CN107780918A - 一种工程地质钻机回转钻进比例控制系统 - Google Patents

一种工程地质钻机回转钻进比例控制系统 Download PDF

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Abstract

一种工程地质钻机回转钻进比例控制系统,其中给进系统采用比例调压泵控制给进力,而回转系统则通过比例排量控制泵调节负载流量,进而控制转速。通过采取合理的技术措施,如缩短连接管道、采用斜坡控制信号和合理的控制压力等,回转钻进系统具有调压和调速准确、负载适应能力强、抗干扰和低功耗等特点,具备良好的钻进控制能力。该回转钻进比例控制系统具有调压/调速准确、负载适应能力、抗干扰和低功耗等特点,具备良好的钻进控制能,为满足不同工况条件下的优化钻进提供了技术保强力障。

Description

一种工程地质钻机回转钻进比例控制系统
所属技术领域
本发明涉及一种工程地质钻机回转钻进比例控制系统,适用于机械领域。
背景技术
随着国内城市建设的快速发展,对城市地质调查工作提出了更高要求。目前,工程地质参数随钻测量技术正逐渐成为一种新的发展趋势,即在钻探过程中同步检测地层电阻率、密度、孔隙水压力、地层承载力和变形模量等地层参数。该技术是岩土工程勘察技术手段的创新,将进一步推动我国工程地质勘察钻探技术的发展。钻机作为系统工作平台具有非常重要的作用,为了提高数据测量的准确性和可靠性,要求钻柱给进与回转运动平稳、振动小,负载适应能力强,因此钻机液压系统必须具备良好的钻进控制能力,且功率损耗小,节能效率高。给进力和切削转速是回转钻进中最重要的控制参数。
发明内容
本发明提出了一种工程地质钻机回转钻进比例控制系统,其中给进系统采用比例调压泵控制给进力,而回转系统则通过比例排量控制泵调节负载流量,进而控制转速。通过采取合理的技术措施,如缩短连接管道、采用斜坡控制信号和合理的控制压力等,回转钻进系统具有调压和调速准确、负载适应能力强、抗干扰和低功耗等特点,具备良好的钻进控制能力。
本发明所采用的技术方案是。
所述控制系统中,由比例调压泵组成的给进系统能根据负载特性的变化,自动调整系统运行状态,实现压力和流量的最佳匹配,具有较高的能量利用率,满足了给进力控制要求;另外,应将比例压力阀安装在泵体附近,尽量减小连接管道长度,以确保系统工作稳定性和可靠性。
所述控制油缸活塞的位置控制系统采用位移一力反馈控制方式,即将控制油缸活塞的位移通过反馈弹簧形成弹簧力,并与控制阀芯的驱动力(电磁力)进行比较,构成位置反馈系统的比较环节。这样通过控制器向电比例控制阀输入控制电压,产生所需电磁驱动力,在位置反馈机构的作用下,控制油缸活塞的位移,使变量泵按照要求调节排量,进而控制系统流量和执行机构运动速度。
本发明的有益效果是:该回转钻进比例控制系统具有调压/调速准确、负载适应能力、抗干扰和低功耗等特点,具备良好的钻进控制能,为满足不同工况条件下的优化钻进提供了技术保强力障。
附图说明
图1是本发明的给进系统控制原理图。
图2是本发明的回转系统控制原理图。
图中:1.变量泵体;2.控制油缸;3.恒压阀;4.比例阀;5.换向阀;6.给进油缸;7.变量泵体;8.控制油缸;9.比例阀;10.换向阀;11.回转马达。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1,给进机构的主要功能是调节给进力,并满足负载对给进速度的要求。比例调压阀4与R1构成B型半桥,液桥输出压力Pc操作恒压阀3,通过阀的启闭调整控制油缸2的位置。恒压阀3是一个中间放大环节,通过阀芯的压差-位移转换作用,将液桥输出Pc和Qc放大为能驱动控制油缸的压力Px和流量Qx。同时,恒压阀3又是一个检测反馈元件,阀芯的力平衡条件形成被控参数PL的反馈闭环。只有当液阻R1两端压差等于恒压阀3设定压差却时,恒压阀才能保持在平衡位置。在采集油缸上下腔的压力信号后,控制器经过分析向电比例调压阀输出控制电压,调整液桥输出压力Pc值,进而控制给进压力大小。
AMESim是法国Imagme公司推出的基于键合图的液压系统仿真软件,该软件为用户提供了时域仿真建模环境,可使用已有的模型库或建立新的子模型元件,构建所需要的实际模型。作者用AMESim软件建立给进系统仿真模型。负载采用简化钻杆模型,钻杆质量平均分布于上下两个质量单元,中间用一个弹簧连接,模拟钻杆柱轴向伸缩特性;另外,用阻尼元件模拟钻头破岩效率,即给进力与钻进速度的关系,并可以通过信号单元实时进行调整,以反映地层变化对钻速的影响;恒压阀弹簧预压力调定为2MPa,先导控制流量为1.5L/min。
在2s内,系统压力保持在8MPa左右,2s后压力跃升至18MPa和20MPa。系统阶跃响应快,超调量较小,调压时间短,精度高。另外,由于比例压力阀调压精度影响,压力调节存在一定偏差,但对给进力控制影响不大。
初始压力设定值为8 MPa,压力调整值为18MPa,随着连接管道加长,系统的稳定性减弱,在超过一定长度后压力出现振荡;另外,由于长管道存在较大的压力损失,将导致压力调节偏差增大。因此比例压力阀连接管道长度应尽量取短些。从图中可以看出,虽然给进速度提高了3倍多,但系统压力经过短暂小幅波动后保持不变,这就说明该系统的压力调节稳定性良好,能根据负载运动速度变化自行调整供油流量,以满足瞬时钻速变化的要求。
由比例调压泵组成的给进系统能根据负载特性的变化,自动调整系统运行状态,实现压力和流量的最佳匹配,具有较高的能量利用率,满足了给进力控制要求;另外,应将比例压力阀安装在泵体附近,尽量减小连接管道长度,以确保系统工作稳定性和可靠性。
如图2,控制油缸活塞的位置控制系统采用位移一力反馈控制方式,即将控制油缸活塞的位移通过反馈弹簧形成弹簧力,并与控制阀芯的驱动力(电磁力)进行比较,构成位置反馈系统的比较环节。这样通过控制器向电比例控制阀输入控制电压,产生所需电磁驱动力,在位置反馈机构的作用下,控制油缸活塞的位移,使变量泵按照要求调节排量,进而控制系统流量和执行机构运动速度。

Claims (2)

1.一种工程地质钻机回转钻进比例控制系统,其特征是:所述控制系统中,由比例调压泵组成的给进系统能根据负载特性的变化,自动调整系统运行状态,实现压力和流量的最佳匹配,具有较高的能量利用率,满足了给进力控制要求;另外,应将比例压力阀安装在泵体附近,尽量减小连接管道长度,以确保系统工作稳定性和可靠性。
2.根据权利要求1所述的一种工程地质钻机回转钻进比例控制系统,其特征是:所述控制油缸活塞的位置控制系统采用位移一力反馈控制方式,即将控制油缸活塞的位移通过反馈弹簧形成弹簧力,并与控制阀芯的驱动力(电磁力)进行比较,构成位置反馈系统的比较环节。
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CN111101859A (zh) * 2019-11-08 2020-05-05 四川诺克钻探机械有限公司 一种铁路工程勘探用取芯钻机钻压调节方法
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