一种旋挖钻机桅杆控制设备和工程机械的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种旋挖钻机桅杆控制设备和工程机械，该设备包括：第一卷扬机，该第一卷扬机的绳子连接至所述桅杆的旋转支点的第一侧；角度传感器，用于检测所述桅杆与垂直方向的角度；以及控制器，与所述第一卷扬机和所述角度传感器连接，在所述桅杆与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，所述控制器控制所述第一卷扬机对所述桅杆与垂直方向的角度进行微调直至所述桅杆与垂直方向的角度达到预先设定的角度。本实用新型在原有桅杆调垂的基础上增加了卷扬机，根据桅杆的角度不同对桅杆调垂采取不同的控制方法，实现了对桅杆角度的精确控制，并且，在桅杆出现非正常运动的情况下增加的卷扬机可以起到失速保护的作用。
【专利说明】一种旋挖钻机桅杆控制设备和工程机械
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工程机械中的控制技术，具体地，涉及一种旋挖钻机桅杆控制设备和工程机械。
【背景技术】
[0002]旋挖钻机是一种建筑基础工程中成孔作业的施工机械，主要用于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在市政建设、公路桥梁、工业和民用建筑、地下连续墙、水利和防渗护坡等方面的灌注桩、连续墙和基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。
[0003]如图1所示，图中示出了桅杆7、桅杆左油缸I和桅杆右油缸2。目前，旋挖钻机的桅杆控制采用自动控制方式，采用角度传感器对桅杆7的角度进行检测，采用显示器显示操作数据，并采用PLC (可编程逻辑控制器)接收旋挖钻机的手柄的控制信号，通过PWM (脉冲宽度调制)方式向桅杆调平阀输出控制信号，并通过桅杆油缸来推动桅杆7来调整桅杆7的角度。在采用该控制方式的情况下，一方面，液压系统的分辨率不高，桅杆油缸的伸缩不能可控地伸长或收缩很小的长度；另一方面，出于动力系统的考虑，不能将油缸安装于桅杆7上较高的位置，所以桅杆7的旋转支点相对于桅杆长度来说很低，这使得油缸在每个调节周期都会导致桅杆运动较大的幅度，进而桅杆角度的变化在每个调节周期都会比较大，因此在桅杆7在90度附近小范围波动的情况下，这种调节方式的精确度就较低，且响应速度也较慢。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种旋挖钻机桅杆控制设备和工程机械，用于解决桅杆的精确控制的问题。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种旋挖钻机桅杆控制设备，包括:第一卷扬机，该第一卷扬机的绳子连接至所述桅杆的旋转支点的第一侧；角度传感器，用于检测所述桅杆与垂直方向的角度；以及控制器，与所述第一卷扬机和所述角度传感器连接，在所述桅杆与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，所述控制器控制所述第一卷扬机对所述桅杆与垂直方向的角度进行微调直至所述桅杆与垂直方向的角度达到预先设定的角度。
[0006]优选地,该设备还包括:桅杆油缸，包括桅杆左油缸和桅杆右油缸，设置于所述桅杆上，并且在所述桅杆与垂直方向的角度不处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，所述控制器通过控制该桅杆油缸对所述桅杆与垂直方向的角度进行粗调，直至所述桅杆与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内。
[0007]优选地，设备还包括:第二卷扬机，该第二卷扬机的绳子连接至所述桅杆的旋转支点的第二侧；所述控制器还与所述第二卷扬机连接，在所述桅杆与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，所述控制器控制所述第一卷扬机和所述第二卷扬机对所述桅杆与垂直方向的角度进行微调直至所述桅杆与垂直方向的角度达到预先设定的角度。
[0008]优选地，所述第一卷扬机的绳子与水平方向的角度为55至65度，所述第二卷扬机的绳子与水平方向的角度为-5至5度。
[0009]优选地，所述第一卷扬机的绳子的第一端绕过一固定在所述桅杆的旋转支点的第一侧的定滑轮，该第一卷扬机的绳子的第二端连接至所述桅杆的旋转支点的第二侧，所述设备还包括:张紧机构，固定于所述桅杆上，与绕过所述定滑轮的所述第一卷扬机的绳子的第一端连接，所述控制器还与所述张紧机构连接，在所述桅杆与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，所述控制器控制所述第一卷扬机和所述张紧机构对所述桅杆与垂直方向的角度进行微调，直至所述桅杆与垂直方向的角度达到预先设定的角度。
[0010]优选地，所述张紧机构为张紧油缸。
[0011]优选地，所述第一卷扬机与所述定滑轮之间的绳子与水平方向的角度为55至65度，所述第一卷扬机的绳子的第二端与所述桅杆的旋转支点的第二侧之间的绳子与水平方向的角度为-5至5度。
[0012]优选地，在所述控制器控制进行微调的情况下，所述桅杆油缸处于可控幅度的浮动状态。
[0013]相应地，本实用新型还提供了一种工程机械，该工程机械包括上述旋挖钻机桅杆控制设备。
[0014]通过上述技术方案，本实用新型在原有桅杆调垂的基础上增加了卷扬机，对旋挖钻机的桅杆的调垂进行了优化，根据桅杆的角度不同对桅杆调垂采取不同的控制方法，实现了对桅杆角度的精确控制，并且，在桅杆出现非正常运动的情况下增加的卷扬机可以起到失速保护的作用。
[0015]本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0017]图1是现有技术提供的旋挖钻机桅杆与桅杆油缸的结构示意图；
[0018]图2是本实用新型提供的第一旋挖钻机桅杆控制设备的原理框图；
[0019]图3是本实用新型提供的第一旋挖钻机桅杆控制设备的结构示意图；
[0020]图4是本实用新型提供的桅杆控制的流程图；
[0021]图5是本实用新型提供的第二旋挖钻机桅杆控制设备的原理框图；以及
[0022]图6是本实用新型提供的第二旋挖钻机桅杆控制设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0024]本实用新型提供了一种旋挖钻机桅杆控制设备，该设备包括第一卷扬机、角度传感器和控制器，该第一卷扬机的绳子连接至桅杆7的旋转支点的第一侧，角度传感器检测桅杆7与垂直方向的角度，控制器与第一卷扬机和角度传感器连接，在桅杆7与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，控制器控制第一卷扬机对桅杆7与垂直方向的角度进行微调直至桅杆7与垂直方向的角度达到预先设定的角度。
[0025]也就是说，本实用新型提供的设备可以通过卷扬机对桅杆7的控制来对桅杆7与垂直方向的角度进行微调。下面将结合附图对本实用新型的实施方式进行更加具体的描述。
[0026]图2是本实用新型提供的第一旋挖钻机桅杆控制设备的原理框图，如图1所示，该设备包括第一卷扬机3、第二卷扬机4、角度传感器5和控制器6。该第一卷扬机3的绳子连接至桅杆的旋转支点的第一侧，且该第一卷扬机3可以安装在旋挖钻机的转台上。第二卷扬机4的绳子连接至桅杆的旋转支点的第二侧，且该第二卷扬机4可以安装在旋挖钻机的转台上。角度传感器5用于检测桅杆与垂直方向的角度，该角度传感器5可以安装在桅杆7上。控制器6与第一卷扬机3、第二卷扬机4和角度传感器5连接,在桅杆7与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，控制器6控制第一卷扬机3和第二卷扬机4对桅杆7与垂直方向的角度进行微调直至桅杆7与垂直方向的角度达到预先设定的角度。
[0027]可以看出，第一卷扬机3的绳子和第二卷扬机4的绳子与桅杆的连接点分别设置于桅杆7的旋转支点的两侧，这里所说的旋转支点指的是桅杆7旋转时的旋转点。为了便于说明，本实用新型假定:旋转支点的第一侧为桅杆7的旋转支点与顶部之间，旋转支点的第二侧为桅杆7的旋转支点与桅杆7底部之间，这种情况下，桅杆7可以在第一卷扬机3和第二卷扬机4的带动下顺时针旋转和逆时针旋转。当然，本实用新型不限于此，即旋转支点的第一侧也可以为桅杆7的旋转支点与桅杆7底部之间，旋转支点的第二侧也可以为桅杆7的旋转支点与顶部之间。
[0028]本领域技术人员应当理解，本实用新型提供的旋挖钻机桅杆控制设备可以仅配置第一卷扬机3或仅配置第二卷扬机4，在这种情况下，该控制设备仅可以对桅杆7 —个方向上与垂直方向的角度进行微调。
[0029]图3是本实用新型提供的第一旋挖钻机桅杆控制设备的结构示意图，为了便于说明，该图仅为本实用新型提供的设备的示意图，并未准确反映各装置及其位置的准确位置。
[0030]本实用新型提供的设备还包括桅杆油缸，该桅杆油缸包括桅杆左油缸I和桅杆右油缸2,均设置于桅杆7上,在桅杆7与垂直方向的角度不处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，控制器6通过控制桅杆左油缸I和桅杆右油缸2对桅杆7与垂直方向的角度进行粗调，直至桅杆7与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内。采用桅杆油缸对桅杆7进行调垂为本领域技术人员所熟知的技术，于此不予赘述。
[0031]在设置第一卷扬机3和第二卷扬机4时，第一卷扬机3的绳子与水平方向的角度优选为55至65度，例如60度，第二卷扬机4的绳子与水平方向的角度优选为-5至5度，例如，O度，这样可以更加精确地对桅杆7与垂直方向的角度进行调整。
[0032]此外，在旋挖钻机的桅杆7上升的过程中，由桅杆左油缸I和桅杆右油缸2共同运动来为桅杆7的上升提供动力，第一卷扬机3和第二卷扬机4还可以起到固定桅杆7的作用，如果发生油缸堵塞或焊接点焊接不牢等问题，第一卷扬机3和第二卷扬机4可以通过反转保护功能确保桅杆7不会快速下落。
[0033]图4是本实用新型提供的桅杆控制的流程图，如图4所示，角度传感器5实时检测桅杆7与垂直方向的角度并发送给控制器6,控制器6通过桅杆7与垂直方向的角度的绝对值β来转换桅杆7的调垂方式。具体如下:
[0034]控制器6判断是否β >3，若是，则进行手动模式油缸调垂，也就是说，若判断得到桅杆7与垂直方向的角度在3度以外，一般情况下，β >3时桅杆7处于上升阶段，则以手动模式控制桅杆油缸来对桅杆7进行调垂。此时，控制器7根据驾驶员操作的手柄的信号通过控制桅杆左油缸I和桅杆右油缸2来对桅杆7进行调垂，此方式为开环控制模式。
[0035]若否，则控制器6继续判断是否β >1，若是，则进行自动模式油缸调垂，也就是说，若判断得到桅杆7与垂直方向的角度在I度以外，则以自动模式控制桅杆油缸来对桅杆7进行调垂。此时，控制器7根据从角度传感器5得到的信号控制桅杆油缸来对桅杆7进行调垂，此方式为闭环控制模式。
[0036]若否，则进行卷扬调垂，也就是说，若控制器6判断得到桅杆7与垂直方向的角度β含1，则通过控制第一卷扬机3和第二卷扬机4来对桅杆进行调垂，例如，在图4所示的位置当桅杆7的顶端向左偏移I度，则控制器6控制第一卷扬机3收绳子和/或第二卷扬机4放绳子，以实现对桅杆7的调垂。此时，控制器6对桅杆7进行微调。在对桅杆7进行微调的过程中，桅杆油缸处于浮动状态，这种浮动状态可为可控幅度的浮动状态。优选地，若在微调过程中出现β >1(表明可能因旋挖钻机出现故障或外界环境变化而导致桅杆非正常运动)，控制器6可将桅杆油缸锁死，从而可保证安全。在桅杆油缸被锁死一段时间以后，控制器6再以自动模式控制桅杆油缸来对桅杆7进行调垂，然后在β ^ I的情况下，通过控制第 一卷扬机3和第二卷扬机4来对桅杆进行调垂。
[0037]在完成桅杆调垂后，也就是β =0的情况下(允许存在误差，例如0.1 )，控制器6将桅杆左油缸1、桅杆右油缸2、第一卷扬机3和第二卷扬机4锁死，这可以使得在桅杆7非正常运动的情况下桅杆油缸和两个卷扬机可以起到双重的保护作用，例如，由于桅杆油缸被锁死，所以不会快速进行伸缩运动，从而桅杆7不会快速下落，同时，桅杆7非正常快速下落时，由于卷扬机带有失速保护的功能，所以可以通过反转保护功能确保桅杆7不至于快速下落。
[0038]以上为本实用新型提供的旋挖钻机桅杆控制设备的第一个实施方式。在本实用新型提供的第二个实施方式中，第一卷扬机3的绳子连接至一张紧机构，该张紧机构固定在桅杆7上。也就是第一卷扬机3通过控制绳子的伸缩可以带动桅杆7旋转。下面结合附图对本实用新型提供的第二个实施方式的优选情况进行详细描述。
[0039]图5是本实用新型提供的第二旋挖钻机桅杆控制设备的原理框图，如图5所示，该设备包括第一卷扬机3、张紧机构9、角度传感器5和控制器6。第一卷扬机3的绳子的第一端绕过一固定在所述桅杆7的旋转支点的第一侧的定滑轮(图5中未示出)，该第一卷扬机3的绳子的第二端连接至桅杆7的旋转支点的第二侧。该第一卷扬机3可以安装在旋挖钻机的转台上。张紧机构9固定于桅杆7上，与绕过定滑轮(图5中未示出)的第一卷扬机3的绳子的第一端连接，起到对钢丝绳进行绷紧的作用。角度传感器5用于检测桅杆7与垂直方向的角度，该角度传感器5可以安装在桅杆7上。控制器6与第一卷扬机3、张紧机构9和角度传感器5连接，在桅杆7与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，控制器6控制第一卷扬机3和张紧机构9对桅杆7与垂直方向的角度进行微调，直至桅杆7与垂直方向的角度达到预先设定的角度。[0040]可以看出，定滑轮和第一卷扬机3的绳子的第二端与桅杆7的连接点分别设置于桅杆7的旋转支点的两侧。为了便于说明，本实用新型假定:旋转支点的第一侧为桅杆7的旋转支点与顶部之间，旋转支点的第二侧为桅杆7的旋转支点与桅杆底部之间，当然，本实用新型不限于此。
[0041]在对桅杆7进行调垂时，控制器6可以通过控制张紧机构9和第一卷扬机3使桅杆7在张紧机构9和卷扬机3的带动下顺时针旋转和逆时针旋转。
[0042]本实用新型中所述的张紧机构9可以为张紧油缸。
[0043]图6是本实用新型提供的第二旋挖钻机桅杆控制设备的结构示意图，为了便于说明，该图仅为本实用新型提供的设备的示意图，并未准确反映各装置及其位置的准确位置。
[0044]图6中示出的旋挖钻机桅杆控制设备还包括桅杆油缸，该桅杆油缸包括桅杆左油缸I和桅杆右油缸2,均设置于桅杆7上,在桅杆7与垂直方向的角度不处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，控制器6通过控制桅杆左油缸I和桅杆右油缸2对桅杆7与垂直方向的角度进行粗调，直至桅杆7与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内。
[0045]在设置第一卷扬机3时，第一卷扬机3与定滑轮之间的绳子与水平方向的角度优选为55至65度，例如60度，第一卷扬机3与该第一卷扬机3的绳子的第二端之间的绳子与水平方向的角度优选为-5至5度，例如O度，这样可以更加精确地对桅杆7与垂直方向的角度进行调整。
[0046]本领域技术人员可以根据图4示出的流程原理得到图6中示出的旋挖钻机桅杆控制设备的工作流程。例如，若控制器6判断得到桅杆7与垂直方向的角度β ^ 1，则通过控制第一卷扬机3和张紧机 构9来对桅杆进行调垂。例如，在图4所示的位置当桅杆7的顶端向左偏移I度，则控制器6控制第一卷扬机3的上面的绳子收缩可以实现对桅杆7的调垂。又例如，在图4所示的位置当桅杆7的顶端向右偏移I度，则控制器6控制卷扬机3的下面的绳子收缩，可以实现对桅杆7的调垂。此时，控制器6对桅杆7进行微调，桅杆油缸处于可控幅度的浮动状态。采用图6中示出的旋挖钻机桅杆控制设备对桅杆7进行调垂的原理与采用图3中示出的旋挖钻机桅杆控制设备对桅杆7进行调垂的原理类似，于此不予赘述。
[0047]本实用新型中的张紧机构9所起的作用为在第一卷扬机3的绳子松弛的情况下对绳子进行绷紧的作用。例如，在第一卷扬机3与绳子的第一端之间的绳子被收缩的情况下，该绳子的第二端与该第一卷扬机3之间的绳子会发生松弛的现象，此时可以以第一卷扬机3随动的方式通过张紧机构9对绳子进行绷紧。此外，还可以在对桅杆7进行调垂之前通过张紧机构9对该第一卷扬机3的绳子进行绷紧。
[0048]相应地，本实用新型还提供了一种工程机械，该工程机械包括上述旋挖钻机桅杆控制设备。
[0049]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0050]本实用新型在原有桅杆调垂方式的基础上，增加了两个卷扬机或一个卷扬机和张紧油缸，使得桅杆的调垂在精确度、响应速度、稳定性和安全性方面均有很大程度的提高。具体来说，具有以下几个方面的优点:(1)完善了旋挖钻机的桅杆稳定功能，使桅杆具有桅杆油缸与卷扬机的双重保护，对桅杆油缸堵塞或焊接点不牢等问题引起的桅杆非正常运动起到了很好的预防与固定作用，从人性化的角度减少了安全隐患；(2)根据桅杆所处的不同状态采用不同的桅杆调垂方式，能够既快速又准确地使桅杆稳定在垂直位置；(3)卷扬调节的调节半径为油缸调节的几倍，所以卷扬旋转和油缸伸缩相同的长度，采用油缸方式调节的桅杆的运动距离是卷扬方式的几倍，所以卷扬调节能起到很好的微调作用。
[0051]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0052]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【权利要求】
1.一种旋挖钻机桅杆控制设备，其特征在于，包括: 第一卷扬机，该第一卷扬机的绳子连接至所述桅杆的旋转支点的第一侧； 角度传感器，用于检测所述桅杆与垂直方向的角度；以及 控制器，与所述第一卷扬机和所述角度传感器连接，在所述桅杆与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，所述控制器控制所述第一卷扬机对所述桅杆与垂直方向的角度进行微调直至所述桅杆与垂直方向的角度达到预先设定的角度。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备还包括: 桅杆油缸，包括桅杆左油缸和桅杆右油缸，设置于所述桅杆上，并且在所述桅杆与垂直方向的角度不处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，所述控制器通过控制该桅杆油缸对所述桅杆与垂直方向的角度进行粗调，直至所述桅杆与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，该设备还包括: 第二卷扬机，该第二卷扬机的绳子连接至所述桅杆的旋转支点的第二侧； 所述控制器还与所述第二卷扬机连接，在所述桅杆与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，所述控制器控制所述第一卷扬机和所述第二卷扬机对所述桅杆与垂直方向的角度进行微调直至所述桅杆与垂直方向的角度达到预先设定的角度。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一卷扬机的绳子与水平方向的角度为55至65度，所述第二卷扬机的绳子与水平方向的角度为-5至5度。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一卷扬机的绳子的第一端绕过一固定在所述桅杆的旋转支点的第一侧的定滑轮，该第一卷扬机的绳子的第二端连接至所述桅杆的旋转支点的第二侧，所述设备还包括: 张紧机构，固定于所述桅杆上，与绕过所述定滑轮的所述第一卷扬机的绳子的第一端连接， 所述控制器还与所述张紧机构连接，在所述桅杆与垂直方向的角度处于预先设定的角度阈值范围内的情况下，所述控制器控制所述第一卷扬机和所述张紧机构对所述桅杆与垂直方向的角度进行微调，直至所述桅杆与垂直方向的角度达到预先设定的角度。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述张紧机构为张紧油缸。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第一卷扬机与所述定滑轮之间的绳子与水平方向的角度为55至65度，所述第一卷扬机的绳子的第二端与所述桅杆的旋转支点的第二侧之间的绳子与水平方向的角度为-5至5度。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在所述控制器控制进行微调的情况下，所述桅杆油缸处于可控幅度的浮动状态。
9.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括权利要求1至8中任一项权利要求所述的设备。
【文档编号】E21B15/00GK203488108SQ201320630665
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】敬鑫 申请人:上海中联重科桩工机械有限公司, 中联重科股份有限公司