大型泥浆泵远程无线控制系统设计

周亲宗，欧阳志强

(衡阳中地装备探矿工程机械有限公司，湖南 衡阳 421002)

1 背景

泥浆泵在与非开挖钻机配套使用时，为钻机输送钻进必要的泥浆，起到护壁和冷却钻头的作用，或作为孔底动力驱动泥浆马达和冲击器进行钻探。小吨位非开挖钻机的泥浆泵由钻机液压系统驱动，安装在钻机履带底盘上，与非开挖钻机共用动力源，操作也与钻机一起，一人操作。而大吨位非开挖钻机所配泥浆泵体积较大，输入功率也较大，一般自带大功率柴油发动机作为动力，并且安放位置离钻机较远。非开挖作业正常钻进或扩孔时，需要输送泥浆，但在更换钻杆或其他原因暂停钻进时，需要停止输送泥浆，这样的操作比较频繁。因此需要专人负责操作泥浆泵，一般方法是手动将变速箱挂入空挡或手动将离合器分离，由于发动机油门调节起来不是很方便，并没有及时调小，在此待机过程中会产生大量不必要的燃油消耗，同时离合分离轴套在发动机高速输入下容易损坏；另一方面，由于发动机噪音和废气污染，操作人员工作环境差。如果通过某种方式，使得司钻可以从操纵台一人操作钻机和泥浆泵，则既可以减少人力，改善工作环境，又可以保证与钻机操作的同步，这样要方便得多，效率也更高。

2 需要解决的问题

通过实地调研，总出如下需求：司钻距离泥浆泵一般在10～30 m之间，司钻需要方便地控制泥浆泵的启、停及监控工作状态，即司钻在钻机操作位操作钻机的同时，可以操作和监控泥浆泵。

3 方案设计

3.1 方案一：电动换挡

由于本公司大型泥浆泵采用汽车变速箱作为变速变量环节，如果通过电动的方式操作离合器与换挡手柄，就可以实现变速箱的换挡操作。这样将司钻的控制操作转换为电信号传给泥浆泵，则可以实现远程控制泥浆泵，整体结构如图1所示。

图1 电动换挡方案示意图

本方案的特点是可以电动远程控制变速箱挡位，空挡时泵停止输送泥浆，挂入适当挡位时，泵工作，输送泥浆，还可以根据挡位的变化，调节发动机油门开度，以节省燃油。缺点是机械变速箱挡位拨叉生涩，会导致电动变挡可靠性差；另外，电动变挡传感器较多，控制要求较高，故障率较高，维护成本也较高，因而适用性差；而且，由于电缆线较长，工地布线不便，易损坏。

3.2 方案二：电动控制离合

离合器的功能是当离合器闭合时，可以将输入的动力传到输出端，当离合器分离时则不会将动力传到输出端，通过控制离合器的闭合与分离，就可以控制泥浆泵的工作与停止，如图2所示，电动控制离合器的结构(见图3)。

图2 电动离合方案示意图

图3 电动离合器结构图

由于非开挖钻进时并不需要频繁更换挡位，主要是控制泥浆泵的工作与停止状态。所以，这个方案可以满足要求，并且实现起来比较容易，成本也较低。缺点是集成度低，控制端占用空间大；同样存在线缆比较多，比较长，布线不便的问题，工地环境容易造成线缆破损，降低了可靠性。

3.3 方案三：全集成无线远程遥控方案

本方案是在方案二的基础上，将发动机、离合器、油门、泵压纳入集成监控，将发动机转速、机油压力、机油温度、冷却水温及泥浆泵压力等参数通过传感器传给可编程控制器(PLC)，通过按钮控制发动机及泥浆泵的工作状态，整体结构如图4所示，控制逻辑见图5。

图4 无线远程遥控方案示意图

图5 无线远程控制逻辑

本方案的特点是将泥浆泵手动操作转换为远程遥控，包括控制发动机启动与停止、发动机油门、离合器等，根据钻机施工工况的需要，远程控制发动机的启动、运行与停止，离合器的分离与闭合，自动控制发动机油门的开度，以达到设定转速，同时可以监控发动机及泥浆泵的运行参数和故障报警。

本方案的优点：①泥浆泵不需要专人值守，降低了人工成本；②由于自动控制油门开度和发动机启停，可以减少燃油浪费，降低了燃油成本，同时可以降低机器本身的损耗，延长机器的使用寿命，综合效益大大提高；③不存在布线问题，泥浆泵可以根据场地实际情况摆放，远离操作位置，降低了噪音干扰；④可以实现无线遥控。

4 生产使用情况

经过反复研究，选择方案三作为最终方案，经过长时间反复试验完善了系统的设计，并完成了产品的试制。试验中实测开阔地无线遥控距离可达200 m以上，可以满足用户的需求。该系统首先应用在本公司BW-1500/12型泥浆泵上，在施工单位试用，操作简单方便，性能稳定，得到了用户的肯定。之后，又应用在BW-1000/12及BW-2500/16，BW-3000/16

几种泥浆泵上，目前已实现批量生产。

图6 实物图片

5 总结

大型泥浆泵远程无线控制系统经过不断的优化和改进，性能趋于稳定，达到了预期的目的，能够满足用户的要求，良好的综合效益得到了用户的好评。方案三作为最终的方案，虽然不是功能最强的，但它是最稳定的和可以实现的，用户使用更方便，综合效益也是最好的。另外，在方案实现的过程中，在可以不使用传感器或检测开关的地方，尽量不要使用，原因是工地环境恶劣，使用传感器或检测开关反而会降低系统可靠性，在控制系统完善后，影响控制系统稳定性的主要因素是传感器和执行机构。通过本产品的设计与实现使我们真正认识到，作为机械设备，在满足功能需求的前提下，应该追求稳定与高效，这是一条不变的原则。