CN109812261A - 一种水下钻具姿态检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水下钻具姿态检测系统，其包括掘进机构、设置在地面上的用于提放掘进机构的动力提升机构及用于控制上述各个机构运行的操作控制系统，掘进机构包括掘进机架，掘进机架外端部与固装在竖井井壁上的滑槽式抗扭矩装置滑动导向配合，主驱动装置安装在掘进机架中部上，主驱动装置连接于位于掘进机架下方的钻臂上，钻臂上安装的至少两个副驱动装置均连接有与位于钻臂下方的钻具；掘进机架上水平安装有两个倾角传感器，钻臂上均布有若干个第一位置传感器，钻具上均布有若干个第二位置传感器，上述的倾角传感器、第一位置传感器、第二位置传感器均与操作控制系统连接。本发明灵敏度高，功率损耗极小，抗干扰性强，能很好的满足现场使用要求。

Description

一种水下钻具姿态检测系统

技术领域

本发明涉及竖井掘进施工机械设备技术领域，尤其是涉及一种水下钻具姿态检测系统。

背景技术

随着国民经济的发展，近年来城市轨道交通建设和城市地下管廊建设发展迅猛。在地下工程建造，比如盾构始发接受竖井、采矿竖井、隧道通风竖井、地下防御工事竖井、地下停车场、矿山巷道、交通隧道等地下工程建设中，为了保证施工的顺利进行，需要开凿用于运输物资及通风的竖井。竖井的上端连通地面，竖井的下端连通巷道或者隧道。竖井掘进是由地面垂直向下挖掘竖井(又称立井)的施工过程。目前的竖向地下空间施工中，传统竖井钻机采用全断面刀盘施工，刀盘结构复杂、重量大，在施工中往往出现刀盘不能始终保持水平姿态而导致的掘进轨迹偏移，为不断纠正掘进轨迹，耗费大量的人力物力和财力，而最终效果并不理想。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种灵敏度高、抗干扰性强的水下钻具姿态检测系统。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种水下钻具姿态检测系统，其包括掘进机构和设置在地面上的用于提放掘进机构的动力提升机构以及用于控制上述各个机构运行的操作控制系统；所述的掘进机构包括掘进机架、钻臂、用于带动钻臂作旋转运动的主驱动装置、钻具、带动钻具作旋转运动的副驱动装置，掘进机架外端部与固定安装在竖井井壁上的滑槽式抗扭矩装置滑动导向配合，主驱动装置安装在掘进机架上且位于掘进机架中部，主驱动装置连接于位于掘进机架下方的钻臂中部，钻臂上安装至少两个副驱动装置，每个副驱动装置连接有位于钻臂下方的钻具；所述掘进机架上水平安装有两个倾角传感器，钻臂上均布有若干个第一位置传感器，钻具上均布有若干个第二位置传感器，上述的倾角传感器、第一位置传感器、第二位置传感器均与操作控制系统连接。

所述的水下钻具姿态检测系统，其掘进机架为多臂式掘进机架，包括中间架、边梁、卡块和导向轮，中间架的外侧面间隔均匀拆卸式连接有若干个呈放射状布置的边梁，且每相邻边梁之间的夹角均相同，若干个边梁的末端均固定有卡块，卡块外侧面安装有导向轮。

进一步地，所述两个倾角传感器均布在掘进机架的边梁上。

所述的水下钻具姿态检测系统，其钻具包括刀盘和刀具，刀盘由连接环和三个辐条支臂组成，三个辐条支臂沿连接环中心在连接环外圆周面上呈放射状均匀分布，每个辐条支臂底面外边缘处安装有一个刀具，或沿辐条支臂长度方向安装有两个及以上刀具且其中一个刀具位于辐条支臂底面外边缘处。

所述的水下钻具姿态检测系统，其钻具的三个辐条支臂上均安装有第二位置传感器。

所述的水下钻具姿态检测系统，其动力提升机构包括多台同步绞车系统，在地面上沿竖井圆周方向分布，与掘进机架上多个提吊位置一一对应，多个提吊位置分别布置有动滑轮；同步绞车系统由同步绞车、钢丝绳和转向架组成，设置在同步绞车一侧的转向架上安装有两个定滑轮，钢丝绳一端缠绕在同步绞车的滚筒上，另一端依次绕过两个定滑轮后与竖井掘进机上相应位置处的动滑轮连接，在滚筒的一侧设有为滚筒提供动力的电机；所述转向架上的定滑轮位置安装有速度传感器，钢丝绳固定段安装有拉力传感器。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

该水下钻具姿态检测系统，其灵敏度高，功率损耗极小，抗干扰性强，小巧灵活，拆装方便，能很好的满足现场使用要求；利用滑槽式抗扭矩装置配合倾角传感器能够确保在工作过程中，掘进机架始终保持水平，进而确保在掘进时钻具的刀盘始终水平；钻具上的位置传感器能够使刀盘进出竖井时停于特定位置，以避开滑槽式抗扭矩装置对刀盘的干涉，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明水下钻具姿态检测系统的结构示意图；

图中：1－同步绞车；2－速度传感器；3－拉力传感器；4－管片；5－滑槽式抗扭矩装置；6－掘进机架；7－倾角传感器；8－第一位置传感器；9－主驱动装置；10－钻臂；11－第二位置传感器；12－副驱动装置；13－钻具。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示，该水下钻具姿态检测系统，其包括掘进机构和设置在地面上的用于提放掘进机构的动力提升机构以及用于控制上述各个机构运行的操作控制系统；所述的掘进机构包括掘进机架6、钻臂10、用于带动钻臂作旋转运动的主驱动装置9、钻具13、带动钻具作旋转运动的副驱动装置12，掘进机架外端部与固定安装在竖井井壁4上滑槽式抗扭矩装置5滑动导向配合，井壁预埋钢板作为焊接抗扭滑槽的基础，主驱动装置9安装在掘进机架6上且位于掘进机架中部，主驱动装置连接于位于掘进机架下方的钻臂10中部，钻臂上安装至少两个副驱动装置12，每个副驱动装置连接有位于钻臂下方的钻具13；所述掘进机架上水平安装有两个倾角传感器7，钻臂上均布有若干个第一位置传感器8，钻具上均布有若干个第二位置传感器11，上述的倾角传感器、第一位置传感器、第二位置传感器均与操作控制系统连接。

上述的掘进机架为多臂式掘进机架，包括中间架、边梁、卡块和导向轮，中间架的外侧面间隔均匀固接有若干个呈放射状布置的边梁，且每相邻边梁之间的夹角均相同，两个倾角传感器均布在掘进机架的边梁上，若干个边梁的末端均固定有卡块，卡块外侧面安装有与滑槽式抗扭矩装置滑动配合的导向轮。

上述的钻具包括刀盘和刀具，刀盘由连接环和三个辐条支臂组成，三个辐条支臂沿连接环中心在连接环外圆周面上呈放射状均匀分布，每个辐条支臂底面外边缘处安装有一个刀具，或沿辐条支臂长度方向安装有两个及以上刀具且其中一个刀具位于辐条支臂底面外边缘处；钻具的三个辐条支臂上均安装有至少一个第二位置传感器。

所述的水下钻具姿态检测系统，其动力提升机构包括多台同步绞车系统，在地面上沿竖井圆周方向分布，与掘进机架上多个提吊位置一一对应，多个提吊位置分别布置有动滑轮；同步绞车系统由同步绞车1、钢丝绳和转向架组成，设置在同步绞车一侧的转向架上安装有两个定滑轮，钢丝绳一端缠绕在同步绞车的滚筒上，另一端依次绕过两个定滑轮后与竖井掘进机上相应位置处的动滑轮连接，在滚筒的一侧设有为滚筒提供动力的电机；所述转向架上的定滑轮位置安装有速度传感器2，用于检测掘进机构提升/下放/进给的速度，钢丝绳固定段安装有拉力传感器3，用于检测钢丝绳实际提吊力计算减压钻进时的掘进压力，绞车工作时传感器应始终保证有一定的拉力值，保证钢丝绳始终处于绷紧状态，防止钢丝绳松弛滑出滑轮。

掘进机构起吊出井，需要将钻具的刀盘旋转至一定位置以避开滑槽式抗扭矩装置出井：

首先主驱动装置9停止工作，然后经由通过一个副驱动装置开始降低与之相连的钻具的转动转速，钻具上均布的若干个第二位置传感器其中之一发出到位信号后，钻具停止转动，并锁定位置；同理，分别降低其余钻具的转动转速，经由相应钻具上的一个第二位置传感器发出到位信号后，钻具停止转动，并锁定位置；避免钻具的刀盘与滑槽式抗扭矩装置、井壁之间产生干涉。

同步绞车通过钢丝绳同步等速运动使得掘进机架沿着滑槽式抗扭矩装置依靠自身重力向下铅垂运动，如果运动过程中掘进机架出现偏转，两个倾角传感器将结果反馈给操作控制系统，同步绞车进行自动调整。主驱动装置通过多个第一位置传感器驱动钻臂作180°范围摆动或转动，副驱动装置驱动钻具作圆周运动，钻具上均布的多个第二位置传感器11能够精确定位刀盘所在的位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水下钻具姿态检测系统，其特征是：其包括掘进机构和设置在地面上的用于提放掘进机构的动力提升机构以及用于控制上述各个机构运行的操作控制系统；所述掘进机构包括掘进机架、钻臂、用于带动钻臂作旋转运动的主驱动装置、钻具、带动钻具作旋转运动的副驱动装置，掘进机架外端部与固定安装在竖井井壁上滑槽式抗扭矩装置滑动导向配合，主驱动装置安装在掘进机架上且位于掘进机架中部，主驱动装置连接于位于掘进机架下方的钻臂中部，钻臂上安装至少两个副驱动装置，每个副驱动装置连接有位于钻臂下方的钻具；所述掘进机架上水平安装有两个倾角传感器，钻臂上均布有若干个第一位置传感器，钻具上均布有若干个第二位置传感器，上述的倾角传感器、第一位置传感器、第二位置传感器均与操作控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的水下钻具姿态检测系统，其特征是：其掘进机架为多臂式掘进机架，包括中间架、边梁、卡块和导向轮，中间架的外侧面间隔均匀拆卸式连接有若干个呈放射状布置的边梁，且每相邻边梁之间的夹角均相同，若干个边梁的末端均固定有卡块，卡块外侧面安装有导向轮。

3.根据权利要求2所述的水下钻具姿态检测系统，其特征是：其两个倾角传感器均布在掘进机架的边梁上。

4.根据权利要求1所述的水下钻具姿态检测系统，其特征是：其钻具包括刀盘和刀具，刀盘由连接环和三个辐条支臂组成，三个辐条支臂沿连接环中心在连接环外圆周面上呈放射状均匀分布，每个辐条支臂底面外边缘处安装有一个刀具，或沿辐条支臂长度方向安装有两个及以上刀具且其中一个刀具位于辐条支臂底面外边缘处。

5.根据权利要求4所述的水下钻具姿态检测系统，其特征是：其钻具的三个辐条支臂上均安装有第二位置传感器。

6.根据权利要求1所述的水下钻具姿态检测系统，其特征是：其动力提升机构包括多台同步绞车系统，在地面上沿竖井圆周方向分布，与掘进机架上多个提吊位置一一对应，多个提吊位置分别布置有动滑轮；同步绞车系统由同步绞车、钢丝绳和转向架组成，设置在同步绞车一侧的转向架上安装有两个定滑轮，钢丝绳一端缠绕在同步绞车的滚筒上，另一端依次绕过两个定滑轮后与竖井掘进机上相应位置处的动滑轮连接，在滚筒的一侧设有为滚筒提供动力的电机；所述转向架上的定滑轮位置安装有速度传感器，钢丝绳固定段安装有拉力传感器。