一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统

1.本实用新型涉及一种大惯量旋挖钻机回转系统，具体是涉及了一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统。


背景技术：

2.旋挖钻机是一种广泛应用于基础工程建筑中完成各种成孔作业的工程机械，最主要的应用领域在于灌注桩、基础加固等施工建设中。旋挖钻机由于其移动灵活、钻进效率高、成孔质量好、环境污染小等优势特点而得到广泛应用。此外，旋挖钻机对外界条件的适应能力很强，对于国内的各种土壤地质，都能够方便适用，适用范围很广。
3.旋挖钻机回转系统的定位是施工过程中最基本、使用最多的施工动作，其定位精度将直接决定成孔的质量，因此对回转系统的定位研究有着重要意义。传统的旋挖钻机回转系统主要由回转马达，缓冲平衡阀，主控阀，液压泵等组成。但是由于旋挖钻机回转系统惯性负载大，启动、制动频繁，控制阀突然关闭或负载运动突然换向，会产生液压冲击现象。液压冲击严重影响系统的平稳运行，降低元器件的使用寿命，甚至使执行器产生误动作，造成安全事故。利用缓冲平衡阀来调整系统背压是目前降低系统液压冲击的主要方式，但该方式机械结构复杂，精度低，效果有限。因此，有必要研究新的回转系统，使其能够对系统背压进行更为精确的调节，从而降低系统的液压冲击。
4.传统的四通阀在控制液压系统的运动时无法对同时对系统的背压进行调节，这是由于进油口和出油口的机械耦合导致的。与传统的四通阀控制系统不同，进口和出口流量在阀口独立系统中是分离的。在这种系统中，单独的腔室压力调节成为可能，阀口独立控制的引入提高了控制自由度，可以单独对液压回转系统的背压进行调节控制，这可以在实现系统高精度运动控制的同时保证系统的稳定性，并进一步的提高系统的工况适应性，改善系统的动态响应性能，提高系统能效。


技术实现要素：

5.本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提出了一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统，实现系统高精度运动控制的同时精准的调节系统背压，保证系统的稳定性，并进一步的提高系统的工况适应性，改善系统的动态响应性能，提高系统能效。
6.本实用新型目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统包括：
7.变量泵，用于为回转系统提供所需流量；
8.液压马达，包括腔室1和腔室2，用于将变量泵提供的液压能转化为机械能，负载到连接在液压马达的输出轴，液压马达的输出轴和负载同步转动，进而实现旋挖钻机的上车回转动作；
9.油箱，用于储存系统所需液压油；
10.控制器，用于为系统提供控制信号；
11.电控手柄，用于给控制器输入启动信号；
12.阀口独立控制阀组，包括第一比例换向阀、第二比例换向阀，用于控制液压马达两腔压力，精准控制液压马达的旋转角度，同时在取消传统系统平衡阀的情况下，精准的调节系统背压，降低系统压力冲击；
13.溢流阀，用于保证系统安全，当系统压力超过设定压力时，溢流阀开启溢流，从而实现系统卸荷；
14.第一压力传感器 ，用于测量变量泵出口压力；
15.第二压力传感器 ，用于测量液压马达腔室1压力；
16.第三压力传感器，用于测量液压马达腔室2压力；
17.角度传感器，用于测量负载旋转角度。
18.可选地，所述变量泵的出油口与阀口独立控制阀组的进油口p通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组的回油口t与油箱通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组的第一工作油口a与液压马达腔室1通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组的第二工作油口b与液压马达腔室2通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组与控制器通过电路相连接。
19.可选地，所述控制器分别与电控手柄、变量泵、第一比例换向阀和第二比例换向阀通过电气电路相连接。
20.可选地，所述溢流阀通过液压管道连接于变量泵与油箱之间。
21.可选地，所述的阀口独立控制阀组包括第一比例换向阀和第二比例换向阀，第一比例换向阀和第二比例换向阀均为三位四通比例换向阀；所述的第一比例换向阀包括进油口p1、回油口t1和出油口a1，所述的第二比例换向阀包括进油口p2、回油口t2和出油口a2，其中所述第一比例换向阀的进油口p1和第二比例换向阀的进油口p2相连并和阀口独立控制阀组的进油口p连接，所述第一比例换向阀的出油口a1与阀口独立控制阀组的第一工作油口a相连接，所述第二比例换向阀的出油口a2与阀口独立控制阀组的第二工作油口b相连接，所述第一比例换向阀的回油口t1和第二比例换向阀的回油口t2相连接，并和阀口独立控制阀组的回油口t连接。
22.在上述技术方案中，本实用新型提供的一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统，具有以下有益效果：
23.（1）本实用新型能够实现旋挖钻机回转系统的高精度、低能耗、低延迟的运动控制，使用阀口独立控制阀组取代了传统系统复杂的机液控制机构，在简化系统机械结构的同时充分利用阀口独立控制阀多自由度控制的优势，提高系统兼容性，改善系统动态响应性能。
24.（2）本实用新型提高了旋挖钻机回转系统的工况适应性，通过取消传统回路中的平衡阀，消除了由平衡阀固有的硬件缺陷和机械调节方法带来的系统工况适应性差的问题，通过阀口独立控制阀组中两控制阀的协调控制，使系统在实现高精度运动控制的同时准确调节系统背压，有效减少液压冲击，保证系统的平稳性。
附图说明
25.图1是本实用新型一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统的液压原理
图。
26.图中：1、变量泵；2、油箱；3、溢流阀； 4、阀口独立控制阀组；5、液压马达；6、负载；7、第一压力传感器；8、第二压力传感器；9、第三压力传感器；10、角度传感器；11、控制器；12、电控手柄。
27.图2是本实用新型的阀口独立控制阀组的原理图。
具体实施方式
28.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.如图1所示，本实用新型提供的一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统，包括：
30.所述变量泵1，用于为系统提供所需的能量；所述油箱2，用于存储系统所需液压油；所述溢流阀3，用于保证系统安全，当系统压力超过设定压力时，溢流阀3开启溢流，从而实现系统卸荷；所述控制器11，用于为系统提供控制信号；所述液压马达5与负载6共同组成系统执行器部分，将变量泵1提供的液压能转化为机械能，实现旋挖钻机回转动作；所述电控手柄12，用于给控制器输入启动信号，通过控制器11控制第一比例换向阀41和第二比例换向阀42，进而控制液压马达5的动作。
31.所述阀口独立控制阀组4，包括第一比例换向阀41和第二比例换向阀42，利用阀口独立控制阀组4多自由度控制的优点，通过阀口独立控制阀组4中两控制阀的协调控制，实现不同工况下的高精度控制，精准的控制液压马达5两腔流量，精准控制液压马达5的旋转角度，同时在取消传统系统平衡阀的情况下，精准的调节系统背压，降低系统压力冲击。
32.所述变量泵1的出油口与阀口独立控制阀组4的进油口p通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组4的回油口t与油箱2通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组4的第一工作油口a与液压马达5腔室1通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组4的第二工作油口b与液压马达5腔室2通过液压管道相连接；所述溢流阀3通过液压管道连接于变量泵1与油箱2之间；所述阀口独立控制阀组4与控制器11通过电路相连接。
33.所述控制器11分别与电控手柄12、变量泵1、第一比例换向阀41和第二比例换向阀42通过电气电路相连接。
34.参照图2，所述的阀口独立控制阀组4包括第一比例换向阀41和第二比例换向阀42，第一比例换向阀41 和第二比例换向阀42均为三位四通比例换向阀；所述的第一比例换向阀41包括进油口p1、回油口t1和出油口a1，所述的第二比例换向阀42包括进油口p2、回油口t2和出油口a2，其中所述第一比例换向阀41的进油口p1和第二比例换向阀42的进油口p2相连并和阀口独立控制阀组4进油口p连接，所述第一比例换向阀41的出油口a1与阀口独立控制阀组4的第一工作油口a相连接，所述第二比例换向阀42的出油口a2与阀口独立控制阀组4的第二工作油口b相连接，所述第一比例换向阀41的回油口t1和第二比例换向阀42的回油口t2相连接，并和阀口独立控制阀组4的回油口t连接。
35.具体实施例如下：
36.本实用新型由变量泵1提供液压流量和压力，由阀口独立控制阀组4对液压马达5两腔流量进行控制，并在产生压力冲击时调整系统背压，保证系统的运行稳定性。当第一比例换向阀41为进油口控制阀时，第二比例换向阀42为回油口控制阀，回转系统作业时，由电控手柄12给控制器11输入启动信号，控制器11给变量泵1提供控制信号，变量泵1为系统提供所需流量，同时控制器11给第一比例换向阀41发送控制信号，第一比例换向阀41运动到指定阀芯位移，从而对进油口流量进行控制，并且给第二比例换向阀42发送控制信号，第二比例换向阀42运动到指定阀芯位移，实现对回油口压力控制，防止产生气穴，两比例控制阀协调控制，两阀芯控制互不影响，再有第一压力传感器7采集变量泵1出口压力，第二压力传感器8采集腔室1压力，第三压力传感器9采集腔室2压力，角度传感器10采集负载旋转角度，再反馈到控制器11，控制器11根据反馈信号进一步调整输出的控制信号，使旋挖钻机在实现高精度运动控制的同时降低了系统能耗。
37.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统，其特征在于，所述的一种基于阀口独立控制的大惯量回转系统包括：变量泵（1），用于为回转系统提供所需流量；液压马达（5），包括腔室1和腔室2，用于将变量泵（1）提供的液压能转化为机械能，进而实现旋挖钻机的上车回转动作；油箱（2），用于储存系统所需液压油；控制器（11），用于为系统提供控制信号；电控手柄（12），用于给控制器（11）输入启动信号；阀口独立控制阀组（4），包括第一比例换向阀（41）、第二比例换向阀（42），用于控制液压马达（5）两腔压力，精准控制液压马达（5）的旋转角度，同时在取消传统系统平衡阀的情况下，精准的调节系统背压，降低系统压力冲击；溢流阀（3），用于保证系统安全，当系统压力超过设定压力时，溢流阀（3）开启溢流，从而实现系统卸荷；第一压力传感器(7) ，用于测量变量泵（1）出口压力；第二压力传感器(8) ，用于测量液压马达（5）腔室1压力；第三压力传感器(9) ，用于测量液压马达（5）腔室2压力；角度传感器（10），用于测量负载（6）旋转角度。2.根据权利要求1所述的一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统，其特征在于：所述变量泵（1）的出油口与阀口独立控制阀组（4）的进油口p通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组（4）的回油口t与油箱（2）通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组（4）的第一工作油口a与液压马达（5）腔室1通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组（4）的第二工作油口b与液压马达（5）腔室2通过液压管道相连接；所述阀口独立控制阀组（4）与控制器（11）通过电路相连接。3.根据权利要求1所述的一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统，其特征在于：所述控制器（11）分别与电控手柄（12）、变量泵（1）、第一比例换向阀（41）和第二比例换向阀（42）通过电气电路相连接。4.根据权利要求1所述的一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统，其特征在于：所述溢流阀（3）通过液压管道连接于变量泵（1）与油箱（2）之间。5.根据权利要求2所述的一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统，其特征在于：所述的阀口独立控制阀组(4)包括第一比例换向阀(41)和第二比例换向阀(42)，第一比例换向阀(41) 和第二比例换向阀(42)均为三位四通比例换向阀；所述的第一比例换向阀(41)包括进油口p1、回油口t1和出油口a1，所述的第二比例换向阀(42)包括进油口p2、回油口t2和出油口a2，其中所述第一比例换向阀(41)的进油口p1和第二比例换向阀(42)的进油口p2相连并和阀口独立控制阀组(4)的进油口p连接，所述第一比例换向阀(41)的出油口a1与阀口独立控制阀组(4)的第一工作油口a相连接，所述第二比例换向阀(42)的出油口a2与阀口独立控制阀组(4)的第二工作油口b相连接，所述第一比例换向阀(41)的回油口t1和第二比例换向阀(42)的回油口t2相连接，并和阀口独立控制阀组(4)的回油口t连接。

技术总结
本实用新型公开了一种基于阀口独立控制的大惯量旋挖钻机回转系统，该系统包括变量泵、油箱、溢流阀、阀口独立控制阀组、液压马达、负载、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、角度传感器、控制器和电控手柄。本实用新型取消了传统系统中的平衡阀及其复杂的机液控制结构，在简化系统机械结构的同时充分利用阀口独立控制阀组多自由度控制的优势，提高系统兼容性，降低系统能耗，改善系统动态响应性能，使系统在实现高精度运动控制的同时准确调节系统背压，有效减少液压冲击，保证系统的平稳性。的平稳性。的平稳性。


技术研发人员：廖礼求 丁孺琦 李刚 曾礼平 胡国良
受保护的技术使用者：华东交通大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/9/20