一种旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制系统及方法与流程

1.本发明涉及工程机械技术领域，具体是一种旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制系统及方法。


背景技术：

2.旋挖钻机在转场运输时或者对旋挖钻机的钻桅进行检修保养时，都需要对钻桅进行起升和回落的操作。旋挖钻机主卷扬上所缠绕的钢丝绳绕过钻桅上的背轮和鹅头连接着钻杆。在钻桅起升与回落时，因主卷扬与钻桅的距离会变化，如果不实时调整主卷扬钢丝绳的长度，会导致主卷扬钢丝绳上连接的钻杆与鹅头相碰撞或者从钻桅下部脱离钻桅的导轨出现危险。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单、效果良好的旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制系统及方法。本发明是以如下技术方案实现的：一种旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制系统，包括设置在旋挖钻机上的泵、控制阀、主卷马达和油箱，所述主卷马达与控制阀之间设有平衡阀，所述泵与油箱之间设有溢流阀；还包括控制器，所述控制器的输入端连接有电源、倾角传感器、倾角调节手柄，所述控制器的输出端连接有控制阀两端的主卷y1电磁阀和主卷y2电磁阀。
4.其进一步是：所述控制器的型号为rc28-14。
5.所述控制阀为三位四通电磁换向阀。
6.所述倾角传感器设置在旋挖钻机的钻桅上。
7.所述电源的负极经过电源开关接地。
8.所述电源为蓄电池组。
9.一种旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制方法，包括如下步骤：
10.s1、倾角调节手柄通过电路连接到控制器，通过控制器调节钻桅倾缸的伸缩，从而调节钻桅的起升或回落；将倾角传感器安装在旋挖钻机的钻桅上，实时监测钻桅的倾斜角度并转化成电信号，并将倾角传感器的信号输出口通过电路连接到控制器；
11.s2、钻桅起升或回落过程中，控制器对倾角传感器的输出信号进行检测分析，并计算出主卷扬钢丝绳的伸出长度，控制器将计算结果转化为电信号输出电流供给主卷y1电磁阀或主卷y2电磁阀；
12.s3、主卷y1电磁阀或主卷y2电磁阀得电后，控制阀根据得电的电流大小和得电时间控制阀体内部油路开口的大小和开口时间，主卷马达运动，释放适当长度的钢丝绳；
13.s4、当钻桅停止起升或回落，控制器不再输出信号至主卷y1电磁阀和主卷y2电磁阀，控制阀回到中位，从泵输出的油液直接通过溢流阀流回油箱，主卷马达停止转动。
14.所述步骤s2中，计算主卷扬钢丝绳的伸出长度的公式为：
[0015][0016]
δx＝x
′-x
[0017]
其中：a为主卷钢丝绳伸出的点距离钻桅与变幅的铰接点之间的长度，b为钢丝绳与钻桅背轮接触点距离钻桅与变幅的铰接点之间的长度，α为长度a与长度b之间的夹角，α
′
为钻桅起升一定角度后的夹角，x为主卷钢丝绳伸出的点距离钢丝绳与钻桅背轮接触点之间的距离；δx为钢丝绳需要伸出的长度。
[0018]
本发明具有以下优点：本发明的旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制系统及方法，在钻桅升起或回落的过程中，通过倾角传感器实时监控倾斜角度，控制器根据卷扬钢丝绳的伸出长度与钻桅起升角度的关系控制，控制控制阀得电的大小和时间，从而控制阀体内部油路开口的大小和开口时间，适当释放或者收回钢丝绳的长度，防止与钢丝绳连接的钻杆与鹅头相互碰或钻杆下部脱离钻桅导轨。
附图说明
[0019]
图1为本发明的电路原理示意图；
[0020]
图2为本发明的液压原理示意图；
[0021]
图3为本发明的钻桅起升与回落示意图；
[0022]
图4为本发明的主卷距离钻桅背轮之间的长度与钻桅起升角度的关系图；
[0023]
图5为本发明的计算主卷扬钢丝绳伸出长度的示意图。
[0024]
图中：1、电源开关，2、电源，3、倾角传感器，4、倾角调节手柄，5、控制器，6、主卷y1电磁阀，7、主卷y2电磁阀，8、主卷马达，9、平衡阀，10、控制阀，11、溢流阀，12、油箱，13、泵。
具体实施方式
[0025]
如图1至图3所示的一种旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制系统，包括设置在旋挖钻机上的泵13、控制阀10、主卷马达8和油箱12，所述主卷马达8与控制阀10之间设有平衡阀9，所述泵13与油箱12之间设有溢流阀11；还包括控制器5，所述控制器5的输入端连接有电源2、倾角传感器3、倾角调节手柄4，所述控制器5的输出端连接有控制阀10两端的主卷y1电磁阀6和主卷y2电磁阀7。所述倾角传感器3设置在旋挖钻机的钻桅上。所述电源2的负极经过电源开关接地。本发明的旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制系统包括液压系统和电气系统，其中，液压系统包括泵、控制阀、主卷马达、油箱、平衡阀和溢流阀，控制阀的b口经平衡阀与主卷马达的一端连接，控制阀的a口与主卷马达的另一端连接，控制阀的t口与油箱连接，泵的一端经溢流阀连接到油箱，同时与控制阀的p口连接；电气系统包括控制器、电源，倾角传感器，倾角调节手柄，主卷扬y1电磁阀及主卷扬y2电磁阀，电源的负极经过电源开关接地，电源的正极分别与倾角传感器、倾角调节手柄及控制器的正极连接，其中倾角传感器、倾角调节手柄及控制器的负极均接地；倾角传感器的输出口与控制器的275号接口连接，倾角调节手柄的输出口与控制器的268号接口连接，控制器的125号输出管脚与主卷扬
y1电磁阀的一端连接，控制器的126号输出管脚与主卷扬y2电磁阀的一端连接。
[0026]
如图1所示的一种旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制系统，所述控制器5的型号为rc28-14。为了保证实时测量的精确性，避免环境温度或供电电压对检测值的影响，本发明所使用的控制器为rc28-14控制器。
[0027]
如图2所示的一种旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制系统，所述控制阀10为三位四通电磁换向阀。为了准确控制主卷马达正反转和及时停转，本发明所使用的控制阀为三位四通电磁换向阀。
[0028]
如图1所示的一种旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制系统，所述电源2为蓄电池组。本发明所使用的电源为蓄电池组，便于利用整车电源系统。
[0029]
一种旋挖钻机钻桅起升与回落安全控制方法，包括如下步骤：
[0030]
s1、倾角调节手柄通过电路连接到控制器的268号接口，并通过控制器可以调节钻桅倾缸的伸缩，从而调节钻桅的起升或回落；将倾角传感器安装在旋挖钻机的钻桅上，可实时监测钻桅的倾斜角度并转化成电信号，再使该倾角传感器的信号输出口通过电路连接到控制器的275号接口。
[0031]
s2、钻桅起升或回落过程中，控制器对倾角传感器的输出信号进行检测分析，并计算出主卷扬钢丝绳的伸出长度，钻桅起升与回落示意图见图3，卷扬钢丝绳的伸出长度与钻桅起升角度的关系图见图4，根据计算结果控制其输出管脚将输出电流供给主卷扬y1电磁阀或主卷扬y2电磁阀。
[0032]
卷扬钢丝绳的伸出长度的具体计算方法如下：
[0033]
在钻桅起升与回落过程中，主卷钢丝绳伸出的点、钢丝绳与钻桅背轮接触点、钻桅与变幅的铰接点，形成一个三角区域。令主卷钢丝绳伸出的点距离钻桅与变幅的铰接点之间的长度为a，钢丝绳与钻桅背轮接触点距离钻桅与变幅的铰接点之间的长度为b，再令长度a与长度b之间的夹角为α。令主卷钢丝绳伸出的点距离钢丝绳与钻桅背轮接触点之间的距离为x。则：
[0034]
当某一时刻，夹角为α；当钻桅起升一定角度后，夹角变为α
′
，则：
[0035][0036]
钢丝绳需要伸出的长度为δx。
[0037]
除了公式计算的方法外，还可以在绘图软件中进行测量，即在cad软件中分别调整好钻桅在各个角度时的状态图，再用软件中的测量工具测出该状态下的x的大小，经过多次测量获得连续数据。
[0038]
s3、主卷扬y1电磁阀得电后，控制阀换向到左侧工作，主卷扬y2电磁阀得电后，控制阀换向到右侧工作，并根据得电的电流大小和得电时间控制阀体内部油路开口的大小和开口时间。
[0039]
s4、当钻桅起升，主卷扬y1电磁阀得电，控制阀换向到左侧工作时，从泵输出的油液通过控制阀的a口流到主卷马达，主卷马达反转，并使主卷根据控制器的计算结果释放适
当长度的钢丝绳，防止与钢丝绳连接的钻杆与鹅头相互碰，钻桅起升与回落示意图见图3，卷扬钢丝绳的伸出长度与钻桅起升角度的关系图见图4；油液最后再经过平衡阀和控制阀的b口、t口回流到油箱，平衡阀用于防止主卷释放钢丝绳时，与钢丝绳连接的钻杆由于自身重力作用导致钢丝绳释放速度越来越快。
[0040]
s5、相反，当钻桅回落，主卷扬y2电磁阀得电，控制阀换向到右侧，从泵输出的油液通过控制阀的b口，再经过平衡阀，流到主卷马达，主卷马达正转，使主卷根据控制器的计算结果收回适当长度的钢丝绳，钻桅起升与回落示意图见图3，卷扬钢丝绳的伸出长度与钻桅起升角度的关系图见图4，防止与钢丝绳连接的钻杆下部脱离钻桅导轨；油液最后再经过控制阀的a口、t口回流到油箱。
[0041]
s6、当钻桅停止起升或回落，控制器不再输出信号至主卷扬y1电磁阀和主卷扬y2电磁阀，控制阀回到中位，从泵输出的油液直接通过溢流阀流回油箱，主卷马达停止转动。