CN103628859A - 钻机自动化控制器及应用其进行桩基施工的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻机自动化控制器，包括空气压缩机、刹车气缸、离合气缸、高度传感器和卡钻传感器，所述控制平台用于根据输入的各项技术参数控制各部件工作；所述空气压缩机安装在钻机上，用于为刹车气缸、离合气缸提供动力；所述刹车气缸、离合气缸、高度传感器在所述控制平台控制下共同工作，用于钻进过程中对钻机卷扬机进行冲程控制；所述卡钻传感器在钻机出现卡钻状况时发出信号到所述控制平台，控制平台控制使钻机自动停机。同时公开了应用钻机自动化控制器进行桩基施工的方法，本发明使得钻机自动化作业，节省人力，大大提高工作效率，加快施工进度，且在出现卡钻现象时避免掉钻事故，安全性好。

Description

钻机自动化控制器及应用其进行桩基施工的方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工领域，特别涉及一种钻机自动化控制器及应用其进行桥梁桩基施工的方法。

背景技术

在桥梁施工中，桥梁桩基位置经常会遇到不良地质发育，尤其是溶洞、溶蚀破碎带强烈发育等现象，目前施工为人工手扳式操作冲击钻机进行钻孔施工，每台钻机最少配备四个操作工人轮流作业，工人劳动强度较大，工作效率低，进度缓慢，遇溶洞时不能及时提升钻头，且在出现卡钻现象时易发生掉钻事故，安全性差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种钻机自动化控制器及应用其进行桩基施工的方法，使得钻机自动化作业，节省人力，大大提高工作效率，加快施工进度，且在出现卡钻现象时避免掉钻事故，安全性好。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种钻机自动化控制器，包括空气压缩机、刹车气缸、离合气缸、高度传感器和卡钻传感器，所述刹车气缸、离合气缸、高度传感器和卡钻传感器分别连接至控制平台；其中，所述控制平台用于根据输入的各项技术参数控制各部件工作；所述空气压缩机安装在钻机上，用于为刹车气缸、离合气缸提供动力；所述刹车气缸、离合气缸、高度传感器在所述控制平台控制下共同工作，用于钻进过程中对钻机卷扬机进行冲程控制；所述卡钻传感器在钻机出现卡钻状况时发出信号到所述控制平台，控制平台控制使钻机自动停机。

所述控制平台为一台工业计算机或PLC控制平台，其上设有调整参数大小的按钮。

本发明还提供一种应用上述的钻机自动化控制器进行桩基施工的方法，包括设备安装步骤和钻孔施工步骤；

其中，所述设备安装步骤为：

第一步：安装刹车气缸与离合气缸，将其气压管线对应接好；

第二步：安装高度传感器，使高度传感器竖线竖对分布于钻机卷扬机的转轴上的磁铁，高度传感器竖线与该磁铁距离保持在4-6cm；

第三步：安装卡钻传感器，将其与钻机台架后尾处磁铁对正；

第四步：安装控制平台，将其安装于钻机右侧；

第五步：安装空气压缩机，待空气压缩机空气压力达到工作压力后将气压与刹车气缸、离合气缸接通；

第六步：将刹车气缸、离合气缸、高度传感器、卡钻传感器通过配电柜与控制平台连接好；

所述钻孔施工步骤为：在设备安装步骤完成后进行，具体如下：

首先进行参数设置：初次调整高度设置为74～76cm，余绳参数为12～9cm，然后将钻机的重锤放于孔底，启动，观看打锤的松紧度，然后根据松紧再做调整，初次调整好以后停止，根据不同地质设置合理冲程，然后调整余绳参数，其中所述余绳参数为高度的一半以下；

然后进行开动前检查：检查钻机所有机构的正确性，并向全润滑点和油嘴加注润滑油；检查钻机所有电路的正确性，确保无漏电、短路现象；检查自动设备各个感应信号正确无误，空气压缩机、刹车气缸、离合器缸安装正确，确保无错装、漏气现象；检查各种安全防护装置确保齐全；

最后进行钻进施工控制：钻机的卷扬机空转3-5min，待一切正常后开启电动机，同时打开钻机所有摩擦离合器，在开孔钻进时手动操作，待钻进稳定且钻进不小于5m后改用自动控制钻进。

优选的，在钻进施工控制过程中，间隔预定时间检查钢丝绳损伤情况，如断丝超过5%则及时更换。

优选的，在钻进施工控制过程中，若在钻进过程中需要暂停钻进，则将锤头提到孔口以上，并用钢丝绳将锤头固定在机架处。

优选的，所述分布于钻机卷扬机的转轴上的磁铁有多个，多个所述磁铁均匀间隔分布于钻机卷扬机的转轴上。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明在普通钻机上安装一套由空气压缩机、控制平台、刹车气缸、离合气缸、高度传感器和卡钻传感器组成的自动化控制器，应用其控制钻机进行桩基施工，控制平台通过人工输入各项技术参数后，由空气压缩机供压，带动离合气缸和刹车气缸控制冲击钻机卷扬机进行钻孔施工，钻机安装自动化控制器后操作模式由人工变为机器自动化作业，这样不但能节省人力，而且能大大提高工作效率，加快施工进度，在出现卡钻现象时，卡钻传感器发挥作用，从而避免掉钻事故，安全性大大提高。

附图说明：

图1是本发明实施例中的钻机自动化控制器的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明的一种钻机自动化控制器，参看图1，包括空气压缩机、刹车气缸、离合气缸、高度传感器和卡钻传感器，所述刹车气缸、离合气缸、高度传感器和卡钻传感器分别连接至控制平台，所述控制平台为一台工业计算机或PLC控制平台，其上设有调整参数大小的按钮。所述控制平台用于根据输入的各项技术参数控制各部件工作；所述空气压缩机安装在钻机上，用于为刹车气缸、离合气缸提供动力；所述刹车气缸、离合气缸、高度传感器在所述控制平台控制下共同工作，用于钻进过程中对钻机卷扬机进行冲程控制；所述卡钻传感器在钻机出现卡钻状况时发出信号到所述控制平台，控制平台控制使钻机自动停机。卡钻传感器安装时使其与在钻机尾部安装的磁铁片保持一定距离，当卡钻时钻机尾部会抬高，从而传感器与磁铁片出现错位，发出信号自动停机。

本发明在普通钻机安装一套由空气压缩机、控制平台、刹车气缸、离合气缸、高度传感器、卡钻传感器组成的自动控制器设备。工作原理是人工在控制平台输入各项技术参数后，由空气压缩机供压，带动离合气缸和刹车气缸控制冲击钻机卷扬机进行钻孔施工。钻机安装自动化控制器后操作模式由人工变为机器自动化作业，这样不但能节省人力，而且能大大提高工作效率，加快施工进度，在出现卡钻现象时，卡钻传感器发挥作用，从而避免掉钻事故，安全性好。

本发明还提供一种应用上述的钻机自动化控制器进行桩基施工的方法，包括设备安装步骤和钻孔施工步骤；

其中，所述设备安装步骤为：

第一步：安装刹车气缸与离合气缸，将其气压管线对应接好。原来手动的钻机工作时刹车和离合分别是两个手柄来控制，现在是将刹车气缸和离合气缸代替手柄，借助气缸的气压带动刹车和离合进行工作。

第二步：安装高度传感器，使高度传感器竖线竖对分布于钻机卷扬机的转轴上的磁铁，磁铁优选有多个，多个所述磁铁均匀间隔分布于钻机卷扬机的转轴上。多个磁铁片按一定距离均匀分布于钻机卷扬机的转轴上面，高度传感器安装在与磁铁一定距离的固定部位，通过感应通过了几个磁铁片来判断钻头提起的高度，精确度更高。高度传感器竖线与磁铁距离保持在4-6cm，本实施例中优选5cm。

第三步：安装卡钻传感器，将其与钻机台架后尾处磁铁对正，该磁铁与卡钻传感器一起工作，一旦尾部抬高与卡钻传感器产生错位，从而认为是卡钻故障，发出信号停止工作。

第四步：安装控制平台，将其安装于钻机右侧；

第五步：安装空气压缩机，待空气压缩机空气压力达到工作压力后将其与刹车气缸和离合气缸接通，空气压缩机是单独工作的仅提供气压动力，接通后刹车与离合气缸内便有了气压，控制平台通过控制刹车气缸和离合气缸气压使之进行操作。

第六步：将刹车气缸、离合气缸、高度传感器、卡钻传感器通过配电柜与控制平台连接好,确保信号线连接正确。钻机为现有技术，其结构本领域技术人员是知晓的，不再详述。

所述钻孔施工步骤为：在设备安装步骤完成后进行，具体如下：

首先进行参数设置：通过控制平台上调整参数大小的按钮初次调整高度设置为74～76cm，余绳参数为12～9cm，高度调整是指钻锤离开孔底的距离，为了有更大的冲击力可以适当提高，余绳参数是指但钻锤落地的时候钢丝绳的松弛度，当钻锤刚刚落地的时候钢丝绳是登紧的自然不能立即停止，即使钻锤落地卷扬任然要转动是钢丝松弛一些，然后提起进行下一个循环。然后将钻机的重锤放于孔底，启动，观看打锤的松紧度，然后根据松紧再做调整确保机身稳定，太紧会致使机身不稳，减少了冲击力，也不利于钻进，太过松弛钢丝绳在卷扬上卷乱了或者在天滑轮地滑轮上脱落。初次调整好以后停止，根据不同地质设置合理冲程，然后调整余绳参数，其中所述余绳参数为高度的一半以下；

然后进行开动前检查：检查钻机所有机构的正确性，并向全润滑点和油嘴加注润滑油；检查钻机所有电路的正确性，确保无漏电、短路现象；检查自动设备各个感应信号正确无误，空气压缩机、刹车气缸、离合器缸安装正确，确保无错装、漏气现象；检查各种安全防护装置确保齐全；

最后进行钻进施工控制：钻机的卷扬机空转3-5min，待一切正常后开启电动机，同时打开钻机所有摩擦离合器，在开孔钻进时手动操作，待钻进稳定且钻进不小于5m后改用自动控制钻进。卷扬机由电动机提供动力带动卷扬转动，只有这些工作正常，控制平台控制的离合气缸刹车气缸等才能操控起到作用，在钻进施工控制过程中，间隔时间检查钢丝绳损伤情况，如断丝超过5%则及时更换。如若在钻进过程中需要暂停钻进，则将锤头提到孔口以上，并用钢丝绳将锤头固定在机架处。

下面以沪昆客专高速铁路贵州段小寨坡特大桥为例，详细介绍本发明钻机自动控制器及应用其在桥梁桩基进行钻孔施工的方法及采用该方法施工的优点。

小寨坡特大桥总长780.5m，设计里程范围:DK659+778.45-DK660+558.95，孔跨布置为：1×24+2×32+（40+3×64+40）m连续梁+（40+3×64+40）m连续梁+4×32。全桥钻孔桩共计260根，桩基直径为1m，1.25m，1.5m。主墩桩基桩径为1.5m，设计桩长最长为77m。桥址处不良地质发育，钻孔揭示溶洞、溶蚀破碎带强烈发育，且溶洞呈串珠状，多为充填、半充填状态。一般桩基地质由上至下依次为漂石土、卵石土、细圆砾、粗圆砾、页岩（砂岩）、灰岩（白云岩）。

在该桥梁桩基施工中，先进行自动化部件安装：

第一步：在落锤式冲击钻机上安装刹车气缸与离合气缸，将其气压管线对应接好。

第二步：安装高度传感器，让高度传感器竖线竖对分布于钻机卷扬机的转轴上的磁铁，距离保持在5cm左右，磁铁上无太多铁销。磁铁优选有多个，多个所述磁铁均匀间隔分布于钻机卷扬机的转轴上。多个磁铁片按一定距离均匀分布于钻机卷扬机的转轴上面，高度传感器安装在与磁铁一定距离的固定部位，通过感应通过了几个磁铁片来判断钻头提起的高度，精确度更高。

第三步：安装卡钻传感器，将其与钻机台架后尾处磁铁对正，保证传感器后尾信号灯亮起。

第四步：安装电脑控制平台，将其安置于钻机右侧。

第五步：安装空气压缩机，待空气压缩机空气压力达到工作压力后将其与刹车气缸、离合气缸接通。

第六步：将刹车气缸、离合气缸、高度传感器、卡钻传感器通过配电柜与电脑控制平台连接，确保信号线正确接好。

安装时要求安装钻机的场地应平整、坚实。若在松软地层安装，应对地基进行处理，然后铺垫枕木，保证钻机工作时的稳定，以防钻机在钻进工作中发生局部下沉，影响钻孔精度。自动控制设备应安装在钻机右侧，确保各气压管线对应接好，并与钻机机架保持1m左右的距离，以便操作人员进行操作。钻机安装时，必须保持机架水平。

安装完成后进行钻孔施工，具体包括如下步骤：

1）参数设置

通过电脑控制平台上调整参数大小的按钮初次调整高度设置为75cm左右（按高＋、高—按钮即可），余绳参数为12～9cm左右（按松紧可以调整参数大小，余绳参数数值越大打锤越松，数值越小打锤越紧），然后将重锤放于孔底，按动本装置上启动按钮，观看打锤的松紧度，然后根据松紧再做调整（按紧打的越紧，按松打的越松），当工作时，调整松、紧、电流＋、电流—按钮时要在重锤向上拉时调整。初次调整好以后停止，根据不同地质设置合理冲程，然后调整余绳参数，一般为高度的一半以下，例如冲程高度设置100CM，余绳参数可以先设置12cm，然后再慢慢调整松紧为理想的打锤松紧度。

2）开动前检查：检查钻机所有机构的正确性，并向全润滑点和油嘴加注滑油。检查钻机所有电路的正确性，确保无漏电、短路现象。检查自动设备个感应信号正确无误，空气压缩机、刹车气缸、离合器缸、各个气压管线安装正确，确保无错装、漏气现象。检查各种安全防护装置齐全。

3）钻进施工控制：

钻机的卷扬机空转3-5min，待一切正常后方可始进，不要在不良的机况下操作。开启电动机时，应打开钻机所有摩擦离合器。在开孔钻进时需用手动操作，待钻进稳定且钻进不小于5m后改用自动控制装置钻进。其中要经常检查钢丝绳损伤情况，如断丝超过5%，应及时更换。如若在钻进过程中需要暂停钻进，必须将锤头提到孔口以上，并用钢丝绳固定在机架处。

在该施工过程中要注意以下事项：

每次本控制器拆装或者移动，必须按照使用要求调试完毕方可正常使用。

本控制器必须能控制卷扬机电机关闭，并且每次启动前确保卡钻传感器无故障，卡钻传感器对应落锤式冲击钻机架子尾部磁铁，确保落锤式冲击钻机架子如有抬起情况卡钻传感器可以失去磁铁感应信号，并且让电机关闭。本控制器正常运行时，操作人员，不得站立在落锤式冲击钻机架子上面，或者坐在手动操作位置，应与钻机保持一定距离，并且本装置正常运行时必须有操作人员看守，操作人员不得随意离开。翻浆、清孔时要改用手动操作，以确保施工安全及操作可控。当需要将锤头提出孔外或放入孔内时应由人工操作，以免因气压不足使刹车气缸不能很好刹车造成施工事故。钻具钻进工作前，应检查钻头安装正确，确保钻头与钢丝绳连接牢固，防止出现掉锤现象。在启动自动控制器前，必须拆除手动操作杆，并确保卡锤传感器无故障、高度传感器安装正确。安装本控制器往往让现场操作工人产生松懈心理，放松对钻机动态的观察，容易出现偏孔现象，所以现场操作人员要随时观察钻机工作情况，出现问题及时改为人工操作处理。同时，使用本技术前要对全部作业人员进行安全技术培训。

应用本发明进行桩基施工的优点如下：1）提高施工进度，开钻后可连续作业，与传统方法相比节省了工人换班、工间歇息、设备状态检查等时间，提高了作业效率，加快了施工进度。2）增加经济效益，采用自动化控制器，一个人可以同时管理2台钻机，与传统的2人负责1台钻机相比，能节约工费；另外，加快施工进度是节约施工成本的关键。3）降低劳动强度，钻机自动化控制技术由设备代替人工操作，机械化自动控制，更加的人性化，大大降低了工人劳动强度，且节约了劳动力。

下面将人工作业和应用本发明作业的应用效果进行比较分析，具体如下：

1)施工进度对比：

以1根34m长桩基为例，施工进度对比（24h/天）如下：

单根桩施工进度对比表1（桩长34m）

从表1中时间可以看出，施工1根34m长桩基采用自动控制器比人工操作节省7天时间。表中统计数据不考虑遇溶洞和机械故障时间。

以1根77m长桩基为例，施工进度对比（24h/天）如下：

单根桩施工进度对比表2（桩长77m）

从表2中时间可以看出，施工1根77m长桩基采用自动控制器比人工操作节省10天时间。表中统计数据不考虑遇溶洞和机械故障时间。

2）施工成本对比：

单根桩施工成本对比表1（桩长34m）

单根桩施工成本对比表2（桩长77m）

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (6)

1.一种钻机自动化控制器，其特征在于，包括空气压缩机、刹车气缸、离合气缸、高度传感器和卡钻传感器，所述刹车气缸、离合气缸、高度传感器和卡钻传感器分别连接至控制平台；

其中，所述控制平台用于根据输入的各项技术参数控制各部件工作；所述空气压缩机安装在钻机上，用于为刹车气缸、离合气缸提供动力；所述刹车气缸、离合气缸、高度传感器在所述控制平台控制下共同工作，用于钻进过程中对钻机卷扬机进行冲程控制；所述卡钻传感器在钻机出现卡钻状况时发出信号到所述控制平台，控制平台控制使钻机自动停机。

2.根据权利要求1所述的自动化控制钻机，其特征在于，所述控制平台为一台工业计算机或PLC控制平台，其上设有调整参数大小的按钮。

3.一种应用权利要求1或2所述的钻机自动化控制器进行桩基施工的方法，其特征在于，包括设备安装步骤和钻孔施工步骤；

其中，所述设备安装步骤为：

第一步：安装刹车气缸与离合气缸，将其气压管线对应接好；

第二步：安装高度传感器，使高度传感器竖线竖对分布于钻机卷扬机的转轴上的磁铁，高度传感器竖线与该磁铁距离保持在4-6cm；

第三步：安装卡钻传感器，将其与钻机台架后尾处磁铁对正；

第四步：安装控制平台，将其安装于钻机右侧；

第五步：安装空气压缩机，待空气压缩机空气压力达到工作压力后将气压与刹车气缸、离合气缸接通；

第六步：将刹车气缸、离合气缸、高度传感器、卡钻传感器通过配电柜与控制平台连接好；

所述钻孔施工步骤为：在设备安装步骤完成后进行，具体如下：

首先进行参数设置：初次调整高度设置为74～76cm，余绳参数为12～9cm，然后将钻机的重锤放于孔底，启动，观看打锤的松紧度，然后根据松紧再做调整，初次调整好以后停止，根据不同地质设置合理冲程，然后调整余绳参数，其中所述余绳参数为高度的一半以下；

然后进行开动前检查：检查钻机所有机构的正确性，并向全润滑点和油嘴加注润滑油；检查钻机所有电路的正确性，确保无漏电、短路现象；检查自动设备各个感应信号正确无误，空气压缩机、刹车气缸、离合器缸安装正确，确保无错装、漏气现象；检查各种安全防护装置确保齐全；

最后进行钻进施工控制：钻机的卷扬机空转3-5min，待一切正常后开启电动机，同时打开钻机所有摩擦离合器，在开孔钻进时手动操作，待钻进稳定且钻进不小于5m后改用自动控制钻进。

4.根据权利要求3所述的钻机自动化控制器进行桩基施工的方法，其特征在于，在钻进施工控制过程中，间隔预定时间检查钢丝绳损伤情况，如断丝超过5%则及时更换。

5.根据权利要求3所述的钻机自动化控制器进行桩基施工的方法，其特征在于，在钻进施工控制过程中，若在钻进过程中需要暂停钻进，则将锤头提到孔口以上，并用钢丝绳将锤头固定在机架处。

6.根据权利要求3所述的钻机自动化控制器进行桩基施工的方法，其特征在于，所述分布于钻机卷扬机的转轴上的磁铁有多个，多个所述磁铁均匀间隔分布于钻机卷扬机的转轴上。

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