CN106351900B - 一种防偏斜凿岩控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种防偏斜凿岩控制系统，该系统包括动力机构、执行机构、控制阀、电气系统。其中动力机构包括单向泵和电机,由电机带动单向泵向系统供给液压油。执行机构包括推进缸、液压马达和冲击机构。控制阀包括三位四通电磁换向阀、二位三通电磁换向阀、先导式溢流阀、单向阀、比例节流阀、推进压力控制阀、推进背压阀、过滤器和冷却器。电气系统包括压力传感器、信号放大器、信号放大器组、信号处理器、数据采集卡、孔内因素监测系统、孔内因素和偏斜控制系统。电器系统采集压力信号和孔内因素信号，通过偏斜控制系统对液压阀调控作用于推进缸、液压马达和冲击机构，使凿岩机在钻凿过程中有效地调节推进压力，从而很好的预防钻凿偏斜的情况。

Description

一种防偏斜凿岩控制系统

技术领域

本发明涉及液压控制领域，具体是一种防偏斜凿岩控制系统。

背景技术

由于凿岩钻孔爆破技术是隧道掘进和矿山开采的主要手段，因此作为重要设备的液压凿岩机得到了广泛的发展和应用。但是凿岩机冲击凿岩过程中由于凿岩钎杆所受力和力矩造成凿岩过程中的偏斜，从而导致炮孔失效，对凿岩过程中造成巨大的危害。为了预防凿岩机钻孔偏斜，国内外对偏斜控制主要影响推进力的控制进行了一定的研究，但是这些控制系统完全是一些简单的液压阀控方案很难达到预防偏斜控制的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种防偏斜凿岩控制系统，该系统结构简单、而且通过对推进压力、回转压力、冲击孔内因素信号进行实时监测、采集，偏斜控制系统综合环境因素和压力信号，通过控制电磁阀及时进行相应的动作来预防钻凿过程中因推进力的影响而产生的钻孔偏斜。

一种防偏斜凿岩控制系统，包括动力机构和分别与动力机构连接的执行机构、控制阀、电气系统，其中：

执行机构包括推进缸、液压马达和冲击机构；

控制阀包括三位四通电磁换向阀、二位三通电磁换向阀、先导式溢流阀、单向阀、比例节流阀、推进压力控制阀、推进背压阀、过滤器和冷却器，先导式溢流阀分别旁接在主油路中，限制主油路的油压；推进压力控制阀调节推进缸的进口压力；通过调节单向阀和比例电磁阀调节控制推进缸进出口流量；通过调节背压阀调节控制推进缸的出口压力；通过调节电磁换向阀实现推进缸的前进和后退；通过调节电磁换向阀实现液压马达的正反转；通过调节电磁换向阀实现冲击机构的往复冲击；

电气系统包括压力传感器、信号放大器、信号放大器组、信号处理器、数据采集卡、孔内因素监测系统、孔内因素和偏斜控制系统，压力传感器分别设置在推进缸和液压马达的进出口处，通过压力传感器采集其所在位置的压力参数并传输到数据采集卡；通过孔内因素监测系统监测凿岩过程的孔内变化因素，将所采集的信号发送至孔内因素，孔内因素将所采集的信号和所具有的经验数据对比处理，偏斜控制系统将得到的压力参数和所采集的孔内因素进行综合判定得出最适合的推进压力，然后对电磁换向阀、比例节流阀和推进背压阀进行调控，得到油缸推进力，避免凿岩机钎杆在钻凿过程中因推进力的影响而造成的偏斜。

所述的动力机构包括油箱、电机和与电机连接的单向泵，通过电机驱动单向泵，向推进缸、液压马达和冲击机构供油。

所述控制阀包括三位四通电磁换向阀、二位三通电磁换向阀、先导式溢流阀、单向阀、比例节流阀、推进压力控制阀、推进背压阀、过滤器和冷却器；其中：

溢流阀的工作口分别与单向阀的工作口、油箱相通，电磁换向阀的工作口与单向阀的工作口相通；推进压力控制阀的工作口与单向阀的工作口并联，并分别与电磁换向阀的工作口相通；推进压力控制阀的工作口与推进缸的进口相通；单向阀工作口与比例节流阀的工作口相通；比例节流阀的工作口与推进背压阀的工作口并联，并与推进缸出口相通；电磁换向阀的工作口与推进背压阀的工作口相通；过滤器的工作口分别与油箱、冷却器的工作口相通，电磁换向阀的工作口与冷却器的工作口相通，液压马达的工作口与推进控制缸的工作口并联，并与电磁换向阀的工作口相通，电磁换向阀的工作口与液压马达的工作口相通，先导式溢流阀的工作口与油箱相通，先导式溢流阀的工作口与泵的工作口并联，并与电磁换向阀的工作口和冲击机构的进口相通；电磁换向阀的工作口与冲击机构的出口相通，过滤器的工作口分别与油箱、冷却器的工作口相通，冷却器的工作口与电磁阀换向阀的工作口相通。

所述推进压力控制阀包括单向阀、三通减压阀、三通溢流阀和压力控制缸；其中：

单向阀的工作口与三通减压阀的工作口并联，作为推进压力控制阀的工作口；压力控制缸的工作口分别与三通减压阀的工作口和单向阀的工作口并联，作为推进压力控制阀的工作口；三通减压阀的工作口与三通溢流阀工作口相通，三通减压阀的工作口与油箱相通构成内泄油路，三通溢流阀工作口与油箱相通，压力控制缸的工作口与电磁换向阀的工作口相通。

所述推进背压阀由单向阀、比例电磁溢流阀并联而成，单向阀的工作口与比例电磁溢流阀的工作口并联，作为推进背压阀的工作口，单向阀的工作口与溢流阀的工作口并联，作为推进背压阀的工作口。

所述的电气系统包括压力传感器、信号放大器、信号放大器组、信号处理器、数据采集卡 、 孔内因素监测系统、孔内因素和偏斜控制系统，压力传感器分别设置在推进缸的工作口、液压马达工作口处；孔内因素监测系统分布在凿岩系统中，信号放大器接收压力传感器的压力信号并放大，信号处理器处理放大后的信号、数据采集机卡采集处理的信号；通过孔内因素监测系统监测凿岩过程的孔内变化因素，将所采集信号发送至孔内因素，孔内因素将所采集的信号和所具有的经验数据对比处理，偏斜控制系统将得到的压力参数和所采集的孔内因素进行综合判定做出偏斜控制决策控制对应的电磁阀。

本发明的有益效果是：对推进压力、回转压力、凿岩孔内因素信号进行实时监测、采集，实时掌握凿岩机的工作状态，与现有的推进力控制系统相比，该系统反应更灵敏，参考控制因素更全面，有效的将传统液压系统和控制系统结合，能够更有效地避免因推进力的影响所引起的凿入偏斜情况。

附图说明

图1为本发明的一种防偏斜凿岩控制系统的原理图。

图中，M1、M2为电机，B1、B2为单向泵，E1、E2为过滤器，L1、L2为冷却器。H1、H2为三位四通电磁换向阀，H3为二位三通电磁换向阀，Y1、Y5为先导式溢流阀，Y2为三通溢流阀，Y3为三通减压阀、Y4为比例电磁溢流阀，D1、D2、D3、D4为单向阀，J为比例节流阀，G为压力控制阀，R为推进缸，N1为推进压力控制阀、N2为推进被压阀、Z为凿岩系统，1为岩石，2为钎杆，S冲击机构，M为液压马达，P1、P2、P3、P4为压力传感器，A1、A2为信号放大器、A3为信号放大器组，F1、F2为信号处理器、C为数据采集机卡,I为孔内因数监测系统，Q为孔内因素，K为偏斜控制系统。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图 1 所示，本发明的一种防偏斜凿岩控制系统，它包括动力机构、执行机构、控制阀、电气系统；其中：

动力机构包括油箱、单向泵B1、B2和电机M1、M2。由电机M1、M2带动单向泵B1、B2向系统供给液压油；

控制阀包括三位四通电磁换向阀H1、H2、二位三通电磁换向阀H3，先导式溢流阀Y1、Y5，单向阀D1、D3，比例节流阀J、推进压力控制阀N1、推进背压阀N2、过滤器E1、E2、冷却器L1、L2。先导式溢流阀分别旁接在主油路中，限制主油路的油压；推进压力控制阀N1通过自身控制推进缸R的进口压力，偏斜控制系统K通过调节单向阀D1、D3和对比例节流阀J的开关量大小进行控制，从而控制推进缸R的进出口流量，来控制推进缸R的速度，控制器K通过对比例溢流阀Y4来控制推进缸R的出口背压力。通过调节电磁换向阀H1实现推进缸的前进和后退；通过调节电磁换向阀H2实现液压马达的正反转；通过调节电磁换向阀H3实现冲击机构的往复运动。

电气系统包括四组压力传感器P1、P2、P3、P4，信号放大器A1、A2、信号放大器组A3,信号处理器F1、F2, 数据采集卡 C, 孔内因素监测系统I,孔内因素Q,偏斜控制系统K,通过对推进缸和液压马达的进出口布置传感器P1、P2、P3、P4采集其所在位置的压力参数并传输到数据采集卡C；通过孔内因素监测系统I监测凿岩过程的孔内变化因素，将所采集信号发送至孔内因素Q，孔内因素Q将所采集的信号和所具有的经验数据对比处理，偏斜控制系统K将得到的压力参数和所采集的孔内因素Q进行综合判定得出最适合的推进压力，然后对电磁换向阀H1、H2、H3、比例节流阀J和推进背压阀N2进行调控，最终得到最优的油缸推进力，从而有效地避免凿岩机钎杆在钻凿过程中因推进力的影响而造成的偏斜。

整体工作过程：

压力传感器P1、P2、P3、P4分别安装在推进缸R的工作口R-P、R-T、液压马达的工作口M-P、M-T。信号放大器A1接收压力传感器P1、P2，信号放大器A2接收压力传感器P3、P4，信号处理器F1、F2处理放大后的信号、数据采集卡C采集处理的信号、信号处理器F处理放大后的信号、数据采集机卡C采集处理的信号；通过孔内因素监测系统I监测凿岩过程的孔内变化因素，将所采集信号发送至孔内因素Q，孔内因素Q将所采集的信号和所具有的经验数据对比处理，偏斜控制系统K将得到的压力参数和所采集的孔内因素Q进行综合判定做出偏斜控制决策控制对应的电磁阀。

偏斜控制系统收到数据采集卡采集到的压力传感器P1、P2、P3、P4的压力信号和经过孔内因素监测系统I监测凿岩过程的孔内因素时，将监测到的压力信号和孔内因素信号与正常凿岩时的信号作对比，可能会得出三种结果：（1）凿岩机凿入状态正常。（2）凿岩机凿入松软岩层。（3）凿岩机凿入诱偏岩层。

凿岩机凿入状态正常时，偏斜控制系统K不发出新的调控指令，防偏斜凿岩控制系统仍保持现在的工作状态。

当凿岩机凿入松软岩层时，钻头回转阻力减小，回转压力降低。处理方案：当凿岩机的推进压力与回转压力突然降低时，推进控制阀N2会自动增大推进缸进口压力，同时偏斜控制系统K立即降低比例节流阀J的开口流量，减小比例溢流阀Y2的压力，使推进缸出口的背压力和流量减小，实现对推进缸进口的补偿，从而使液压缸R的推进压力能精确的增大的同时能增大推进速度，同时增加电磁换向阀H3的切换次数以增大冲击机构冲击频率，这样就可以提高凿岩机的效率。

当凿岩机凿入诱偏岩层时，钻头回转阻力增大，回转压力增大。处理方案：当凿岩机的推进压力与回转压力突然增大时，推进控制阀N2会自动减小推进缸进口压力，同时控制器K立即增大比例节流阀J的开口流量，增大比例溢流阀Y2的压力，使推进缸出口的背压力和流量增大，从而液压缸R的推进压力能精确的减小的同时能降低推进速度，同时减少电磁换向阀H3的切换次数以减小冲击机构的冲击频率，这样就可以有效地预防凿入偏斜的情况。

总体上很好的预防凿入偏斜同时也提高了凿岩机钻凿的效率。

Claims (6)

1.一种防偏斜凿岩控制系统，其特征在于：包括动力机构和分别与动力机构连接的执行机构、控制阀、电气系统，其中：

执行机构包括推进缸、液压马达和冲击机构；

控制阀包括三位四通电磁换向阀、二位三通电磁换向阀、先导式溢流阀、单向阀、比例节流阀、推进压力控制阀、推进背压阀、过滤器和冷却器，先导式溢流阀分别旁接在主油路中，限制主油路的油压；推进压力控制阀调节推进缸的进口压力；通过调节单向阀和比例节流阀调节控制推进缸进出口流量；通过调节推进背压阀调节控制推进缸的出口压力；通过调节三位四通电磁换向阀实现推进缸的前进和后退；通过调节三位四通电磁换向阀实现液压马达的正反转；通过调节二位三通电磁换向阀实现冲击机构的往复冲击；

电气系统包括压力传感器、信号放大器组、信号处理器、数据采集卡、孔内因素监测系统、孔内因素和偏斜控制系统，压力传感器分别设置在推进缸和液压马达的进出口处，通过压力传感器采集其所在位置的压力参数并传输到数据采集卡；通过孔内因素监测系统监测凿岩过程的孔内变化因素，将所采集的信号发送至孔内因素，孔内因素将所采集的信号和所具有的经验数据对比处理，偏斜控制系统将得到的压力参数和所采集的孔内因素进行综合判定得出最适合的推进压力，然后对电磁换向阀、比例节流阀和推进背压阀进行调控，得到推进缸推进力，避免凿岩机钎杆在钻凿过程中因推进力的影响而造成的偏斜。

2.如权利要求1所述的一种防偏斜凿岩控制系统，其特征在于，所述的动力机构包括油箱、电机和与电机连接的单向泵，通过电机驱动单向泵，向推进缸、液压马达和冲击机构供油。

3.如权利要求1所述的一种防偏斜凿岩控制系统，其特征在于，所述先导式溢流阀的工作口分别与单向阀的工作口、油箱相通，二位三通电磁换向阀的工作口与单向阀的工作口相通；推进压力控制阀的工作口与单向阀的工作口并联，并分别与三位四通电磁换向阀的工作口相通；推进压力控制阀的工作口与推进缸的进口相通；单向阀工作口与比例节流阀的工作口相通；比例节流阀的工作口与推进背压阀的工作口并联，并与推进缸出口相通；三位四通电磁换向阀的工作口与推进背压阀的工作口相通；过滤器的工作口分别与油箱、冷却器的工作口相通，二位三通电磁换向阀的工作口与冷却器的工作口相通，液压马达的工作口与推进缸的工作口并联，并与三位四通电磁换向阀的工作口相通，三位四通电磁换向阀的工作口与液压马达的工作口相通，先导式溢流阀的工作口与油箱相通，先导式溢流阀的工作口与单向泵的工作口并联，并与二位三通电磁换向阀的工作口和冲击机构的进口相通；二位三通电磁换向阀的工作口与冲击机构的出口相通，过滤器的工作口分别与油箱、冷却器的工作口相通，冷却器的工作口与二位三通电磁换向阀的工作口相通。

4.如权利要求1所述的一种防偏斜凿岩控制系统，其特征在于，所述推进压力控制阀包括单向阀、三通减压阀、三通溢流阀和压力控制缸；其中：

单向阀的工作口与三通减压阀的工作口并联，作为推进压力控制阀的工作口；压力控制缸的工作口分别与三通减压阀的工作口和单向阀的工作口并联，作为推进压力控制阀的工作口；三通减压阀的工作口与三通溢流阀工作口相通，三通减压阀的工作口与油箱相通构成内泄油路，三通溢流阀工作口与油箱相通，压力控制缸的工作口与三位四通电磁换向阀的工作口相通。

5.如权利要求1所述的一种防偏斜凿岩控制系统，其特征在于，所述推进背压阀由单向阀、比例电磁溢流阀并联而成，单向阀的工作口与比例电磁溢流阀的工作口并联，作为推进背压阀的工作口，单向阀的工作口与溢流阀的工作口并联，作为推进背压阀的工作口。

6.如权利要求1所述的一种防偏斜凿岩控制系统，其特征在于，所述的电气系统包括压力传感器、信号放大器组、信号处理器、数据采集卡、孔内因素监测系统、孔内因素和偏斜控制系统，压力传感器分别设置在推进缸的工作口、液压马达工作口处；孔内因素监测系统分布在凿岩系统中，信号放大器接收压力传感器的压力信号并放大，信号处理器处理放大后的信号、数据采集卡采集处理的信号；通过孔内因素监测系统监测凿岩过程的孔内变化因素，将所采集信号发送至孔内因素，孔内因素将所采集的信号和所具有的经验数据对比处理，偏斜控制系统将得到的压力参数和所采集的孔内因素进行综合判定做出偏斜控制决策控制对应的电磁阀。