一换向阀输出的先导压力时，设定的动力头转速n；控制器获取第二旋钮设定的主卷扬速度与动力头转速之间的倍率δ；控制器根据动力头转速及设定的倍率，控制第二比例减压阀向泵二输出反馈压力，以实时调节主卷扬速度
ʋ
，使主卷扬速度实时地满足v=δ
×
n，实现主卷扬速度与动力头转速实时匹配。
13.作为一种优选实施方式，所述控制器获取第二旋钮设定的主卷扬速度v与动力头转速n之间的倍率δ后，还包括如下步骤：控制器获取到压力继电器监测的第二手柄的启停状态；控制器获取到第一转速传感器实时检测的动力头转速和第二转速传感器实时检测的主卷扬速度；控制器获取到螺旋成桩模式开关的启停状态。
14.作为一种优选实施方式，当第二手柄为开启状态，同时，螺旋成桩模式开关为开启状态时，控制器控制第二比例减压阀向泵二输出反馈压力，实时调节主卷扬速度，使主卷扬速度实时地满足v=δ
×
n，实现主卷扬速度与动力头转速实时匹配。
15.当第二手柄为关闭状态，或者，螺旋成桩模式开关为关闭状态时，控制器控制第二比例减压阀，使第二比例减压阀中断向泵二输出反馈压力。
16.第三方面，本发明还提供一种旋挖钻机，包括所述主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统。
17.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：1、本发明提供的一种主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统，包括泵一、泵二、主卷扬马达、动力头马达、控制器、第一旋钮、第二旋钮、第一比例减压阀和第二比例减压阀等，所述第一旋钮能够用于通过控制第一比例减压阀向第一换向阀输出先导压力，以设定动力头转速，所述第二旋钮能够用于设定主卷扬速度与动力头转速之间的倍率，所述控制器能够用于根据动力头转速及设定的倍率，控制第二比例减压阀向泵二输出反馈压力，以实时调节主卷扬速度，使主卷扬速度与动力头转速实时匹配，从而降低人为操作难
度，提高工作效率。
18.2、本发明提供的一种螺旋成桩方法，采用所述主卷扬速度与动力头转速实时匹配的系统，控制器通过获取动力头转速，并根据动力头转速及设定的倍率，控制第二比例减压阀向泵二输出反馈压力，以实时调节主卷扬速度，使主卷扬速度与动力头转速实时匹配。本发明可以通过设定不同的倍率，满足不同成桩螺距的需求，同时，本方法具有响应迅速，输出速度精度高等优点。
19.3、本发明还提供一种旋挖钻机，包括所述主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统。所述旋挖钻机通过采用所述螺旋成桩系统，能够使主卷扬速度与动力头转速保持恒定，以形成螺距规则、均匀的螺旋桩形，满足施工要求。
附图说明
20.图1是本发明实施例一提供的一种主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统的原理示意图；图2是本发明实施例一提供的一种主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩方法的流程图；图中：1、泵一；2、泵二；3、第一换向阀；4、第二换向阀；5、动力头马达；6、主卷扬马达；7、第一手柄；8、第二手柄；9、第一转速传感器；10、第二转速传感器；11、控制器；12、压力继电器；13、第一比例减压阀；14、第二比例减压阀；15、第一梭阀；16、第二梭阀；17、第一旋钮；18、第二旋钮；19、螺旋成桩模式开关。
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.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、
ꢀ“
底”、“内”、“外”等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发明和简化描述，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”等仅用于描述目的，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”等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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.实施例一：本发明提供一种主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统，请参见图1，包括第一换向阀3、第二换向阀4、泵一1、泵二2、主卷扬马达6、动力头马达5和控制器11，所
述系统，还包括：第一旋钮17、第二旋钮18、第一比例减压阀13和第二比例减压阀14。
25.其中，所述泵一1与第一换向阀3连接，所述第一换向阀3与动力头马达5连接，所述泵二2与第二换向阀4连接，所述第二换向阀4与主卷扬马达6连接，本领域技术人员应当理解，所述泵一1用于通过第一换向阀3向主卷扬马达6供油，泵二2用于通过第二换向阀4向动力头马达5供油。
26.本实施例中，所述控制器11与第一旋钮17电连接，所述第一旋钮17与第一比例减压阀13连接，所述第一旋钮17用于通过控制第一比例减压阀13向第一换向阀3输出先导压力，以使第一比例减压阀13输出的先导压力大小与第一换向阀3的输出流量一一对应，用以设定动力头转速，从而实现动力头马达5自动旋转和初始转速的设定。
27.本实施例中，所述动力头转速标记为n，所述控制器11还电连接有第一转速传感器9，所述第一转速传感器9用于实时检测动力头转速，所述控制器11通过第一转速传感器9获取动力头转速。
28.所述控制器11与第二旋钮18电连接，所述第二旋钮18用于设定主卷扬速度与动力头转速之间的倍率，所述主卷扬速度标记为
ʋ
，所述倍率标记为δ，所述控制器11还电连接有第二转速传感器10，所述第二转速传感器10用于实时检测主卷扬速度，所述控制器11能够根据动力头转速及设定的倍率，控制第二比例减压阀14向泵二2输出反馈压力，以实时调节主卷扬速度，使主卷扬速度，满足
ʋ
=δ
×
n，实现主卷扬速度与动力头转速实时匹配。
29.需要说明的是，所述第二旋钮18设定的主卷扬速度与动力头转速之间的倍率，是指螺旋成桩时的螺距大小，即动力头每转一圈时，主卷扬上提的距离，本领域技术人员可以通过设定不同的倍率，以满足不同成桩螺距的需求。
30.本实施例中，所述控制器11还电连接有压力继电器12，所述压力继电器12上连接有第二手柄8，所述压力继电器12用于监测第二手柄8是否开启，即通过压力继电器12检测第二手柄8是否有压力输出，从而判断第二手柄8是否打开，在此情形下，所述控制器11能够获取压力继电器12监测的第二手柄8是否开启的信号。
31.为了控制动力头转动以进行螺旋成桩作业，所述控制器11电连接有螺旋成桩模式开关19，所述螺旋成桩模式开关19用于控制螺旋成桩模式的启停，当螺旋成桩模式开关19开启或关闭时，所述控制器11能够通过压力继电器12获取第二手柄8有或无压力输出信号，从而判断第二手柄8是否打开，当第二手柄8打开时，说明在旋挖钻机正在进行主卷扬上提动作，当第二手柄8关闭后，主卷扬停止动作。
32.为了实现动力头的手动或自动换向，所述系统中还设有第一梭阀15，所述第一梭阀15设于第一比例减压阀13与第一换向阀3之间，所述第一梭阀15上连接有第一手柄7，所述第一梭阀15用于实现第一换向阀3的手动或自动换向。
33.具体地，所述第一比例减压阀13的输出口与第一梭阀15的输入口连接，所述第一手柄7的输出口与第一梭阀15的输入口连接，第一梭阀15的输出口与第一换向阀3的先导口连接，通过第一比例减压阀13与第一手柄7的并联，能够实现第一换向阀3的手动和自动换向，应当理解，所述第一手柄7仍能实现对第一换向阀3的正常换向操作。
34.本实施例中，所述第二比例减压阀14与第二换向阀4之间设有第二梭阀16，所述第二梭阀16与泵二2连接，所述第二梭阀16用于将第二比例减压阀14的输出压力信号或第二换向阀4的反馈压力信号反馈至泵二2。
35.具体地，第二比例减压阀14的输出口与第二梭阀16的输入口连接，所述第二换向阀4的反馈口与第二梭阀16的输入口连接，所述第二梭阀16的输出口与泵二2的反馈口连接。当所述第二梭阀16分别与第二比例减压阀14、第二换向阀4的反馈口连接时，所述第二梭阀16能够实现泵二2反馈压力的越权控制，当第二比例减压阀14的控制信号中断后，所述第二换向阀4仍能够实现对泵二2反馈压力的控制。
36.所述控制器11采用以倍率δ为控制目标的闭环pid控制以实现对第二比例减压阀14进行控制，具有响应迅速、输出速度精度高等优点，能够使得主卷扬速度稳定性好、精度高，从而使得主卷扬速度与动力头转速实时匹配。
37.当第二手柄8打开且螺旋成桩模式开关19打开时，控制器11通过获取到的主卷扬速度v信号和动力头转速n信号，以倍率δ为控制目标的闭环pid控制，实时控制第二比例减压阀14输出至泵二2的反馈压力，以使主卷扬速度实时地满足v=δ
×
n，也就是说，当第二手柄8打开且螺旋成桩模式开关19打开时，旋挖钻机才能进行后续的螺旋成桩施工作业。
38.当第二手柄8关闭或螺旋成桩模式开关19关闭时，控制器11输出至第二比例减压阀14的控制信号立即中断并恢复初始值，旋挖钻机不再进行螺旋成桩施工作业，仅维持原施工状态。
39.实施例二：本发明提供一种螺旋成桩方法，采用实施例一种所述的主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统，所述方法的流程图，请参见图2，包括如下步骤：步骤一：控制器11获取第一旋钮17控制第一比例减压阀13向第一换向阀3输出的先导压力时，设定的动力头转速n；步骤二：控制器11获取第二旋钮18设定的主卷扬速度与动力头转速之间的倍率δ；步骤三：控制器11根据动力头转速及设定的倍率，控制第二比例减压阀14向泵二2输出反馈压力，以实时调节主卷扬速度
ʋ
，使主卷扬速度实时地满足v=δ
×
n，实现主卷扬速度与动力头转速实时匹配。
40.本发明通过控制器11实时调整泵二2的反馈信号，以使第二换向阀4能够响应迅速，当旋挖钻机的钻头负载发生变化引起动力头转速波动时，主卷扬速度能够及时随之调整，以使主卷扬速度与动力头转速实时匹配，具有输出速度精度高等优点。同时，本发明通过设定不同的倍率，能够满足不同成桩螺距的需求。
41.实施例三：本发明还提供一种旋挖钻机，采用实施例一所述的主卷扬速度与动力头转速实时匹配的螺旋成桩系统。
42.所述旋挖钻机通过采用所述螺旋成桩系统，能够使主卷扬速度与动力头转速保持恒定，以进行螺旋成桩，从而形成螺距规则、均匀的螺旋桩形，满足施工要求。
43.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。