筒式柴油打桩锤中上活塞跳高值的测量系统及方法
筒式柴油打桩锤中上活塞跳高值的测量系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种筒式柴油打粧锤，特别是涉及一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前，筒式柴油打粧锤采用的燃油系统都是机械式燃油系统，导致其存在很多缺陷和问题，例如，无法准确计算上活塞的跳高值并且无法实时显示上活塞的跳高值，而且当上活塞的跳高高于设定的最高限制值时，无法自动停止;并且，无法自动记录打粧锤的实际打击次数、无法实时显示打粧锤的实际跳数以及无法自动记录打粧锤的总跳高，上述问题都亟待解决。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中筒式柴油打粧锤存在各种缺陷和问题，提供一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统及方法。
[0004]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:
[0005]本发明提供了一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量方法，其特点在于，包括以下步骤:
[0006]在油量控制箱内部设置压力传感器，以实时检测回油管路内部的压力值；
[0007]获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值；
[0008]预设一临界压力值；
[0009]检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值的时刻；
[0010]计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t=t2-t1;其中t为所述时间差，t2为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻；
[0011]计算所述上活塞的跳高值，计算公式为:h= gt2/2;其中h为所述跳高值，g为重力加速度。
[0012]较佳地，所述测量方法还包括:
[0013]判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值，并在判断为是时控制喷油量为0。
[0014]较佳地，所述测量方法还包括:
[0015]在检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，控制用于记录打粧锤的打击次数的计数器的计数值自动加1。
[0016]较佳地，所述测量方法还包括:
[0017]在计算出所述时间差之后，还计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m= 60/t;其中m为所述实际跳数。
[0018]较佳地，所述测量方法中在计算所述实际跳数时，还获取连续N次计算出的所述时间差的平均值t3，并利用公式m=60/t3计算所述实际跳数，其中N为正整数。
[0019]较佳地，在所述测量方法中还通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。
[0020]较佳地，所述回油管路内部设有油量调节阀，所述压力传感器设置于所述油量调节阀的侧面。
[0021]本发明的目的在于还提供了一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统，其特点在于，包括:
[0022]压力传感器，设置在油量控制箱内部，用于实时检测回油管路内部的压力值；
[0023]信号获取模块，用于获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值；
[0024]检测模块，用于检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到一临界压力值的时刻；
[0025]时间差计算模块，用于计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t = t2_t1;其中t为所述时间差，t2为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，^为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻；
[0026]跳高值计算模块，用于计算所述上活塞的跳高值，计算公式为:h= gt2/2;其中h为所述跳高值，g为重力加速度。
[0027]较佳地，所述测量系统还包括ECU(油量控制箱中的电控单元)，所述ECU用于判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值，并在判断为是时控制喷油量为0。
[0028]较佳地，所述测量系统还包括用于记录打粧锤的打击次数的计数器，在所述检测模块检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，所述ECU还控制所述计数器的计数值自动加1。
[0029]较佳地，所述测量系统还包括跳数计算模块，用于计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m = 60/t;其中m为所述实际跳数。
[0030]较佳地，所述跳数计算模块还用于获取连续N次计算出的所述时间差的平均值t3，并利用公式m = 60/t3计算所述实际跳数，其中N为正整数。
[0031]较佳地，跳高值计算模块还用于通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。
[0032]较佳地，所述回油管路内部设有油量调节阀，所述压力传感器设置于所述油量调节阀的侧面。
[0033]较佳地，所述测量系统还包括一断油装置，所述断油装置包括一油量控制单元、一压油杠杆、一转轴、一油栗、一喷嘴和一停油机构；
[0034]所述压油杠杆可旋转连接于所述转轴，用以驱动所述油栗向所述喷嘴供油；
[0035]所述停油机构包括一紧停电磁阀、一摇臂和一挂钩，所述紧停电磁阀与所述摇臂连接，所述摇臂还与所述挂钩连接；
[0036]所述油量控制单元包括一控制器，所述紧停电磁阀在所述控制器接收到一停油信号时带动所述摇臂摆动，进而带动所述挂钩摆动；
[0037]在所述挂钩摆动时，所述压油杠杆的第一端部通过旋转钩于所述挂钩上，以使得所述油栗向所述喷嘴供油的供油量为零。
[0038]较佳地，所述断油装置还包括一HMI (人机界面)操作箱，所述HMI操作箱与所述控制器电连接，所述HMI操作箱用于接收一第一外部控制指令并将所述第一外部控制指令转换为停油信号传输至所述控制器。
[0039]较佳地，所述油量控制单元还包括一油量控制阀，所述油量控制阀用于控制喷嘴的喷油量；
[0040]所述HMI操作箱还用于接收一第二外部控制指令，并在接收到所述第二外部控制指令之后，接收输入的油量值，并将接收到的油量值转换为油量信号传输至所述控制器，以使得所述控制器通过所述油量信号调节所述油量控制阀；
[0041]所述HMI操作箱还用于接收一第三外部控制指令，并在接收到所述第三外部控制指令之后，接收输入的油量值和柴油打粧锤的打击次数，并将接收到的打击次数和由输入的油量值转换成的油量信号传输至所述控制器，以使得所述控制器通过所述油量信号调节所述油量控制阀以及控制所述柴油打粧锤在实际的打击次数达到输入的打击次数时停止打击。
[0042]本发明利用上述的断油装置可以使得筒式柴油打粧锤具备四种功能:手动油量控制、手动跳高控制、自动控制(包括自动油量控制和自动跳高控制)。
[0043]四种功能的具体实现方式如下:
[0044]手动油量控制是指操作人员可以通过HMI操作箱实时、连续改变喷嘴喷入打粧锤筒壁内的油量。具体实现方式:操作人员通过HMI操作箱设置喷入打粧锤筒壁内的燃油量(如:50 %，亦可设置为“10ml” )，控制单元接收到HMI的操作指令(50 % )，控制电磁阀带动油量控制阀的阀芯运动，改变回油管的流通面积，从而改变油栗回流至油箱内部的油量。由于每个工作循环，进入油栗内的油量是一定值(19ml，与油栗的设计有关)，因此，通过改变回油量，即可改变喷嘴喷入打粧锤内的油量。由于电磁阀可以连续地对油量调节阀的阀芯进行控制，因此，操作人员可以控制喷油量连续改变，即可实现19ml内的任意数值。
[0045]手动跳高控制是指操作人员可以通过HMI操作箱实时、连续改变打粧锤上活塞的跳高值。具体实现方式:操作人员通过HMI操作箱设置打粧锤上活塞的跳高(如:3.0m)，控制单元接收到HMI的操作指令(3.0m)，并检测打粧锤上活塞的跳高，通过闭环控制算法控制电磁阀带动油量控制阀的阀芯运动，改变回油管的流通面积，从而改变油栗回流至油箱内部的油量，由于进入油栗的油量为一定值，因此可以控制喷入打粧锤的油量，而在地质状况相同的条件下，打粧锤的跳高与喷入打粧锤的油量相关，从而实现对打粧锤上活塞跳高的控制。
[0046]自动控制包括自动油量控制和自动跳高控制。
[0047]自动油量控制是指操作人员通过HMI操作箱设置打粧锤的打击次数、以及每个工作循环所 需的油量后，打粧锤起动后，将按照该设置值自动进行油量控制和停止动作。
[0048]自动跳高控制是指操作人员通过HMI操作箱设置打粧锤的打击次数、以及每个工作循环打粧锤上活塞的跳高，打粧锤起动后，将按照该设置值自动进行跳高控制和停止动作。
[0049]自动控制除了上述两种基本的控制外，还包括操作人员可通过HMI操作箱设置打粧锤的打击次数、以及每个工作循环所需的油量和每个工作循环打粧锤上活塞的跳高，打粧锤起动后，将按照该设置值自动进行跳高控制和停止动作。
[0050]自动油量控制的实现方式为:操作人员通过HMI操作箱设置打粧锤的打击次数、以及每个工作循环所需的油量后，控制单元接收并存储控制指令，在打粧锤起动后，控制单元根据存储的控制指令对电磁阀进行控制，从而控制油量调节阀内部阀芯的位置，改变回油管的流通面积，从而改变油栗回流至油箱内部的油量，由于进入油栗的油量为一定值，因此可实现对打粧锤油量的自动控制。同时，控制单元将自动检测打粧锤的打击次数，当打粧锤的实际打击次数达到操作人员设定的打击次数，打粧锤将自动停止工作。
[0051 ]自动跳高控制的实现方式为:操作人员通过HMI操作箱设置打粧锤的打击次数、以及每个工作循环打粧锤的跳高后，控制单元接收并存储控制指令，在打粧锤起动后，控制单元根据存储的控制指令对电磁阀进行控制，从而控制油量调节阀内部阀芯的位置，改变回油管的流通面积，从而改变油栗回流至油箱内部的油量，由于进入油栗的油量为一定值，因此可以控制喷入打粧锤的油量，而在地质状况相同的条件下，打粧锤的跳高与喷入打粧锤的油量相关，从而实现对打粧锤跳高的自动控制。同时，控制单元将自动检测打粧锤的打击次数，当打粧锤的实际打击次数达到操作人员设定的打击次数，打粧锤将自动停止工作。
[0052]为了保证打粧锤安全稳定地工作，打粧锤断油控制方式与上述油量控制方式不同，具体实现方式为:操作人员通过HMI操作箱按下紧停按钮，控制单元接收到该指令后，控制紧停电磁阀动作，紧停电磁阀通过软轴带摇臂旋转，摇臂带动挂钩旋转，当打粧锤上活塞下落至最低位置，挂钩将自动钩住打粧锤的压油杠杆，使其无法运动。由于打粧锤压油杠杆无法运动，使得油栗无法工作，从而控制喷嘴喷油量为0，实现打粧锤的断油控制。
[0053]由于打粧锤工作时，冲击和振动强度很大，可以根据需要对油量控制箱安装减振器，保证油量控制箱的寿命。
[0054]本发明的积极进步效果在于:本发明能够准确计算上活塞的跳高值，并且在上活塞的跳高高于危险值时可以自动停止喷油，同时可以自动记录打粧锤的实际打击次数和总跳高，还可以实时显示打粧锤的实际跳数，从而解决了现有技术中存在的技术问题。
【附图说明】
[0055]图1为本发明的实施例1的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统的结构示意图。
[0056]图2为本发明的实施例1的测量系统中压力传感器在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值的压力曲线示意图。
[0057]图3为本发明的实施例1的测量系统中压力传感器检测出的压力值的压力曲线示意图。
[0058]图4为本发明的实施例1的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量方法的流程图。
[0059]图5为本发明的实施例2的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统的断油装置的结构示意图。
[0060]图6为图5的局部结构示意图。
[0061]图7为图6的局部剖面示意图。
[0062]图8为图7的侧面结构示意图。
[0063]图9为本发明实施例2的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统的断油装置的系统不意图。
[0064]图10为本发明实施例2的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统的断油装置的油量控制单元的示意图。
【具体实施方式】
[0065]下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0066]实施例1
[0067]如图1所示，本发明的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统包括一压力传感器1、一信号获取模块2、一检测模块3、一时间差计算模块4、一跳高值计算模块5、一 E⑶6、一计数器7以及一跳数计算模块8，其中所述信号获取模块2、所述检测模块3、所述时间差计算模块4、所述跳高值计算模块5、所述ECU6、所述计数器7以及所述跳数计算模块8集成在同一块芯片中。
[0068]其中，该压力传感器1安装在油量控制箱的内部，用于实时检测回油管路内部的压力值，在所述回油管路内部设有油量调节阀，压力传感器1具体可设置在所述油量调节阀的侧面;所述信号获取模块2则用于获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值。在打粧锤的每个工作周期内，压力传感器1检测出的压力值会呈现如图2所示的曲线，根据该曲线可以获得在任意时刻检测出的压力值。
[0069]所述检测模块3则用于检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到一临界压力值的时刻，其中该临界压力值可根据实际情况进行设定，本发明会基于该临界压力值来计算上活塞的跳高值，具体地:
[0070]所述时间差计算模块4会计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t = t2_t1;其中t为所述时间差，^为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，^为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻。
[0071]参见图3，其中示出了打粧锤的相邻两个工作周期内压力传感器检测出的压力值的压力曲线，在本实施例中，以图3为例，设定的临界压力值为1.5bar(巴，压强的单位)，当实测压力首次达到1.5bar时，开始计时，计时时刻为t，为了防止由于压力波动导致的错误计时，增加一窗口函数对压力曲线进行选择性地滤波，使得直到下一个工作周期内检测出的压力值达到1.5bar之前，停止计时，这样就保证在打粧锤的每个工作周期内只记录压力值首次达到临界压力值的时刻，即确保每个工作周期内只记录一次时刻，在图3中，相邻两个工作周期内的后一周期检测出的所述时刻为t2。
[0072]这样，所述时间差计算模块4就可以根据上述公式计算出所述时间差，而所述跳高值计算模块5就可以计算上活塞的跳高值，具体计算公式为:h = gt2/2;其中g为重力加速度。
[0073]在本发明中，还通过所述ECU6来判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值(可根据实际情况进行设定)，并在判断为是时控制喷嘴的喷油量为0，从而实现自动停止的目的。
[0074]在本发明中，还通过所述计数器7记录打粧锤的打击次数，在所述检测模块3检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，所述ECU6还控制所述计数器7的计数值自动加1，从而自动记录打粧锤的实际打击次数。
[0075]所述跳数计算模块8则用于计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m=60/t;其中m为所述实际跳数。
[0076]本发明利用所述跳高值计算模块5还可以计算上活塞的总跳高，具体通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。
[0077]如图4所示，本发明利用本实施例的测量系统实现的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量方法包括以下步骤:
[0078]在油量控制箱内部设置压力传感器，以实时检测回油管路内部的压力值；
[0079]获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值；
[0080]预设一临界压力值；
[0081]检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值的时亥IJ;优选地，可设置时间窗口函数来标记在打粧锤的每个工作周期内首次达到临界压力值的时刻，具体地，在打粧锤的每个工作周期内，在检测到压力值首次达到所述临界压力值时，时间窗口函数的脉冲波形开始输出高电平，而高电平的持续输出时间则小于打粧锤的工作周期时间，然后跳转为低电平，并在打粧锤的下个工作周期内，在检测到压力值首次达到所述临界压力值时，再次输出高电平，如此循环往复，从而标记在打粧锤的每个工作周期内首次达到临界压力值的时刻。
[0082]计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t = t2_t1;其中t为所述时间差，t2为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，^为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻；
[0083]计算所述上活塞的跳 高值，计算公式为:h= gt2/2;其中h为所述跳高值，g为重力加速度。
[0084]在本发明的测量方法中，还可以判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值，并在判断为是时控制喷油量为0，当然，在打粧锤上活塞跳高值超过最大阈值后，有可能会跳出打粧锤筒体，进而对操作人员造成伤害，而为了安全起见，本发明中可控制喷油量为0，也可以为其他安全值(具体取值则可以根据实际需要进行设定)；本发明的测量方法还包括:在检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，控制用于记录打粧锤的打击次数的计数器的计数值自动加1;在计算出所述时间差之后，还计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m = 60/t;其中m为所述实际跳数；以及在所述测量方法中还通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。
[0085]实施例2
[0086]本实施例提供了一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统，其与实施例1中的测量系统基本相同，包含了实施例1中的测量系统的全部组成模块，不同之处在于:
[0087]在本实施例中，所述测量系统还包括一断油装置，如图5-9所示，所述断油装置包括一油量控制箱101、一油栗102、一喷嘴(图9中示出的118)、一停油机构、一油箱103、一 HMI操作箱104、一压油杠杆105和一转轴106。所述压油杠杆105可旋转连接于所述转轴106，用以驱动所述油栗102向所述喷嘴供油。如图5-8所示，所述停油机构包括一紧停电磁阀(图9中示出的Valve_3)、一摇臂107和一挂钩108，所述紧停电磁阀与所述摇臂107连接，所述摇臂107还与所述挂钩108连接。
[0088]所述紧停电磁阀设于所述油量控制箱101内，所述油量控制箱101放置于一支撑架109上，所述支撑架109固定于外壁2上，所述油量控制箱101与所述支撑架109之间设有至少一减震器。图5中示出所述支撑架109为L形，所述油量控制箱101放置于所述支撑架109的上表面，所述油量控制箱101的底面与所述支撑架109的上表面之间设有两个减震器110和111，所述油量控制箱101的侧面靠于所述支撑架109的侧面，所述油量控制箱101的侧面与所述支撑架109的侧面之间设有一个减震器112。该些减震器110、111和112的设置可以防止油量控制箱101因为震动太大而被震坏。
[0089]所述油量控制箱101内还设有一油量控制单元，所述油量控制单元包括一控制器。所述HMI操作箱104通过电线113与所述控制器电连接。
[0090]所述HMI操作箱104用于接收一第一外部控制指令并将所述第一外部控制指令转换为停油信号传输至所述控制器。其中，所述第一外部控制指令用于表征控制断油装置停止工作。
[0091]如图6-8所示，所述紧停电磁阀在所述控制器接收到一停油信号时或在所述控制器断电时，带动所述摇臂107摆动，进而带动所述挂钩108摆动;在所述挂钩108摆动时，所述压油杠杆105的第一端部1051通过旋转钩于所述挂钩108上，以使得所述油栗102向所述喷嘴供油的供油量为零。
[0092]具体地，所述压油杠杆105由一第一连接部1052和一第二连接部1053连接而成，所述第一连接部1052与所述第二连接部1053形成一夹角部1054，所述夹角部1054的夹角在0?90°之间，所述夹角部1054与所述转轴106枢接，所述压油杠杆105与所述转轴106可旋转连接。所述压油杠杆105具有两个端部，分别为第一端部1051(即第一连接部的端部)和第二端部1055(即所述第二连接部的端部)。所述断油装置还包括一弹簧114，所述压油杠杆105的第二端部1055与所述弹簧114连接，通过所述弹簧114的弹力控制所述第二端部1055的位置，进而控制所述压油杠杆105绕着所述转轴106的旋转。
[0093]所述紧停电磁阀通过一连接管115与所述摇臂107连接，其中，所述连接管115为一软轴，通过将由胶皮包覆于钢丝的外部而制成。所述停油机构还包括一连接杆116。所述摇臂107与所述连接杆116连接，所述挂钩108固定于所述连接杆116上。所述控制器106在接收到所述停油信号时或者断电时，所述紧停电磁阀拉动所述连接管115以带动所述摇臂107摆动。所述摇臂107在摆动时带动所述连接杆116转动，进而带动所述挂钩108摆动。在所述挂钩108摆动时，所述压油杠杆105的第一端部1051通过旋转钩于所述挂钩108上，以使得所述油栗102向所述喷嘴供油的供油量为零。
[0094]所述停油机构还包括一扭簧117。所述扭簧117设于所述连接杆116上，用于在所述紧停电磁阀未拉动所述连接管115时控制所述连接杆116复位，以使得所述第一端部1051从所述挂钩108上脱离。
[0095]如图9所示，所述油量控制单元还包括一油量控制阀Va 1V e _4。所述油量控制阀Valve_4用于控制喷嘴118的喷油量。
[0096]所述HMI操作箱104还用于接收一第二外部控制指令和一第三外部控制指令。所述第二外部控制指令用于表征控制断油装置进入手动油量控制模式，所述手动油量控制模式是指工作人员手动设定油量值，喷嘴118的喷油量自动达到设定的油量值;所述第三外部控制指令用于表征控制断油装置进入自动控制模式，所述自动控制模式是指工作人员手动设定油量值和柴油打粧锤的打击次数，喷嘴118的喷油量自动达到设定的油量值并且柴油打粧锤在实际的打击次数达到设定的打击次数自动停止打击。
[0097]为了实现手动油量控制模式和自动控制模式，所述HMI操作箱104还用于在接收到所述第二外部控制指令之后，接收输入的油量值，并将接收到的油量值转换为油量信号传输至控制器119，以使得所述控制器119通过所述油量信号调节所述油量控制阀Valve_4，进而控制喷嘴118的喷油量。如所述HMI操作箱104在接收到所述第一外部控制指令之后，若接收工作人员输入的油量值为50%，那么通过所述控制器119的控制，该些喷嘴118的喷油量就应该为50%。所述HMI操作箱104还用于在接收到所述第三外部控制指令之后，接收输入的油量值和柴油打粧锤的打击次数，并将接收到的打击次数和由输入的油量值转换成的油量信号传输至所述控制器119，以使得所述控制器119通过所述油量信号调节所述油量控制阀Valve_4，进而控制该些喷嘴118的喷油量，以及控制所述柴油打粧锤在实际的打击次数达到输入的打击次数时停止打击。如所述HMI操作箱104在接收到所述第二外部控制指令之后，若接收工作人员输入的油量值为40%、打击次数为100次，那么通过所述控制器119的控制，该些喷嘴118的喷油量就应该为40%并且所述柴油打粧锤还会在实际的打击次数达到100次时停止打击。
[0098]下面具体说明一下，所述控制器119根据所述控制信号(即由输入的油量值转换成的油量信号)调节所述油量控制阀Valve_4、控制喷嘴118的喷油量的具体过程:
[0099]如图10所示，所述油量控制单元还包括一执行器、一位置传感器120和一驱动电路121。本实施例中的执行器为电磁执行器122。所述电磁执行器122、所述位置传感器120和所述驱动电路121分别与所述控制器119电连接。所述油量控制阀Valve_4的阀芯与所述电磁执行器122连接，并且所述阀芯随着所述电磁执行器122的移动而移动。
[0100]所述位置传感器120用于采集所述电磁执行器122的实际位置并将所述实际位置传输至所述控制器119。
[0101]所述控制器119用于接收所述控制信号和所述实际位置，并利用所述控制信号计算所述电磁执行器122的设定位置，以及计算所述设定位置与所述实际位置的差值，利用前馈和PID算法计算PWM值并将PWM值输出至所述驱动电路121。
[0102]所述驱动电路121用于接收所述PWM值以及驱动所述电磁执行器122移动，并将所述电磁执行器122移动至所述设定位置，进而控制所述阀芯移动。在所述阀芯移动时，所述油量控制阀Valve_4的流通面积发生改变，进而使得喷嘴118的喷油量发生改变，达到了输入的油量值。
[0103]本实施例中的油量控制阀Valve_4具体可以为溢流阀或者其它能够根据阀芯的移动而改变流通面积的控制阀。
[0104]此外，所述控制器119还用于记录柴油打粧锤在实际的打击次数，比较实际的打击次数与输入的打击次数，在实际的打击次数达到输入的打击次数时控制所述柴油打粧锤停止打击。
[0105]如图5和图9所示，所述油栗102通过第一油道201与该些喷嘴1 18连通，并且所述油栗102通过所述第一油道201向该些喷嘴118供油;该些喷嘴118与柴油打粧锤的燃烧室3连通，并向所述燃烧室3喷油，图5中油栗102的下方向下的箭头表示了燃油的流向。所述第一油道201上设有一第一单向阀Valve_2，所述第一单向阀Valve_2用于控制所述油栗102内的油向所述喷嘴118单向流动。所述第一油道201上还形成有一第一油道支路，所述第一油道支路与所述第一油道201的连通点分别位于所述第一单向阀Valve_2的两端，所述第一油道支路上设有一第一旁通阀Bypass_2，所述第一旁通阀Bypass_2用于控制所述第一油道201的排气。所述油箱103通过第二油道202与所述油栗102连通，并通过所述第二油道202向所述油栗102输油，图中第二油道202上的箭头表示燃油的流向。所述第二油道202上设有一第二单向阀Valve_l，所述第二单向阀Valve_l用于控制所述油箱103内的油向所述油栗102单向流动。所述第二油道202上还形成有一第二油道支路，所述第二油道支路与所述第二油道的连通点分别位于所述第二单向阀Valve_l的两端，所述第二油道支路上设有一第二旁通阀Bypass_l，所述第二旁通阀Bypass_l用于控制所述第二油道202的排气。
[0106]所述油栗102还通过一第一回油管203与所述油量控制箱101连通并通过所述第一回油管203向所述油量控制箱101输油，所述油量控制箱101还通过一第二回油管204与所述油箱103连通并通过所述第二回油管204向所述油箱103输油。图5中的箭头表明了燃油的流向。
[0107]虽然以上描述了本发明的【具体实施方式】，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 在油量控制箱内部设置压力传感器，以实时检测回油管路内部的压力值； 获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值； 预设一临界压力值； 检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值的时刻；计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t=t2-t1;其中t为所述时间差，t2为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，ti为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻； 计算所述上活塞的跳高值，计算公式为:h = gt2/2;其中h为所述跳高值，g为重力加速度。2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括: 判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值，并在判断为是时控制喷油量为0。3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括: 在检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，控制用于记录打粧锤的打击次数的计数器的计数值自动加1。4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括: 在计算出所述时间差之后，还计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m=60/t;其中m为所述实际跳数。5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法中在计算所述实际跳数时，还获取连续N次计算出的所述时间差的平均值t3，并利用公式m = 60/t3计算所述实际跳数，其中N为正整数。6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在所述测量方法中还通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。7.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述回油管路内部设有油量调节阀，所述压力传感器设置于所述油量调节阀的侧面。8.一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统，其特征在于，包括: 压力传感器，设置在油量控制箱内部，用于实时检测回油管路内部的压力值； 信号获取模块，用于获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值； 检测模块，用于检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到一临界压力值的时刻； 时间差计算模块，用于计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t = t2-t1;其中t为所述时间差，^为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，^为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻； 跳高值计算模块，用于计算所述上活塞的跳高值，计算公式为:h = gt2/2;其中h为所述跳高值，g为重力加速度。9.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括ECU，所述ECU用于判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值，并在判断为是时控制喷油量为0。10.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括用于记录打粧锤的打击次数的计数器，在所述检测模块检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，所述ECU还控制所述计数器的计数值自动加1。11.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括跳数计算模块，用于计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m = 60/t;其中m为所述实际跳数。12.如权利要求11所述的测量系统，其特征在于，所述跳数计算模块还用于获取连续N次计算出的所述时间差的平均值t3，并利用公式m = 60/t3计算所述实际跳数，其中N为正整数。13.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，跳高值计算模块还用于通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。14.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述回油管路内部设有油量调节阀，所述压力传感器设置于所述油量调节阀的侧面。15.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括一断油装置，所述断油装置包括一油量控制单元、一压油杠杆、一转轴、一油栗、一喷嘴和一停油机构； 所述压油杠杆可旋转连接于所述转轴，用以驱动所述油栗向所述喷嘴供油； 所述停油机构包括一紧停电磁阀、一摇臂和一挂钩，所述紧停电磁阀与所述摇臂连接，所述摇臂还与所述挂钩连接； 所述油量控制单元包括一控制器，所述紧停电磁阀在所述控制器接收到一停油信号时带动所述摇臂摆动，进而带动所述挂钩摆动； 在所述挂钩摆动时，所述压油杠杆的第一端部通过旋转钩于所述挂钩上，以使得所述油栗向所述喷嘴供油的供油量为零。16.如权利要求15所述的测量系统，其特征在于，所述断油装置还包括一HMI操作箱，所述HMI操作箱与所述控制器电连接，所述HMI操作箱用于接收一第一外部控制指令并将所述第一外部控制指令转换为停油信号传输至所述控制器。17.如权利要求16所述的测量系统，其特征在于，所述油量控制单元还包括一油量控制阀，所述油量控制阀用于控制喷嘴的喷油量； 所述HMI操作箱还用于接收一第二外部控制指令，并在接收到所述第二外部控制指令之后，接收输入的油量值，并将接收到的油量值转换为油量信号传输至所述控制器，以使得所述控制器通过所述油量信号调节所述油量控制阀； 所述HMI操作箱还用于接收一第三外部控制指令，并在接收到所述第三外部控制指令之后，接收输入的油量值和柴油打粧锤的打击次数，并将接收到的打击次数和由输入的油量值转换成的油量信号传输至所述控制器，以使得所述控制器通过所述油量信号调节所述油量控制阀以及控制所述柴油打粧锤在实际的打击次数达到输入的打击次数时停止打击。
【专利摘要】本发明公开了一种筒式柴油打桩锤中上活塞跳高值的测量系统及方法，方法包括：在油量控制箱内部设置压力传感器，以实时检测回油管路内部的压力值；ECU获取压力传感器输出的检测信号，并从检测信号中获取在打桩锤的每个工作周期内压力传感器检测出的压力值；预设一临界压力值；检测在打桩锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到临界压力值的时刻；计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差；计算上活塞的跳高值。本发明能够准确计算上活塞的跳高值，并且在上活塞的跳高高于设定的最高限制值时喷嘴可以自动停止喷油，同时自动记录打桩锤的实际打击次数和总跳高，还实时显示打桩锤的实际跳数。
【IPC分类】G01B21/02
【公开号】CN105486261
【申请号】CN201510831292
【发明人】金江善, 韩汛峰, 胡建村
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一一研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月25日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种筒式柴油打粧锤，特别是涉及一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前，筒式柴油打粧锤采用的燃油系统都是机械式燃油系统，导致其存在很多缺陷和问题，例如，无法准确计算上活塞的跳高值并且无法实时显示上活塞的跳高值，而且当上活塞的跳高高于设定的最高限制值时，无法自动停止;并且，无法自动记录打粧锤的实际打击次数、无法实时显示打粧锤的实际跳数以及无法自动记录打粧锤的总跳高，上述问题都亟待解决。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中筒式柴油打粧锤存在各种缺陷和问题，提供一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统及方法。
[0004]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:
[0005]本发明提供了一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量方法，其特点在于，包括以下步骤:
[0006]在油量控制箱内部设置压力传感器，以实时检测回油管路内部的压力值；
[0007]获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值；
[0008]预设一临界压力值；
[0009]检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值的时刻；
[0010]计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t=t2-t1;其中t为所述时间差，t2为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻；
[0011]计算所述上活塞的跳高值，计算公式为:h= gt2/2;其中h为所述跳高值，g为重力加速度。
[0012]较佳地，所述测量方法还包括:
[0013]判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值，并在判断为是时控制喷油量为0。
[0014]较佳地，所述测量方法还包括:
[0015]在检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，控制用于记录打粧锤的打击次数的计数器的计数值自动加1。
[0016]较佳地，所述测量方法还包括:
[0017]在计算出所述时间差之后，还计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m= 60/t;其中m为所述实际跳数。
[0018]较佳地，所述测量方法中在计算所述实际跳数时，还获取连续N次计算出的所述时间差的平均值t3，并利用公式m=60/t3计算所述实际跳数，其中N为正整数。
[0019]较佳地，在所述测量方法中还通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。
[0020]较佳地，所述回油管路内部设有油量调节阀，所述压力传感器设置于所述油量调节阀的侧面。
[0021]本发明的目的在于还提供了一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统，其特点在于，包括:
[0022]压力传感器，设置在油量控制箱内部，用于实时检测回油管路内部的压力值；
[0023]信号获取模块，用于获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值；
[0024]检测模块，用于检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到一临界压力值的时刻；
[0025]时间差计算模块，用于计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t = t2_t1;其中t为所述时间差，t2为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，^为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻；
[0026]跳高值计算模块，用于计算所述上活塞的跳高值，计算公式为:h= gt2/2;其中h为所述跳高值，g为重力加速度。
[0027]较佳地，所述测量系统还包括ECU(油量控制箱中的电控单元)，所述ECU用于判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值，并在判断为是时控制喷油量为0。
[0028]较佳地，所述测量系统还包括用于记录打粧锤的打击次数的计数器，在所述检测模块检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，所述ECU还控制所述计数器的计数值自动加1。
[0029]较佳地，所述测量系统还包括跳数计算模块，用于计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m = 60/t;其中m为所述实际跳数。
[0030]较佳地，所述跳数计算模块还用于获取连续N次计算出的所述时间差的平均值t3，并利用公式m = 60/t3计算所述实际跳数，其中N为正整数。
[0031]较佳地，跳高值计算模块还用于通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。
[0032]较佳地，所述回油管路内部设有油量调节阀，所述压力传感器设置于所述油量调节阀的侧面。
[0033]较佳地，所述测量系统还包括一断油装置，所述断油装置包括一油量控制单元、一压油杠杆、一转轴、一油栗、一喷嘴和一停油机构；
[0034]所述压油杠杆可旋转连接于所述转轴，用以驱动所述油栗向所述喷嘴供油；
[0035]所述停油机构包括一紧停电磁阀、一摇臂和一挂钩，所述紧停电磁阀与所述摇臂连接，所述摇臂还与所述挂钩连接；
[0036]所述油量控制单元包括一控制器，所述紧停电磁阀在所述控制器接收到一停油信号时带动所述摇臂摆动，进而带动所述挂钩摆动；
[0037]在所述挂钩摆动时，所述压油杠杆的第一端部通过旋转钩于所述挂钩上，以使得所述油栗向所述喷嘴供油的供油量为零。
[0038]较佳地，所述断油装置还包括一HMI (人机界面)操作箱，所述HMI操作箱与所述控制器电连接，所述HMI操作箱用于接收一第一外部控制指令并将所述第一外部控制指令转换为停油信号传输至所述控制器。
[0039]较佳地，所述油量控制单元还包括一油量控制阀，所述油量控制阀用于控制喷嘴的喷油量；
[0040]所述HMI操作箱还用于接收一第二外部控制指令，并在接收到所述第二外部控制指令之后，接收输入的油量值，并将接收到的油量值转换为油量信号传输至所述控制器，以使得所述控制器通过所述油量信号调节所述油量控制阀；
[0041]所述HMI操作箱还用于接收一第三外部控制指令，并在接收到所述第三外部控制指令之后，接收输入的油量值和柴油打粧锤的打击次数，并将接收到的打击次数和由输入的油量值转换成的油量信号传输至所述控制器，以使得所述控制器通过所述油量信号调节所述油量控制阀以及控制所述柴油打粧锤在实际的打击次数达到输入的打击次数时停止打击。
[0042]本发明利用上述的断油装置可以使得筒式柴油打粧锤具备四种功能:手动油量控制、手动跳高控制、自动控制(包括自动油量控制和自动跳高控制)。
[0043]四种功能的具体实现方式如下:
[0044]手动油量控制是指操作人员可以通过HMI操作箱实时、连续改变喷嘴喷入打粧锤筒壁内的油量。具体实现方式:操作人员通过HMI操作箱设置喷入打粧锤筒壁内的燃油量(如:50 %，亦可设置为“10ml” )，控制单元接收到HMI的操作指令(50 % )，控制电磁阀带动油量控制阀的阀芯运动，改变回油管的流通面积，从而改变油栗回流至油箱内部的油量。由于每个工作循环，进入油栗内的油量是一定值(19ml，与油栗的设计有关)，因此，通过改变回油量，即可改变喷嘴喷入打粧锤内的油量。由于电磁阀可以连续地对油量调节阀的阀芯进行控制，因此，操作人员可以控制喷油量连续改变，即可实现19ml内的任意数值。
[0045]手动跳高控制是指操作人员可以通过HMI操作箱实时、连续改变打粧锤上活塞的跳高值。具体实现方式:操作人员通过HMI操作箱设置打粧锤上活塞的跳高(如:3.0m)，控制单元接收到HMI的操作指令(3.0m)，并检测打粧锤上活塞的跳高，通过闭环控制算法控制电磁阀带动油量控制阀的阀芯运动，改变回油管的流通面积，从而改变油栗回流至油箱内部的油量，由于进入油栗的油量为一定值，因此可以控制喷入打粧锤的油量，而在地质状况相同的条件下，打粧锤的跳高与喷入打粧锤的油量相关，从而实现对打粧锤上活塞跳高的控制。
[0046]自动控制包括自动油量控制和自动跳高控制。
[0047]自动油量控制是指操作人员通过HMI操作箱设置打粧锤的打击次数、以及每个工作循环所 需的油量后，打粧锤起动后，将按照该设置值自动进行油量控制和停止动作。
[0048]自动跳高控制是指操作人员通过HMI操作箱设置打粧锤的打击次数、以及每个工作循环打粧锤上活塞的跳高，打粧锤起动后，将按照该设置值自动进行跳高控制和停止动作。
[0049]自动控制除了上述两种基本的控制外，还包括操作人员可通过HMI操作箱设置打粧锤的打击次数、以及每个工作循环所需的油量和每个工作循环打粧锤上活塞的跳高，打粧锤起动后，将按照该设置值自动进行跳高控制和停止动作。
[0050]自动油量控制的实现方式为:操作人员通过HMI操作箱设置打粧锤的打击次数、以及每个工作循环所需的油量后，控制单元接收并存储控制指令，在打粧锤起动后，控制单元根据存储的控制指令对电磁阀进行控制，从而控制油量调节阀内部阀芯的位置，改变回油管的流通面积，从而改变油栗回流至油箱内部的油量，由于进入油栗的油量为一定值，因此可实现对打粧锤油量的自动控制。同时，控制单元将自动检测打粧锤的打击次数，当打粧锤的实际打击次数达到操作人员设定的打击次数，打粧锤将自动停止工作。
[0051 ]自动跳高控制的实现方式为:操作人员通过HMI操作箱设置打粧锤的打击次数、以及每个工作循环打粧锤的跳高后，控制单元接收并存储控制指令，在打粧锤起动后，控制单元根据存储的控制指令对电磁阀进行控制，从而控制油量调节阀内部阀芯的位置，改变回油管的流通面积，从而改变油栗回流至油箱内部的油量，由于进入油栗的油量为一定值，因此可以控制喷入打粧锤的油量，而在地质状况相同的条件下，打粧锤的跳高与喷入打粧锤的油量相关，从而实现对打粧锤跳高的自动控制。同时，控制单元将自动检测打粧锤的打击次数，当打粧锤的实际打击次数达到操作人员设定的打击次数，打粧锤将自动停止工作。
[0052]为了保证打粧锤安全稳定地工作，打粧锤断油控制方式与上述油量控制方式不同，具体实现方式为:操作人员通过HMI操作箱按下紧停按钮，控制单元接收到该指令后，控制紧停电磁阀动作，紧停电磁阀通过软轴带摇臂旋转，摇臂带动挂钩旋转，当打粧锤上活塞下落至最低位置，挂钩将自动钩住打粧锤的压油杠杆，使其无法运动。由于打粧锤压油杠杆无法运动，使得油栗无法工作，从而控制喷嘴喷油量为0，实现打粧锤的断油控制。
[0053]由于打粧锤工作时，冲击和振动强度很大，可以根据需要对油量控制箱安装减振器，保证油量控制箱的寿命。
[0054]本发明的积极进步效果在于:本发明能够准确计算上活塞的跳高值，并且在上活塞的跳高高于危险值时可以自动停止喷油，同时可以自动记录打粧锤的实际打击次数和总跳高，还可以实时显示打粧锤的实际跳数，从而解决了现有技术中存在的技术问题。
【附图说明】
[0055]图1为本发明的实施例1的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统的结构示意图。
[0056]图2为本发明的实施例1的测量系统中压力传感器在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值的压力曲线示意图。
[0057]图3为本发明的实施例1的测量系统中压力传感器检测出的压力值的压力曲线示意图。
[0058]图4为本发明的实施例1的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量方法的流程图。
[0059]图5为本发明的实施例2的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统的断油装置的结构示意图。
[0060]图6为图5的局部结构示意图。
[0061]图7为图6的局部剖面示意图。
[0062]图8为图7的侧面结构示意图。
[0063]图9为本发明实施例2的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统的断油装置的系统不意图。
[0064]图10为本发明实施例2的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统的断油装置的油量控制单元的示意图。
【具体实施方式】
[0065]下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0066]实施例1
[0067]如图1所示，本发明的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统包括一压力传感器1、一信号获取模块2、一检测模块3、一时间差计算模块4、一跳高值计算模块5、一 E⑶6、一计数器7以及一跳数计算模块8，其中所述信号获取模块2、所述检测模块3、所述时间差计算模块4、所述跳高值计算模块5、所述ECU6、所述计数器7以及所述跳数计算模块8集成在同一块芯片中。
[0068]其中，该压力传感器1安装在油量控制箱的内部，用于实时检测回油管路内部的压力值，在所述回油管路内部设有油量调节阀，压力传感器1具体可设置在所述油量调节阀的侧面;所述信号获取模块2则用于获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值。在打粧锤的每个工作周期内，压力传感器1检测出的压力值会呈现如图2所示的曲线，根据该曲线可以获得在任意时刻检测出的压力值。
[0069]所述检测模块3则用于检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到一临界压力值的时刻，其中该临界压力值可根据实际情况进行设定，本发明会基于该临界压力值来计算上活塞的跳高值，具体地:
[0070]所述时间差计算模块4会计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t = t2_t1;其中t为所述时间差，^为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，^为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻。
[0071]参见图3，其中示出了打粧锤的相邻两个工作周期内压力传感器检测出的压力值的压力曲线，在本实施例中，以图3为例，设定的临界压力值为1.5bar(巴，压强的单位)，当实测压力首次达到1.5bar时，开始计时，计时时刻为t，为了防止由于压力波动导致的错误计时，增加一窗口函数对压力曲线进行选择性地滤波，使得直到下一个工作周期内检测出的压力值达到1.5bar之前，停止计时，这样就保证在打粧锤的每个工作周期内只记录压力值首次达到临界压力值的时刻，即确保每个工作周期内只记录一次时刻，在图3中，相邻两个工作周期内的后一周期检测出的所述时刻为t2。
[0072]这样，所述时间差计算模块4就可以根据上述公式计算出所述时间差，而所述跳高值计算模块5就可以计算上活塞的跳高值，具体计算公式为:h = gt2/2;其中g为重力加速度。
[0073]在本发明中，还通过所述ECU6来判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值(可根据实际情况进行设定)，并在判断为是时控制喷嘴的喷油量为0，从而实现自动停止的目的。
[0074]在本发明中，还通过所述计数器7记录打粧锤的打击次数，在所述检测模块3检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，所述ECU6还控制所述计数器7的计数值自动加1，从而自动记录打粧锤的实际打击次数。
[0075]所述跳数计算模块8则用于计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m=60/t;其中m为所述实际跳数。
[0076]本发明利用所述跳高值计算模块5还可以计算上活塞的总跳高，具体通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。
[0077]如图4所示，本发明利用本实施例的测量系统实现的筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量方法包括以下步骤:
[0078]在油量控制箱内部设置压力传感器，以实时检测回油管路内部的压力值；
[0079]获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值；
[0080]预设一临界压力值；
[0081]检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值的时亥IJ;优选地，可设置时间窗口函数来标记在打粧锤的每个工作周期内首次达到临界压力值的时刻，具体地，在打粧锤的每个工作周期内，在检测到压力值首次达到所述临界压力值时，时间窗口函数的脉冲波形开始输出高电平，而高电平的持续输出时间则小于打粧锤的工作周期时间，然后跳转为低电平，并在打粧锤的下个工作周期内，在检测到压力值首次达到所述临界压力值时，再次输出高电平，如此循环往复，从而标记在打粧锤的每个工作周期内首次达到临界压力值的时刻。
[0082]计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t = t2_t1;其中t为所述时间差，t2为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，^为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻；
[0083]计算所述上活塞的跳 高值，计算公式为:h= gt2/2;其中h为所述跳高值，g为重力加速度。
[0084]在本发明的测量方法中，还可以判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值，并在判断为是时控制喷油量为0，当然，在打粧锤上活塞跳高值超过最大阈值后，有可能会跳出打粧锤筒体，进而对操作人员造成伤害，而为了安全起见，本发明中可控制喷油量为0，也可以为其他安全值(具体取值则可以根据实际需要进行设定)；本发明的测量方法还包括:在检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，控制用于记录打粧锤的打击次数的计数器的计数值自动加1;在计算出所述时间差之后，还计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m = 60/t;其中m为所述实际跳数；以及在所述测量方法中还通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。
[0085]实施例2
[0086]本实施例提供了一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统，其与实施例1中的测量系统基本相同，包含了实施例1中的测量系统的全部组成模块，不同之处在于:
[0087]在本实施例中，所述测量系统还包括一断油装置，如图5-9所示，所述断油装置包括一油量控制箱101、一油栗102、一喷嘴(图9中示出的118)、一停油机构、一油箱103、一 HMI操作箱104、一压油杠杆105和一转轴106。所述压油杠杆105可旋转连接于所述转轴106，用以驱动所述油栗102向所述喷嘴供油。如图5-8所示，所述停油机构包括一紧停电磁阀(图9中示出的Valve_3)、一摇臂107和一挂钩108，所述紧停电磁阀与所述摇臂107连接，所述摇臂107还与所述挂钩108连接。
[0088]所述紧停电磁阀设于所述油量控制箱101内，所述油量控制箱101放置于一支撑架109上，所述支撑架109固定于外壁2上，所述油量控制箱101与所述支撑架109之间设有至少一减震器。图5中示出所述支撑架109为L形，所述油量控制箱101放置于所述支撑架109的上表面，所述油量控制箱101的底面与所述支撑架109的上表面之间设有两个减震器110和111，所述油量控制箱101的侧面靠于所述支撑架109的侧面，所述油量控制箱101的侧面与所述支撑架109的侧面之间设有一个减震器112。该些减震器110、111和112的设置可以防止油量控制箱101因为震动太大而被震坏。
[0089]所述油量控制箱101内还设有一油量控制单元，所述油量控制单元包括一控制器。所述HMI操作箱104通过电线113与所述控制器电连接。
[0090]所述HMI操作箱104用于接收一第一外部控制指令并将所述第一外部控制指令转换为停油信号传输至所述控制器。其中，所述第一外部控制指令用于表征控制断油装置停止工作。
[0091]如图6-8所示，所述紧停电磁阀在所述控制器接收到一停油信号时或在所述控制器断电时，带动所述摇臂107摆动，进而带动所述挂钩108摆动;在所述挂钩108摆动时，所述压油杠杆105的第一端部1051通过旋转钩于所述挂钩108上，以使得所述油栗102向所述喷嘴供油的供油量为零。
[0092]具体地，所述压油杠杆105由一第一连接部1052和一第二连接部1053连接而成，所述第一连接部1052与所述第二连接部1053形成一夹角部1054，所述夹角部1054的夹角在0?90°之间，所述夹角部1054与所述转轴106枢接，所述压油杠杆105与所述转轴106可旋转连接。所述压油杠杆105具有两个端部，分别为第一端部1051(即第一连接部的端部)和第二端部1055(即所述第二连接部的端部)。所述断油装置还包括一弹簧114，所述压油杠杆105的第二端部1055与所述弹簧114连接，通过所述弹簧114的弹力控制所述第二端部1055的位置，进而控制所述压油杠杆105绕着所述转轴106的旋转。
[0093]所述紧停电磁阀通过一连接管115与所述摇臂107连接，其中，所述连接管115为一软轴，通过将由胶皮包覆于钢丝的外部而制成。所述停油机构还包括一连接杆116。所述摇臂107与所述连接杆116连接，所述挂钩108固定于所述连接杆116上。所述控制器106在接收到所述停油信号时或者断电时，所述紧停电磁阀拉动所述连接管115以带动所述摇臂107摆动。所述摇臂107在摆动时带动所述连接杆116转动，进而带动所述挂钩108摆动。在所述挂钩108摆动时，所述压油杠杆105的第一端部1051通过旋转钩于所述挂钩108上，以使得所述油栗102向所述喷嘴供油的供油量为零。
[0094]所述停油机构还包括一扭簧117。所述扭簧117设于所述连接杆116上，用于在所述紧停电磁阀未拉动所述连接管115时控制所述连接杆116复位，以使得所述第一端部1051从所述挂钩108上脱离。
[0095]如图9所示，所述油量控制单元还包括一油量控制阀Va 1V e _4。所述油量控制阀Valve_4用于控制喷嘴118的喷油量。
[0096]所述HMI操作箱104还用于接收一第二外部控制指令和一第三外部控制指令。所述第二外部控制指令用于表征控制断油装置进入手动油量控制模式，所述手动油量控制模式是指工作人员手动设定油量值，喷嘴118的喷油量自动达到设定的油量值;所述第三外部控制指令用于表征控制断油装置进入自动控制模式，所述自动控制模式是指工作人员手动设定油量值和柴油打粧锤的打击次数，喷嘴118的喷油量自动达到设定的油量值并且柴油打粧锤在实际的打击次数达到设定的打击次数自动停止打击。
[0097]为了实现手动油量控制模式和自动控制模式，所述HMI操作箱104还用于在接收到所述第二外部控制指令之后，接收输入的油量值，并将接收到的油量值转换为油量信号传输至控制器119，以使得所述控制器119通过所述油量信号调节所述油量控制阀Valve_4，进而控制喷嘴118的喷油量。如所述HMI操作箱104在接收到所述第一外部控制指令之后，若接收工作人员输入的油量值为50%，那么通过所述控制器119的控制，该些喷嘴118的喷油量就应该为50%。所述HMI操作箱104还用于在接收到所述第三外部控制指令之后，接收输入的油量值和柴油打粧锤的打击次数，并将接收到的打击次数和由输入的油量值转换成的油量信号传输至所述控制器119，以使得所述控制器119通过所述油量信号调节所述油量控制阀Valve_4，进而控制该些喷嘴118的喷油量，以及控制所述柴油打粧锤在实际的打击次数达到输入的打击次数时停止打击。如所述HMI操作箱104在接收到所述第二外部控制指令之后，若接收工作人员输入的油量值为40%、打击次数为100次，那么通过所述控制器119的控制，该些喷嘴118的喷油量就应该为40%并且所述柴油打粧锤还会在实际的打击次数达到100次时停止打击。
[0098]下面具体说明一下，所述控制器119根据所述控制信号(即由输入的油量值转换成的油量信号)调节所述油量控制阀Valve_4、控制喷嘴118的喷油量的具体过程:
[0099]如图10所示，所述油量控制单元还包括一执行器、一位置传感器120和一驱动电路121。本实施例中的执行器为电磁执行器122。所述电磁执行器122、所述位置传感器120和所述驱动电路121分别与所述控制器119电连接。所述油量控制阀Valve_4的阀芯与所述电磁执行器122连接，并且所述阀芯随着所述电磁执行器122的移动而移动。
[0100]所述位置传感器120用于采集所述电磁执行器122的实际位置并将所述实际位置传输至所述控制器119。
[0101]所述控制器119用于接收所述控制信号和所述实际位置，并利用所述控制信号计算所述电磁执行器122的设定位置，以及计算所述设定位置与所述实际位置的差值，利用前馈和PID算法计算PWM值并将PWM值输出至所述驱动电路121。
[0102]所述驱动电路121用于接收所述PWM值以及驱动所述电磁执行器122移动，并将所述电磁执行器122移动至所述设定位置，进而控制所述阀芯移动。在所述阀芯移动时，所述油量控制阀Valve_4的流通面积发生改变，进而使得喷嘴118的喷油量发生改变，达到了输入的油量值。
[0103]本实施例中的油量控制阀Valve_4具体可以为溢流阀或者其它能够根据阀芯的移动而改变流通面积的控制阀。
[0104]此外，所述控制器119还用于记录柴油打粧锤在实际的打击次数，比较实际的打击次数与输入的打击次数，在实际的打击次数达到输入的打击次数时控制所述柴油打粧锤停止打击。
[0105]如图5和图9所示，所述油栗102通过第一油道201与该些喷嘴1 18连通，并且所述油栗102通过所述第一油道201向该些喷嘴118供油;该些喷嘴118与柴油打粧锤的燃烧室3连通，并向所述燃烧室3喷油，图5中油栗102的下方向下的箭头表示了燃油的流向。所述第一油道201上设有一第一单向阀Valve_2，所述第一单向阀Valve_2用于控制所述油栗102内的油向所述喷嘴118单向流动。所述第一油道201上还形成有一第一油道支路，所述第一油道支路与所述第一油道201的连通点分别位于所述第一单向阀Valve_2的两端，所述第一油道支路上设有一第一旁通阀Bypass_2，所述第一旁通阀Bypass_2用于控制所述第一油道201的排气。所述油箱103通过第二油道202与所述油栗102连通，并通过所述第二油道202向所述油栗102输油，图中第二油道202上的箭头表示燃油的流向。所述第二油道202上设有一第二单向阀Valve_l，所述第二单向阀Valve_l用于控制所述油箱103内的油向所述油栗102单向流动。所述第二油道202上还形成有一第二油道支路，所述第二油道支路与所述第二油道的连通点分别位于所述第二单向阀Valve_l的两端，所述第二油道支路上设有一第二旁通阀Bypass_l，所述第二旁通阀Bypass_l用于控制所述第二油道202的排气。
[0106]所述油栗102还通过一第一回油管203与所述油量控制箱101连通并通过所述第一回油管203向所述油量控制箱101输油，所述油量控制箱101还通过一第二回油管204与所述油箱103连通并通过所述第二回油管204向所述油箱103输油。图5中的箭头表明了燃油的流向。
[0107]虽然以上描述了本发明的【具体实施方式】，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 在油量控制箱内部设置压力传感器，以实时检测回油管路内部的压力值； 获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值； 预设一临界压力值； 检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值的时刻；计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t=t2-t1;其中t为所述时间差，t2为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，ti为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻； 计算所述上活塞的跳高值，计算公式为:h = gt2/2;其中h为所述跳高值，g为重力加速度。2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括: 判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值，并在判断为是时控制喷油量为0。3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括: 在检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，控制用于记录打粧锤的打击次数的计数器的计数值自动加1。4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括: 在计算出所述时间差之后，还计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m=60/t;其中m为所述实际跳数。5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法中在计算所述实际跳数时，还获取连续N次计算出的所述时间差的平均值t3，并利用公式m = 60/t3计算所述实际跳数，其中N为正整数。6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在所述测量方法中还通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。7.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述回油管路内部设有油量调节阀，所述压力传感器设置于所述油量调节阀的侧面。8.一种筒式柴油打粧锤中上活塞跳高值的测量系统，其特征在于，包括: 压力传感器，设置在油量控制箱内部，用于实时检测回油管路内部的压力值； 信号获取模块，用于获取所述压力传感器输出的检测信号，并从所述检测信号中获取在打粧锤的每个工作周期内所述压力传感器检测出的压力值； 检测模块，用于检测在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到一临界压力值的时刻； 时间差计算模块，用于计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差，计算公式为:t = t2-t1;其中t为所述时间差，^为相邻两个工作周期中后一个周期内检测出的所述时刻，^为相邻两个工作周期中前一个周期内检测出的所述时刻； 跳高值计算模块，用于计算所述上活塞的跳高值，计算公式为:h = gt2/2;其中h为所述跳高值，g为重力加速度。9.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括ECU，所述ECU用于判断计算出的跳高值是否超出一最大阈值，并在判断为是时控制喷油量为0。10.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括用于记录打粧锤的打击次数的计数器，在所述检测模块检测出在打粧锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到所述临界压力值时，所述ECU还控制所述计数器的计数值自动加1。11.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括跳数计算模块，用于计算所述打粧锤的实际跳数，计算公式为:m = 60/t;其中m为所述实际跳数。12.如权利要求11所述的测量系统，其特征在于，所述跳数计算模块还用于获取连续N次计算出的所述时间差的平均值t3，并利用公式m = 60/t3计算所述实际跳数，其中N为正整数。13.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，跳高值计算模块还用于通过将在所述打粧锤的任意两个相邻工作周期内计算出的跳高值叠加，以计算所述上活塞的总跳高值。14.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述回油管路内部设有油量调节阀，所述压力传感器设置于所述油量调节阀的侧面。15.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括一断油装置，所述断油装置包括一油量控制单元、一压油杠杆、一转轴、一油栗、一喷嘴和一停油机构； 所述压油杠杆可旋转连接于所述转轴，用以驱动所述油栗向所述喷嘴供油； 所述停油机构包括一紧停电磁阀、一摇臂和一挂钩，所述紧停电磁阀与所述摇臂连接，所述摇臂还与所述挂钩连接； 所述油量控制单元包括一控制器，所述紧停电磁阀在所述控制器接收到一停油信号时带动所述摇臂摆动，进而带动所述挂钩摆动； 在所述挂钩摆动时，所述压油杠杆的第一端部通过旋转钩于所述挂钩上，以使得所述油栗向所述喷嘴供油的供油量为零。16.如权利要求15所述的测量系统，其特征在于，所述断油装置还包括一HMI操作箱，所述HMI操作箱与所述控制器电连接，所述HMI操作箱用于接收一第一外部控制指令并将所述第一外部控制指令转换为停油信号传输至所述控制器。17.如权利要求16所述的测量系统，其特征在于，所述油量控制单元还包括一油量控制阀，所述油量控制阀用于控制喷嘴的喷油量； 所述HMI操作箱还用于接收一第二外部控制指令，并在接收到所述第二外部控制指令之后，接收输入的油量值，并将接收到的油量值转换为油量信号传输至所述控制器，以使得所述控制器通过所述油量信号调节所述油量控制阀； 所述HMI操作箱还用于接收一第三外部控制指令，并在接收到所述第三外部控制指令之后，接收输入的油量值和柴油打粧锤的打击次数，并将接收到的打击次数和由输入的油量值转换成的油量信号传输至所述控制器，以使得所述控制器通过所述油量信号调节所述油量控制阀以及控制所述柴油打粧锤在实际的打击次数达到输入的打击次数时停止打击。
【专利摘要】本发明公开了一种筒式柴油打桩锤中上活塞跳高值的测量系统及方法，方法包括：在油量控制箱内部设置压力传感器，以实时检测回油管路内部的压力值；ECU获取压力传感器输出的检测信号，并从检测信号中获取在打桩锤的每个工作周期内压力传感器检测出的压力值；预设一临界压力值；检测在打桩锤的每个工作周期内检测出的压力值首次达到临界压力值的时刻；计算相邻两个工作周期内检测出的压力值超过临界压力值的时间差；计算上活塞的跳高值。本发明能够准确计算上活塞的跳高值，并且在上活塞的跳高高于设定的最高限制值时喷嘴可以自动停止喷油，同时自动记录打桩锤的实际打击次数和总跳高，还实时显示打桩锤的实际跳数。
【IPC分类】G01B21/02
【公开号】CN105486261
【申请号】CN201510831292
【发明人】金江善, 韩汛峰, 胡建村
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一一研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月25日
最新回复(0)