大型泥漿泵遠程無線控制系統(tǒng)設計

周親宗，歐陽志強

(衡陽中地裝備探礦工程機械有限公司，湖南 衡陽 421002)

1 背景

泥漿泵在與非開挖鉆機配套使用時，為鉆機輸送鉆進必要的泥漿，起到護壁和冷卻鉆頭的作用，或作為孔底動力驅動泥漿馬達和沖擊器進行鉆探。小噸位非開挖鉆機的泥漿泵由鉆機液壓系統(tǒng)驅動，安裝在鉆機履帶底盤上，與非開挖鉆機共用動力源，操作也與鉆機一起，一人操作。而大噸位非開挖鉆機所配泥漿泵體積較大，輸入功率也較大，一般自帶大功率柴油發(fā)動機作為動力，并且安放位置離鉆機較遠。非開挖作業(yè)正常鉆進或擴孔時，需要輸送泥漿，但在更換鉆桿或其他原因暫停鉆進時，需要停止輸送泥漿，這樣的操作比較頻繁。因此需要專人負責操作泥漿泵，一般方法是手動將變速箱掛入空擋或手動將離合器分離，由于發(fā)動機油門調(diào)節(jié)起來不是很方便，并沒有及時調(diào)小，在此待機過程中會產(chǎn)生大量不必要的燃油消耗，同時離合分離軸套在發(fā)動機高速輸入下容易損壞；另一方面，由于發(fā)動機噪音和廢氣污染，操作人員工作環(huán)境差。如果通過某種方式，使得司鉆可以從操縱臺一人操作鉆機和泥漿泵，則既可以減少人力，改善工作環(huán)境，又可以保證與鉆機操作的同步，這樣要方便得多，效率也更高。

2 需要解決的問題

通過實地調(diào)研，總出如下需求：司鉆距離泥漿泵一般在10～30 m之間，司鉆需要方便地控制泥漿泵的啟、停及監(jiān)控工作狀態(tài)，即司鉆在鉆機操作位操作鉆機的同時，可以操作和監(jiān)控泥漿泵。

3 方案設計

3.1 方案一：電動換擋

由于本公司大型泥漿泵采用汽車變速箱作為變速變量環(huán)節(jié)，如果通過電動的方式操作離合器與換擋手柄，就可以實現(xiàn)變速箱的換擋操作。這樣將司鉆的控制操作轉換為電信號傳給泥漿泵，則可以實現(xiàn)遠程控制泥漿泵，整體結構如圖1所示。

圖1 電動換擋方案示意圖

本方案的特點是可以電動遠程控制變速箱擋位，空擋時泵停止輸送泥漿，掛入適當擋位時，泵工作，輸送泥漿，還可以根據(jù)擋位的變化，調(diào)節(jié)發(fā)動機油門開度，以節(jié)省燃油。缺點是機械變速箱擋位撥叉生澀，會導致電動變擋可靠性差；另外，電動變擋傳感器較多，控制要求較高，故障率較高，維護成本也較高，因而適用性差；而且，由于電纜線較長，工地布線不便，易損壞。

3.2 方案二：電動控制離合

離合器的功能是當離合器閉合時，可以將輸入的動力傳到輸出端，當離合器分離時則不會將動力傳到輸出端，通過控制離合器的閉合與分離，就可以控制泥漿泵的工作與停止，如圖2所示，電動控制離合器的結構(見圖3)。

圖2 電動離合方案示意圖

圖3 電動離合器結構圖

由于非開挖鉆進時并不需要頻繁更換擋位，主要是控制泥漿泵的工作與停止狀態(tài)。所以，這個方案可以滿足要求，并且實現(xiàn)起來比較容易，成本也較低。缺點是集成度低，控制端占用空間大；同樣存在線纜比較多，比較長，布線不便的問題，工地環(huán)境容易造成線纜破損，降低了可靠性。

3.3 方案三：全集成無線遠程遙控方案

本方案是在方案二的基礎上，將發(fā)動機、離合器、油門、泵壓納入集成監(jiān)控，將發(fā)動機轉速、機油壓力、機油溫度、冷卻水溫及泥漿泵壓力等參數(shù)通過傳感器傳給可編程控制器(PLC)，通過按鈕控制發(fā)動機及泥漿泵的工作狀態(tài)，整體結構如圖4所示，控制邏輯見圖5。

圖4 無線遠程遙控方案示意圖

圖5 無線遠程控制邏輯

本方案的特點是將泥漿泵手動操作轉換為遠程遙控，包括控制發(fā)動機啟動與停止、發(fā)動機油門、離合器等，根據(jù)鉆機施工工況的需要，遠程控制發(fā)動機的啟動、運行與停止，離合器的分離與閉合，自動控制發(fā)動機油門的開度，以達到設定轉速，同時可以監(jiān)控發(fā)動機及泥漿泵的運行參數(shù)和故障報警。

本方案的優(yōu)點：①泥漿泵不需要專人值守，降低了人工成本；②由于自動控制油門開度和發(fā)動機啟停，可以減少燃油浪費，降低了燃油成本，同時可以降低機器本身的損耗，延長機器的使用壽命，綜合效益大大提高；③不存在布線問題，泥漿泵可以根據(jù)場地實際情況擺放，遠離操作位置，降低了噪音干擾；④可以實現(xiàn)無線遙控。

4 生產(chǎn)使用情況

經(jīng)過反復研究，選擇方案三作為最終方案，經(jīng)過長時間反復試驗完善了系統(tǒng)的設計，并完成了產(chǎn)品的試制。試驗中實測開闊地無線遙控距離可達200 m以上，可以滿足用戶的需求。該系統(tǒng)首先應用在本公司BW-1500/12型泥漿泵上，在施工單位試用，操作簡單方便，性能穩(wěn)定，得到了用戶的肯定。之后，又應用在BW-1000/12及BW-2500/16，BW-3000/16

幾種泥漿泵上，目前已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

圖6 實物圖片

5 總結

大型泥漿泵遠程無線控制系統(tǒng)經(jīng)過不斷的優(yōu)化和改進，性能趨于穩(wěn)定，達到了預期的目的，能夠滿足用戶的要求，良好的綜合效益得到了用戶的好評。方案三作為最終的方案，雖然不是功能最強的，但它是最穩(wěn)定的和可以實現(xiàn)的，用戶使用更方便，綜合效益也是最好的。另外，在方案實現(xiàn)的過程中，在可以不使用傳感器或檢測開關的地方，盡量不要使用，原因是工地環(huán)境惡劣，使用傳感器或檢測開關反而會降低系統(tǒng)可靠性，在控制系統(tǒng)完善后，影響控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素是傳感器和執(zhí)行機構。通過本產(chǎn)品的設計與實現(xiàn)使我們真正認識到，作為機械設備，在滿足功能需求的前提下，應該追求穩(wěn)定與高效，這是一條不變的原則。