一種盤剎系統(tǒng)和控制所述盤剎系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種盤剎系統(tǒng)，包括油源、比例閥、多組剎車鉗缸和電控系統(tǒng)，所述油源通過所述比例閥與所述多組剎車鉗缸相連通，所述多組剎車鉗缸中的至少一組與所述比例閥之間設(shè)置有對應(yīng)的開關(guān)閥，所述比例閥和所述開關(guān)閥電連接至所述電控系統(tǒng)，所述電控系統(tǒng)用于控制所述比例閥調(diào)壓和控制所述開關(guān)閥的開關(guān)。
【專利說明】一種盤剎系統(tǒng)和控制所述盤剎系統(tǒng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種盤剎系統(tǒng)和控制所述盤剎系統(tǒng)的方法，特別是一種液壓盤式剎車制動油壓的自動換檔與分段調(diào)壓方法。
【背景技術(shù)】
[0002]液壓盤式剎車相對于帶式剎車具有剎車力矩大、制動可靠、操作控制方便等優(yōu)點(diǎn)，因而在石油鉆機(jī)、修井機(jī)、通井機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。
[0003]請參照圖1，圖1是盤式剎車的一種典型液壓控制回路的示意圖。該盤式剎車的典型液壓控制回路由油源1、剎車閥2、剎車手柄3、剎車鉗缸4?9等主要部件組成。剎車閥2分為司鉆閥和電液比例閥(簡稱為比例閥)兩種類型。剎車手柄3分為機(jī)械剎車手柄和電子剎車手柄兩種類型。但機(jī)械剎車手柄須與司鉆閥相對應(yīng)，電子剎車閥須與比例閥相對應(yīng)。調(diào)節(jié)與剎車閥2相連的剎車手柄3的轉(zhuǎn)角，可使油源I經(jīng)剎車閥2輸出油壓，并作用到剎車鉗缸4?9上，產(chǎn)生相應(yīng)制動力矩。連續(xù)調(diào)節(jié)剎車手柄3的轉(zhuǎn)角可連續(xù)調(diào)節(jié)作用到剎車鉗缸上的油壓，進(jìn)而連續(xù)調(diào)節(jié)盤剎制動力矩。
[0004]目前，上述液壓盤式剎車普遍存在兩個問題:
[0005]1、盤剎設(shè)計(jì)時一般都采用較大安全系數(shù)以應(yīng)對緊急工況，但卻由此導(dǎo)致正常工況下的剎車油壓過低問題。剎車油壓過低對輕載階段的制動力調(diào)節(jié)影響很大，同時也造成了鉗缸、剎車塊與液壓油的長期無謂損耗。
[0006]2、現(xiàn)有剎車閥只有單一線性調(diào)壓特性，油壓調(diào)節(jié)變化率始終固定不變，無法滿足不同作業(yè)工況的特殊要求，如送鉆作業(yè)時所需的精細(xì)微調(diào)特性，起下鉆作業(yè)時所需的適中工作特性和事故處理時所需的快速響應(yīng)特性等。
[0007]降低安全系數(shù)有利于提高鉗缸工作效率，也可改善輕載階段的控制效果，但以犧牲系統(tǒng)安全性為代價(jià)的想法顯然是不可取的；非線性剎車閥的設(shè)想雖好，但從設(shè)計(jì)與制造角度來看卻是很難實(shí)現(xiàn)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種盤剎系統(tǒng)和控制所述盤剎系統(tǒng)的方法。
[0009]一種盤剎系統(tǒng)，包括油源、比例閥、多組剎車鉗缸和電控系統(tǒng)，所述油源通過所述比例閥與所述多組剎車鉗缸相連通，所述多組剎車鉗缸中的至少一組與所述比例閥之間設(shè)置有對應(yīng)的開關(guān)閥，所述比例閥和所述開關(guān)閥電連接至所述電控系統(tǒng)，所述電控系統(tǒng)用于控制所述比例閥調(diào)壓和控制所述開關(guān)閥的開關(guān)。
[0010]一種控制如上述盤剎系統(tǒng)的方法，包括:
[0011]當(dāng)所述電子剎車手柄的轉(zhuǎn)角信號所指示的轉(zhuǎn)角位于不同的轉(zhuǎn)角范圍時，控制不同的開關(guān)閥或者開關(guān)閥組合的開關(guān)，并控制不同的控制信號至所述比例閥以使得所述比例閥增加或降低油壓。
[0012]與現(xiàn)有液壓盤式剎車的制動油壓調(diào)節(jié)方法相比，本發(fā)明具有如下有益效果:[0013]1、可將過低的剎車油壓通過自動升檔(減少多余鉗缸)切換到靈敏度較高的調(diào)壓區(qū)段，由此顯著改善輕載階段的制動控制效果；
[0014]2、可顯著提高剎車手柄的操控性能，利用制動油壓調(diào)節(jié)的分段線性特性滿足不同作業(yè)工況對制動特性的特殊要求；
[0015]3、正常工況時，可將部分鉗缸自動轉(zhuǎn)入待用狀態(tài)(暫停使用)，從而減少鉗缸、剎車塊、液壓油的長期無謂損耗；
[0016]4、處理緊急情況時，可根據(jù)剎車手柄的操作意圖自動將待用鉗缸全部并入制動系統(tǒng)，產(chǎn)生最大制動力矩確保安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是一種傳統(tǒng)的盤式剎車的典型液壓控制回路的示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例提供的盤剎系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是換檔控制方法的工作流程圖。
[0020]圖4是上行分段映射方法的幾何關(guān)系示意圖。
[0021]圖5是本發(fā)明的盤剎換檔液壓控制回路的一個示例示意圖。
[0022]圖6是本實(shí)施例的電控單元的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的具體工作原理是:1、將剎車鉗缸分組，根據(jù)換檔控制方法對鉗缸組合進(jìn)行動態(tài)切換，通過隔離或添加鉗缸數(shù)量，使在用鉗缸數(shù)與最佳剎車油壓范圍相匹配；2、采用分段映射方法對電子剎車手柄的單純線性轉(zhuǎn)角關(guān)系進(jìn)行變換。通過電液比例閥(以下簡稱為比例閥)實(shí)現(xiàn)剎車油壓的分段線性調(diào)壓。下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0024]請參照圖2，圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例提供的盤剎系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該盤剎系統(tǒng)100包括油源1、比例閥2、多組剎車鉗缸8?13和電控系統(tǒng)110，所述油源I通過所述比例閥2與所述多組剎車鉗缸8?13相連通，所述多組剎車鉗缸8?13中的至少一組與所述比例閥2之間設(shè)置有對應(yīng)的開關(guān)閥(可以是電磁開關(guān)閥)3?5，所述比例閥2和所述開關(guān)閥3?5電連接至所述電控系統(tǒng)110，所述電控系統(tǒng)110用于控制所述比例閥2調(diào)壓和控制所述開關(guān)閥3?5的開關(guān)。
[0025]可選的，電控系統(tǒng)110包括電控單元7和電子剎車手柄6，所述比例閥2和所述開關(guān)閥3?5電連接至所述電控單元7，所述電控單元7電連接至所述電子剎車手柄6，所述電子剎車手柄6根據(jù)轉(zhuǎn)動角產(chǎn)生轉(zhuǎn)角信號并輸出至所述電控單元7，所述電控單元7根據(jù)所述轉(zhuǎn)角信號控制所述比例閥2調(diào)壓和控制所述開關(guān)閥3?5的開關(guān)。
[0026]可選的，所述電控單元110用于當(dāng)所述轉(zhuǎn)角信號所指示的轉(zhuǎn)角位于不同的轉(zhuǎn)角范圍時，控制不同的開關(guān)閥或者開關(guān)閥3?5組合的開關(guān)，并控制不同的控制信號至所述比例閥22以使得所述比例閥增加或降低油壓。
[0027]可選的，所述多組剎車鉗缸8?13中的一組直接連通到所述比例閥2，所述多組剎車鉗缸中8?13的其他組分別通過各自對應(yīng)的開關(guān)閥3?5連通到所述比例閥2。
[0028]可選的，每組所述剎車鉗缸8?13中剎車鉗缸的個數(shù)為一個或者多個。
[0029]具體舉例而言，油源I輸出的液壓油經(jīng)過比例閥2的調(diào)壓后作用到由電磁開關(guān)閥(以下簡稱為開關(guān)閥)3~5組成的換檔回路上。其中，開關(guān)閥3~5可將剎車鉗缸8~13分成4種組合關(guān)系(組合關(guān)系并非固定不變，可根據(jù)鉗缸的實(shí)際數(shù)量，通過I~3只開關(guān)閥實(shí)現(xiàn)2~4種組合)。比例閥2和開關(guān)閥3~5都受電子控制單元(以下簡稱為電控單元)7的控制，而電控單元7則是根據(jù)電子剎車手柄6提供的轉(zhuǎn)角信號、換檔控制方法和分段映射方法進(jìn)行工作的。
[0030]請參照圖3，圖3是換檔控制方法的工作流程圖。圖3中，電控單元7在讀取電子剎車手柄6的轉(zhuǎn)角信號Vx后，先要進(jìn)行調(diào)壓方向判斷。若為上行調(diào)壓方向，則將Vx與上行換檔臨界值進(jìn)行比較，反之則與下行換檔臨界值￥?.?進(jìn)行比較，判斷是否需要換檔。若判斷需要增檔，則將當(dāng)前油壓減半輸出，同時增大I檔；若判斷需要降檔，則將當(dāng)前油壓加倍輸出，同時降低I檔；若判斷無需換檔，則使油壓倍增關(guān)系不變且不做檔位切換。換檔的具體對應(yīng)關(guān)系如下:
[0031]開關(guān)閥3~5都斷電時鉗缸8保持接通(I檔)；3通4斷5斷時鉗缸8~9接通(II檔)；3通4通5斷時鉗缸8~11接通(III檔)，3~5都通電時鉗缸8~13接通(IV檔)。
[0032]請參照圖4，圖4是上行分段映射方法的幾何關(guān)系示意圖。
[0033]圖4中VURn為上行換檔臨界值，UURn為上行映射臨界值，η為臨界點(diǎn)序號可根據(jù)實(shí)際需要確定，當(dāng)前電子剎車手柄轉(zhuǎn)角Vx與當(dāng)前映射電壓Uy的映射關(guān)系由如下插補(bǔ)方法公式實(shí)現(xiàn):
[0034]Uy — Uup.2+ (Uur 3_Uup.2) / (VUP.3~Vm 2) X (VX_VUP.2) +Uup.2
[0035]將計(jì)算出的Uy進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬電壓送入比例閥用于調(diào)節(jié)油壓。
[0036]下行分段映射方法與上行分段映射方法相似，只要將分段映射方法公式中的腳標(biāo)UP改為LW，并代入下行方向的相關(guān)參數(shù)即可。
[0037]分段映射方法中的分段數(shù)和各臨界點(diǎn)的參數(shù)值均可根據(jù)實(shí)際需要確定。一般來講，分段越細(xì)，越接近非線性，控制就越平穩(wěn)。
[0038]電控單元7的硬件電路由AD轉(zhuǎn)換器、單片計(jì)算機(jī)、功率繼電器、DA轉(zhuǎn)換器、功率放大器等元件組成，其作用是完成電子剎車手柄轉(zhuǎn)角電壓的數(shù)據(jù)采集、換檔控制運(yùn)算、分段映射計(jì)算、開關(guān)閥控制、DA轉(zhuǎn)換等。電控單元可以是基于單片計(jì)算機(jī)、可編程控制器或其他嵌入式系統(tǒng)原理的電子單元(不在本發(fā)明申請內(nèi)容之列)。
[0039]與現(xiàn)有液壓盤式剎車的制動油壓調(diào)節(jié)方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢或特點(diǎn):
[0040]可將過低的剎車油壓通過自動升檔(減少多余鉗缸)切換到靈敏度較高的調(diào)壓區(qū)段，由此顯著改善輕載階段的制動控制效果；
[0041]可顯著提高電子剎車手柄的操控性能，利用制動油壓調(diào)節(jié)的分段線性特性滿足不同作業(yè)工況對制動特性的特殊要求；
[0042]正常工況時，可將部分鉗缸自動轉(zhuǎn)入待用狀態(tài)(暫停使用)，從而減少鉗缸、剎車塊、液壓油的長期無謂損耗；
[0043]處理緊急情況時，可根據(jù)電子剎車手柄的操作意圖自動將待用鉗缸全部并入制動系統(tǒng)，產(chǎn)生最大制動力矩確保安全。
[0044]本實(shí)施例可以應(yīng)用于額定功率1470KW的JC70型鉆機(jī)絞車，其配置的盤剎系統(tǒng)包括，剎車盤(直徑X寬度):1600_X76_ ;剎車鉗缸總成:常開型工作鉗4只和常閉型安全鉗2只；液壓源額定工作油壓lOMPa。
[0045]請參照圖5，圖5是本發(fā)明的盤剎換檔液壓控制回路的一個示例示意圖。圖5中的4只常開型工作鉗缸，通過2只電磁開關(guān)閥組成3檔關(guān)系。采用3段映射方法，上下行路徑重合，4個臨界換檔電壓分別選定為0V、3.87V、6.71V和10V，與之相應(yīng)的4個臨界映射電壓分別選為 0V,2.28V、6.95V 和 IOV。
[0046]請參照圖6，圖6是本實(shí)施例的電控單元的電路原理圖。圖6中，MCU采用51型單片計(jì)算機(jī)，AD和DA分別采用ADC0808和DAC0832芯片，功率繼電器為DC24V2A，功率放大器為 LM741。
[0047]結(jié)果表明，本發(fā)明建立的自動換檔調(diào)壓和分段線性調(diào)壓技術(shù)可行，使用效果優(yōu)于原有盤式剎車，有望成為現(xiàn)有技術(shù)的升級換代技術(shù)。
[0048]本發(fā)明還提供一種控制上述盤剎系統(tǒng)的方法，上述實(shí)施例中的描述也適用于本方法。本方法包括:
[0049]當(dāng)所述轉(zhuǎn)角信號所指示的轉(zhuǎn)角位于不同的轉(zhuǎn)角范圍時，控制不同的開關(guān)閥或者開關(guān)閥組合的開關(guān)，并控制不同的控制信號至所述比例閥以使得所述比例閥增加或降低油壓。
[0050]可選的，所述當(dāng)所述轉(zhuǎn)角信號所指示的轉(zhuǎn)角位于不同的轉(zhuǎn)角范圍時，控制不同的開關(guān)閥或者開關(guān)閥組合的開關(guān)包括:
[0051]電控單元在讀取電子剎車手柄的轉(zhuǎn)角信號Vx后，進(jìn)行調(diào)壓方向判斷；
[0052]若為上行調(diào)壓方向，則將Vx與上行換檔臨界值VUP.η進(jìn)行比較，反之則與下行換檔臨界值VLW.n進(jìn)行比較，判斷是否需要換檔；
[0053]若判斷需要增檔，則將當(dāng)前油壓減半輸出，同時增大I檔；若判斷需要降檔，則將當(dāng)前油壓加倍輸出，同時降低I檔；若判斷無需換檔，則使油壓倍增關(guān)系不變且不做檔位切換；其中，不同的檔位對應(yīng)不同的開關(guān)閥或者開關(guān)閥組合的開關(guān)。
[0054]可選的，當(dāng)所述轉(zhuǎn)角信號所指示的轉(zhuǎn)角位于不同的轉(zhuǎn)角范圍時，控制不同的控制信號至所述比例閥以使得所述比例閥增加或降低油壓包括:
[0055]根據(jù)電子剎車手柄轉(zhuǎn)角Vx與映射電壓Uy的映射關(guān)系計(jì)算出當(dāng)前電子剎車手柄轉(zhuǎn)角Vx所對應(yīng)的映射電壓Uy ；
[0056]將計(jì)算出的Uy進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬電壓送入比例閥用于調(diào)節(jié)油壓。
[0057]為了舉例說明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，描述了上述的【具體實(shí)施方式】。但是本發(fā)明的其他變化和修改，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，在本發(fā)明所公開的實(shí)質(zhì)和基本原則范圍內(nèi)的任何修改/變化或者仿效變換都屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種盤剎系統(tǒng)，其特征在于，包括油源、比例閥、多組剎車鉗缸和電控系統(tǒng)，所述油源通過所述比例閥與所述多組剎車鉗缸相連通，所述多組剎車鉗缸中的至少一組與所述比例閥之間設(shè)置有對應(yīng)的開關(guān)閥，所述比例閥和所述開關(guān)閥電連接至所述電控系統(tǒng)，所述電控系統(tǒng)用于控制所述比例閥調(diào)壓和控制所述開關(guān)閥的開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤剎系統(tǒng)，其特征在于，所述多組剎車鉗缸中的至少一組與所述比例閥之間設(shè)置有對應(yīng)的開關(guān)閥具體包括: 所述多組剎車鉗缸中的一組直接連通到所述比例閥，所述多組剎車鉗缸中的其他組分別通過各自對應(yīng)的開關(guān)閥連通到所述比例閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤剎系統(tǒng)，其特征在于，每組所述剎車鉗缸中剎車鉗缸的個數(shù)為一個或者多個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤剎系統(tǒng)，其特征在于，所述電控系統(tǒng)包括電控單元和電子剎車手柄，所述比例閥和所述開關(guān)閥電連接至所述電控單元，所述電控單元電連接至所述電子剎車手柄，所述電子剎車手柄根據(jù)轉(zhuǎn)動角產(chǎn)生轉(zhuǎn)角信號并輸出至所述電控單元，所述電控單元接收來 自電子剎車手柄的轉(zhuǎn)角信號，通過IO 口輸出開關(guān)閥控制信號，通過DA 口輸出比例閥控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的盤剎系統(tǒng)，其特征在于，所述電控單元進(jìn)一步用于:當(dāng)所述轉(zhuǎn)角信號所指示的轉(zhuǎn)角位于不同的轉(zhuǎn)角范圍時，控制不同的開關(guān)閥或者開關(guān)閥組合的開關(guān)，并控制不同的控制信號至所述比例閥以使得所述比例閥增加或降低油壓。
6.—種控制如權(quán)利要求1所述的盤剎系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括: 當(dāng)所述電子剎車手柄的轉(zhuǎn)角信號所指示的轉(zhuǎn)角位于不同的轉(zhuǎn)角范圍時，控制不同的開關(guān)閥或者開關(guān)閥組合的開關(guān)，并控制不同的控制信號至所述比例閥以使得所述比例閥增加或降低油壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)所述轉(zhuǎn)角信號所指示的轉(zhuǎn)角位于不同的轉(zhuǎn)角范圍時，控制不同的開關(guān)閥或者開關(guān)閥組合的開關(guān)包括: 電控單元在讀取電子剎車手柄的轉(zhuǎn)角信號Vx后，進(jìn)行調(diào)壓方向判斷； 若為上行調(diào)壓方向，則將Vx與上行換檔臨界值VUP.n進(jìn)行比較，反之則與下行換檔臨界值￥?.?進(jìn)行比較，判斷是否需要換檔； 若判斷需要增檔，則將當(dāng)前油壓減半輸出，同時增大I檔；若判斷需要降檔，則將當(dāng)前油壓加倍輸出，同時降低I檔；若判斷無需換檔，則使油壓倍增關(guān)系不變且不做檔位切換；其中，不同的檔位對應(yīng)不同的開關(guān)閥或者開關(guān)閥組合的開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述轉(zhuǎn)角信號所指示的轉(zhuǎn)角位于不同的轉(zhuǎn)角范圍時，控制不同的控制信號至所述比例閥以使得所述比例閥增加或降低油壓包括: 根據(jù)電子剎車手柄轉(zhuǎn)角Vx與映射電壓Uy的映射關(guān)系計(jì)算出當(dāng)前電子剎車手柄轉(zhuǎn)角Vx所對應(yīng)的映射電壓Uy ； 將計(jì)算出的Uy進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬電壓送入比例閥用于調(diào)節(jié)油壓。
【文檔編號】F16D121/18GK103453054SQ201210173993
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】林立 申請人:林立, 王中金, 馬義來, 劉子博