CN101956536B

CN101956536B - 旋挖钻机钻杆带杆监测方法及防带杆系统

Info

Publication number: CN101956536B
Application number: CN 201010298197
Authority: CN
Inventors: 刘海增; 畅浩; 徐山
Original assignee: Beijing Sany Heavy Machinery Co Ltd
Current assignee: Beijing Sany Heavy Machinery Co Ltd; Sany Heavy Machinery Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: CN101956536A

Abstract

本发明旋挖钻机钻杆带杆监测方法及防带杆系统涉及一种监测钻杆故障的方法和系统。其目的是为了提供一种能够实时监控带杆现象，将带杆现象遏制在初期的带杆监测方法及防带杆系统。本发明包括钻杆提升力检测装置、钻杆提升高度检测装置、处理装置和输出装置，钻杆提升力检测装置用于在钻杆提升过程中检测提升力的值并将该值传送给处理装置，钻杆提升高度检测装置用于在钻杆提升过程中检测钻杆所处于的伸缩范围并将其传送给处理装置，处理装置将接收的提升力的值与预先设定的提升力作比较，当接收到的提升力的值大于设定的提升力时，处理装置向输出装置发出带杆报警信号，输出装置将带杆报警信号显示给操作人员或者直接对提升卷扬进行强制制动。

Description

旋挖钻机钻杆带杆监测方法及防带杆系统

技术领域

本发明涉及一种监测钻杆故障的方法和系统，特别是涉及一种用于监测旋挖钻机钻杆发生带杆故障的方法及一种防止带杆故障造成损害的系统。

背景技术

旋挖钻机成孔灌注桩工法近几年在我国取得了广泛的应用。旋挖钻机作为钻进孔设备，在其提钻作业中，伸缩钻杆将按照由内到外的顺序逐节提升。但是由于各种原因，钻杆可能会出现非正常顺序提升收缩的现象，只要任意外节钻杆先于其内节钻杆收缩，就证明其与内节杆之间发生了卡滞或接合，这就是所谓的“带杆”。“带杆”引发的故障是造成钻机部件损坏和施工事故的主要原因之一，油缸杆端耳轴断裂、钢丝绳被砸断、螺栓副松动、连接副焊缝疲劳损坏都是“带杆”所引发的常见故障，更严重者会造成动臂连接撕裂、动力头掉入桩孔等。目前“带杆”问题还没有妥善的解决方法，只能依靠操作者的熟练操作和小心在意，但“带杆”还是时有发生，对于操作生疏的新手来说，“带杆”更是频频发生。为了解决上述问题，一篇公开号为CN1789655的中国发明专利公开了一种“钻杆‘带杆’报警装置”，但是在恶劣的环境中，该装置极易损坏，且遥控装置的可靠性差，而且在“带杆”已发生的时候该装置才起到提示的作用，并不能有效的避免带杆，所以该专利并未得到广泛应用；另一篇公开号为CN 201065741的中国实用新型专利公开了这一种“旋挖钻机钻杆的防带杆损坏装置”，该装置侧重于发生带杆后防止、降低造成的损害，但并不能预防带杆现象的发生。因此，需要一种新的方法和装置能够实时监控带杆现象，在带杆现象发生初期就能提示操作人员，避免带杆现象对旋挖钻机造成损害。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实时监控带杆现象，将带杆现象遏制在初期的带杆监测方法及防带杆系统。

本发明旋挖钻机钻杆带杆监测方法，设定钻杆最内层钻杆为第1节钻杆，最外层钻杆为第n节钻杆，由内至外为第1节钻杆、第2节钻杆、……、第n-1节钻杆、第n节钻杆，测定每节钻杆的伸缩范围，第1节钻杆的伸缩范围为L₁，第2节钻杆的伸缩范围为L₂，……，第n-1节钻杆的伸缩范围为L_n-1；

设定旋挖钻机正常提升第1节钻杆在其伸缩范围内的提升力F₁，正常提升第2节钻杆在其伸缩范围内的提升力F₂，……正常提升第n-1节钻杆在其伸缩范围内的提升力F_n-1；

在旋挖钻机提升钻杆时，监测与钻杆相连接钢丝绳的拉力变化，当第1节钻杆在其伸缩高度L₁内提升时，如果钢丝绳的拉力大于F₁，则发生带杆；当第2节钻杆在其伸缩高度L₂内提升时，如果钢丝绳的拉力大于F₂，则发生带杆；……；当第n-1节钻杆在其伸缩高度L_n-1内提升时，如果钢丝绳的拉力大于F_n-1，则发生带杆。

本发明旋挖钻机钻杆带杆监测方法，其中第1节钻杆的重量为G₁，第2节钻杆的重量为G₂，……，第n-1节钻杆的重量为G_n-1，第n节钻杆的重量为G_n；钻斗的重量为G_d，钻斗中的土重量为G_t；

所述F₁＝G₁+G_d+G_t+B，所述B为阻力当量；所述F₂＝F₁+G₂＝G₁+G₂+G_d+G_t+B；……；所述F_n-1＝G₁+G₂+……G_n-1+G_d+G_t+B。

本发明旋挖钻机钻杆带杆监测方法，其中钻斗的浮力为f_d，钻斗中的土的浮力为f_t；整个钻杆的浮力为f_g，提升阻力为F_z；所述阻力当量B＝F_z-(f_d+f_t+f_g)。

本发明旋挖钻机钻杆带杆监测方法，其中所述F₁为正常提升一次第1节钻杆在其伸缩范围内收缩，提升钢丝绳上的所反映的拉力值；所述F₂为正常提升一次第2节钻杆在其伸缩范围内收缩，提升钢丝绳上的所反映的拉力值；……；所述F_n-1为正常提升一次第n-1节钻杆在其伸缩范围内收缩，提升钢丝绳上的所反映的拉力值。

本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统，包括钻杆提升力检测装置、钻杆提升高度检测装置、处理装置和输出装置，所述钻杆提升力检测装置用于在钻杆提升过程中检测提升力的值并将该值传送给处理装置，所述钻杆提升高度检测装置用于在钻杆提升过程中检测钻杆所处于的伸缩范围并将其传送给处理装置，所述处理装置将接收的提升力的值与预先设定的处于所述伸缩范围内的提升力作比较，当接收到的提升力的值大于设定的提升力时，处理装置向输出装置发出带杆报警信号。

本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统，其中所述输出装置包括显示装置，所述处理装置将接收的信息和带杆报警信号传送到显示装置。

本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统，其中所述显示装置包括显示屏和声光报警器，所述显示屏用于显示接收的信息，所述声光报警器用于显示带杆报警信号。

本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统，其中所述输出装置还包括强制制动装置，所述强制制动装置用于强制停止钻杆提升工作。

本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统，其中所述钻杆提升力检测装置为拉力传感器，所述钻杆提升高度检测装置为测深传感器，所述处理装置为可编程逻辑控制器。

本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统，其中所述拉力传感器安装在钻机吊锚架前侧滑轮上，所述测深传感器安装在钻机吊锚架后侧滑轮上或主卷扬轴上。

本发明旋挖钻机钻杆带杆监测方法是通过监测提升钻杆时钢丝绳上的拉力变化来判断带杆现象是否发生，在发生带杆现象时，由于内、外节钻杆发生卡滞或结合，在内节钻杆的伸缩范围内需要更大的提升力才能将内、外节钻杆同时提升。根据带杆现象的上述特点首先确定每节钻杆的伸缩范围和在相应的伸缩范围内正常提升钻杆所需的提升力，然后通过提升钢丝绳上的监测到的拉力值与预先设定的拉力值相比较，如果监测到的值大于设定的值，则可判断发生了带杆现象。

本发明旋挖钻机钻杆带杆监测方法中对于预先设定的提升力的值可以通过测量各节钻杆、钻斗、钻斗内的土的重量，利用垂直方向上钢丝绳的受力平衡原理得出，并且可以通过计算钻杆、钻斗和钻斗内的土的浮力以及提升阻力对上述的提升力值进行修订。另一种得到正常提升钻杆的提升力值的方法是通过实地进行一次正常的钻杆提升，对正常提升过程中各节钻杆在伸缩范围内所受到的提升力进行测量。

本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统是利用提升力检测装置实时监测钻杆上所受的拉力，利用钻杆提升高度检测装置检测钻杆所处的伸缩范围，利用处理装置将监测到的拉力与预先设定的提升力进行比较，如果监测到的拉力值大于预先设定的提升力值，则说明发生了带杆现象，处理装置就会向输出装置发出报警信号，操作人员即可通过输出装置获知发生了带杆现象，由于提升力检测装置是实时对钢丝绳的提升力进行的监控，在带杆现象发生的初期就可以及时发现，因此避免了带杆现象对旋挖钻机造成的损害。

下面结合附图对本发明的旋挖钻机钻杆带杆监测方法及防带杆系统作进一步说明。

附图说明

图1为本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统的结构示意图；

图2为旋挖钻机钻杆结构示意图；

图3为本发明旋挖钻机钻杆带杆监测方法中钻杆提升力示意图；

图4为本发明旋挖钻机钻杆带杆监测方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统包括钻杆提升力检测装置、钻杆提升高度检测装置、处理装置和输出装置，钻杆提升力检测装置为拉力传感器1，拉力传感器1为一种销轴传感器，安装在钻机吊锚架前侧滑轮上，用于在钻杆提升过程中检测钢丝绳上提升力的值并将该值传送给处理装置，钻杆提升高度检测装置为测深传感器2，测深传感器2安装在主卷扬轴上，用于在钻杆提升过程中检测钻杆所处于的伸缩范围并将其传送给处理装置。处理装置为可编程逻辑控制器(图中未示出)，用于将从拉力传感器1接收的提升力的值与预先设定的处于伸缩范围内的提升力作比较，当接收到的提升力的值大于设定的提升力时，处理装置向输出装置发出带杆报警信号，输出装置包括显示屏、声光报警器和强制制动装置，安装在控制室的显示屏(图中未示出)可以向操作人员显示检测到的提升力信息，声光报警器(图中未示出)发出带杆警报，如果操作人员没有及时处理带杆故障，安装在提升卷扬上的强制制动装置可以强制停止钻杆提升工作。

本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统的具体工作过程和工作原理主要包括下列几个步骤：

如图2所示，首先设定钻杆最内层钻杆为第1节钻杆，最外层钻杆为第5节钻杆，由内至外为第1节钻杆、第2节钻杆、第3节钻杆、第4节钻杆、第5节钻杆(本文所定义的节杆计数只为叙述方便，并非排序)，测定每节钻杆的伸缩范围和重量，第1节钻杆的伸缩范围为L₁，重量为G₁，第2节钻杆的伸缩范围为L₂，重量为G₂，第3节钻杆的伸缩范围为L₃，重量为G₃，第4节钻杆的伸缩范围为L₄，重量为G₄，第5节钻杆的重量为G₅；钻斗的重量为G_d，钻斗中的土的重量为G_t。用常规计算方法算出钻斗的浮力为f_d，钻斗中的土的浮力为f_t；整个钻杆的浮力为f_g，提升阻力为F_z；阻力当量B＝F_z-(f_d+f_t+f_g)。

如图3所示，将旋挖钻机正常提升第1节钻杆在其伸缩范围L₁内的提升力F₁，正常提升第2节钻杆在其伸缩范围L₂内的提升力F₂，正常提升第3节钻杆在其伸缩范围L₃内的提升力F₃，正常提升第4节钻杆在其伸缩范围L₄内的提升力F₄输入可编程逻辑控制器中。其中F₁＝G₁+G_d+G_t+B；F₂＝F₁+G₂＝G₁+G₂+G_d+G_t+B；F₃＝G₁+G₂+G₃+G_d+G_t+B；F₄＝G₁+G₂+G₃+G₄+G_d+G_t+B。由各节钻杆的伸缩范围和正常提升力值即可确定正常提升钻杆和带杆提升钻杆的提升力分界线。

如图4所示，在提升装置开始从第1节钻杆开始提升时，测深传感器2通过对提升钢丝绳的收放长度可以判断此时第1节钻杆位于其伸缩范围L₁内，由于钻斗取土的粘滞性和浮力的不稳定性导致提升初期的拉力值不稳定，在第1节钻杆提升1至2米后，拉力传感器1开始对提升钢丝绳上的拉力值以一定频率进行检测，并将提升钢丝绳上的拉力值传送至可编程逻辑控制器中，可编程逻辑控制器将从拉力传感器1接收的拉力值与预先设定在其内的F₁进行比较，如果连续几次接收到拉力值都大于F₁，在延迟1至2秒后，可编程逻辑控制器通过显示屏或声光报警器向操作人员发出带杆警报，如果接收的拉力值不大于F₁，则提升装置继续提升钻杆。当第1节钻杆收缩完成，提升钢丝绳开始提升第2节钻杆，测深传感器2通过对提升钢丝绳的收放长度可以判断此时第2节钻杆位于其伸缩范围L₂内，拉力传感器1继续以一定频率将提升钢丝绳上的拉力值传送至可编程逻辑控制器中，可编程逻辑控制器将从拉力传感器1接收的拉力值与预先设定在其内的F₂进行比较，如果连续几次接收的拉力值都大于F₂，在延迟1至2秒后，可编程逻辑控制器通过显示屏或声光报警器向操作人员发出带杆警报，如果接收的拉力值不大于F₂，则提升装置继续提升钻杆，直至钻杆完全正常收缩完成。通过本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统对旋挖钻机的带杆故障进行监测，一旦各节钻杆之间发生卡滞或接合，本系统即可发出警报，操作人员可以将带杆故障消除在发生的初期，此时还并未对设备造成损害，避免了更严重事故和损失的产生。

本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统中拉力传感器1和测深传感器2安装的位置并没有局限性，只要能够实现钻杆提升力检测装置和钻杆提升高度检测装置的检测目的，其安装的位置并不唯一。另外，在确定各节钻杆正常提升力时，除了按照上述实施例的办法通过测量和计算获得外，还可以通过实地进行一次正常的钻杆提升，对正常提升过程中各节钻杆在伸缩范围内所受到的提升力进行测量获得。本发明旋挖钻机钻杆防带杆系统中的钻杆可以是摩擦式钻杆、固定点分段加压式机锁钻杆、多点连续加压式机锁钻杆、组合式钻杆等。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种旋挖钻机钻杆带杆监测方法，其特征在于：

设定钻杆最内层钻杆为第1节钻杆，最外层钻杆为第n节钻杆，由内至外为第1节钻杆、第2节钻杆、……、第n-1节钻杆、第n节钻杆，测定每节钻杆的伸缩范围，第1节钻杆的伸缩范围为L₁，第2节钻杆的伸缩范围为L₂，……，第n-1节钻杆的伸缩范围为L_n-1；

在旋挖钻机提升钻杆时，监测与钻杆相连接钢丝绳的拉力变化，当第1节钻杆在其伸缩范围L₁内提升时，如果钢丝绳的拉力大于F₁，则发生带杆；当第2节钻杆在其伸缩范围L₂内提升时，如果钢丝绳的拉力大于F₂，则发生带杆；……；当第n-1节钻杆在其伸缩范围L_n-1内提升时，如果钢丝绳的拉力大于F_n-1，则发生带杆。

2.根据权利要求1所述的旋挖钻机钻杆带杆监测方法，其特征在于：其中第1节钻杆的重量为G₁，第2节钻杆的重量为G₂，……，第n-1节钻杆的重量为G_n-1，第n节钻杆的重量为G_n；钻斗的重量为G_d，钻斗中的土重量为G_t；

所述F₁=G₁+G_d+G_t+B，所述B为阻力当量；所述F₂=F₁+G₂=G₁+G₂+G_d+G_t+B；……；所述F_n-1=G₁+G₂+……G_n-1+G_d+G_t+B。

3.根据权利要求2所述的旋挖钻机钻杆带杆监测方法，其特征在于：其中钻斗的浮力为f_d，钻斗中的土的浮力为f_t；整个钻杆的浮力为f_g，提升阻力为F_z；所述阻力当量B=F_z-（f_d+f_t+f_g）。

4.根据权利要求1所述的旋挖钻机钻杆带杆监测方法，其特征在于：所述F₁为正常提升一次第1节钻杆在其伸缩范围内收缩，提升钢丝绳上的所反映的拉力值；所述F₂为正常提升一次第2节钻杆在其伸缩范围内收缩，提升钢丝绳上的所反映的拉力值；……；所述F_n-1为正常提升一次第n-1节钻杆在其伸缩范围内收缩，提升钢丝绳上的所反映的拉力值。

5.一种实施权利要求1所述的监测方法的旋挖钻机钻杆防带杆系统，其特征在于：包括钻杆提升力检测装置、钻杆提升高度检测装置、处理装置和输出装置，所述钻杆提升力检测装置用于在钻杆提升过程中检测提升力的值并将该值传送给处理装置，所述钻杆提升高度检测装置用于在钻杆提升过程中检测钻杆所处于的伸缩范围并将其传送给处理装置，所述处理装置将接收的提升力的值与预先设定的处于所述伸缩范围内的提升力作比较，当接收到的提升力的值大于设定的提升力时，处理装置向输出装置发出带杆报警信号。

6.根据权利要求5所述的旋挖钻机钻杆防带杆系统，其特征在于：所述输出装置包括显示装置，所述处理装置将接收的信息和带杆报警信号传送到显示装置。

7.根据权利要求6所述的旋挖钻机钻杆防带杆系统，其特征在于：所述显示装置包括显示屏和声光报警器，所述显示屏用于显示接收的信息，所述声光报警器用于显示带杆报警信号。

8.根据权利要求6所述的旋挖钻机钻杆防带杆系统，其特征在于：所述输出装置还包括强制制动装置，所述强制制动装置用于强制停止钻杆提升工作。

9.根据权利要求5至8所述之一的旋挖钻机钻杆防带杆系统，其特征在于：所述钻杆提升力检测装置为拉力传感器，所述钻杆提升高度检测装置为测深传感器，所述处理装置为可编程逻辑控制器。

10.根据权利要求9所述的旋挖钻机钻杆防带杆系统，其特征在于：所述拉力传感器安装在钻机吊锚架前侧滑轮上，所述测深传感器安装在钻机吊锚架后侧滑轮上或主卷扬轴上。