CN109854190B - 用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的使用方法，应用在使用推进油缸进给结构的钻机上，包括：推进量测量装置用于测量推进油缸活塞的推进量，设有第一信号输出端，用于将所测量的推进量信号输出；动力头扭矩监测装置用于监测钻机输出端传动轴的扭矩，设有第二信号输出端，将所监测的扭矩信号输出；处理器分别通过导线连接至第一信号输出端和第二信号输出端，用于收集并处理推进量测量装置的推进量信号和动力头扭矩监测装置的扭矩信号，计算钻机钻孔的进给量。本发明实现了每个钻孔计尺的自动化，使钻孔记尺更简洁、规范、真实，同时杜绝因钻孔不到位而造成的废孔现象，提高了钻孔抽放效果，为矿井的瓦斯防治做出了贡献。
Description
技术领域
本发明涉及测量设备技术领域，具体涉及一种用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的使用方法。
背景技术
近年来，随着矿井采煤范围的扩大和深度的增加，煤与瓦斯突出矿井瓦斯治理压力越来越大，对于一些原来的低瓦斯矿井也变成了高瓦斯矿井，所以煤矿安全生产形势十分严峻，重特大事故时有发生。生产实践表明，瓦斯钻孔抽采是防治瓦斯灾害事故，实现瓦斯综合治理与利用的根本措施，对煤矿安全生产具有不可替代的作用。而钻孔抽采效果的好坏主要取决于钻孔的方位、倾角和孔深，对于前两项我们已有效成好的方法，而对于钻孔深度的验收，目前我们只停留在靠人工去数钻杆数，存在一定的主观性，钻孔计尺不规范，并且存有较大的误差。若能实现打钻的自动计尺，就可使钻孔的计量工作变得更准确，同时又减少人工投入。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的使用方法，实现了每个钻孔计尺的自动化，使钻孔记尺更简洁，更规范，更真实，同时杜绝因钻孔不到位而造成的废孔现象，提高了钻孔抽放效果，为矿井的瓦斯防治做出了贡献。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置，所述用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置应用在使用推进油缸进给结构的钻机上，所述钻机包括有推进油缸、基板、马达和动力头，所述推进油缸固定设置，所述基板与所述推进油缸的活塞联动，所述马达固定安装在基板上，所述马达的输出轴与动力头联动，所述用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置包括：
推进量测量装置，所述推进量测量装置设置在推进油缸上，用于测量推进油缸活塞的推进量，所述推进量测量装置设有第一信号输出端，所述第一信号输出端用于将所测量的推进量信号输出；
动力头扭矩监测装置，所述动力头扭矩监测装置设置在马达输出端的传动轴上，用于监测钻机输出端传动轴的扭矩，所述动力头扭矩监测装置设有第二信号输出端，所述第二信号输出端用于将所监测的扭矩信号输出；
处理器，所述处理器分别通过导线连接至所述第一信号输出端和所述第二信号输出端，用于收集并处理所述推进量测量装置的推进量信号和所述动力头扭矩监测装置的扭矩信号，计算钻机钻孔的进给量。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述推进量测量装置包括：
敏感元件，所述敏感元件呈杆状，沿轴向插入所述推进油缸，所述推进油缸的两端均设有通孔，一端用于穿过活塞杆，另一端用于穿过敏感元件，所述敏感元件与推进油缸的缸体密封固定连接，所述第一信号输出端设置在敏感元件的端部；
磁环，所述磁环固定设置在推进油缸的活塞上；
所述敏感元件用于在活塞运动时感应磁环所在位置，从而得到推进量信号。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述敏感元件包括有大端和小端，所述大端设置在推进油缸外部，所述小端从推进油缸的通孔沿轴向穿入推进油缸，所述活塞端面设沉孔，所述小端与所述沉孔滑动连接；
优选地，所述敏感元件为磁致伸缩线性位移传感器，敏感元件通过螺纹与推进油缸密封连接。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述动力头扭矩监测装置包括：
第一联轴器，所述第一联轴器固定设置在钻机输出端传动轴末端、并与所述钻机输出端传动轴末端垂直连接；
扭矩传感器，所述扭矩传感器设置在所述第一联轴器下方、且与所述第一联轴器刚性连接，用于监测钻机输出端传动轴的扭矩，所述第二信号输入端连接至扭矩传感器的信号输出端；
第二联轴器，所述第二联轴器设置在所述扭矩传感器的下方、且与所述扭矩传感器刚性连接，所述第二联轴器下方固定垂直连接有动力头；
所述钻机输出端传动轴、扭矩传感器和动力头均同轴设置。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述动力头扭矩监测装置还包括：
信号放大器，所述信号放大器设置在扭矩传感器的信号输出端，用于将扭矩传感器的扭矩信号放大；
A/D转换器，所述A/D转换器的信号输入端连接至信号放大器的信号输出端，所述第二信号输出端为A/D转换器的信号输出端，A/D转换器用于将扭矩信号进行A/D转换后通过导线发送给处理器。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置还包括：
无线发射装置，所述无线发射装置与处理器的信号输出端连接，用于将处理器信号发送至远程终端。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述远程终端设置在地面，所述钻机设置在地下。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述处理器为单片机。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述推进油缸固定设置在钻机的机架上。
本发明还提供一种包括有自动计长装置的钻机的使用方法，包括以下步骤：
钻机钻孔时，通过磁致伸缩线性位移传感器获取推进油缸活塞的推进量数据；
钻机钻孔时，通过扭矩传感器获取动力头的扭矩数据；
推进量数据和扭矩数据发送至处理器；
当扭矩数据达到预设数值时，处理器判定动力头开始钻孔，此时记录推进油缸活塞推进量第一数值；当扭矩数据变为达不到预设数值时，处理器判定动力头钻孔结束，此时记录推进油缸活塞推进量第二数值；
计算推进量第一数值与第二数值之间的距离，即为钻孔进给量。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明提供一种用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置，具有如下优点：
1、本发明通过单片机收集并处理钻孔的数据信息，从而对钻孔情况进行判断并计算，可以批量化操作，实现了每个钻孔计尺的自动化；
2、本发明使用磁致伸缩线性位移传感器作为测量媒介，通过测量推进油缸的推进量，配合动力头扭矩数据，实现精确测量，使钻孔记尺更便捷，更规范，更真实，同时杜绝因钻孔不到位而造成的废孔现象，提高了钻孔抽放效果，为矿井的瓦斯防治做出了贡献；
3、本发明的单片机通过无线发射装置将数据传回地面终端，可实时显示钻机进尺长度，便于现场施工与监工。
本发明还提供一种包括有自动计长装置的钻机的使用方法，其有益效果与用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置类似，不再赘述
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是本发明实施例所提供的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置总体结构示意图；
图2是本发明实施例所提供的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的推进油缸结构示意图
附图标记说明：
1-基板；
2-扭矩传感器；21-第一联轴器；22-第二联轴器；23-信号放大器及A/D转换器；
3-动力头；4-马达；5-导线；6-单片机；7-无线发射装置；8-推进油缸；9-磁致伸缩线性位移传感器；10-磁环；11-活塞；13-连接座。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1和图2所示，本发明提供了一种用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置，所述用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置应用在使用推进油缸8进给结构的钻机上，所述钻机包括有推进油缸8、基板1、马达4和动力头3，所述推进油缸8固定设置，所述基板1与所述推进油缸8的活塞11联动，所述马达4固定安装在基板1上，所述马达4的输出轴与动力头3联动，所述用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置包括：推进量测量装置，所述推进量测量装置设置在推进油缸8上，用于测量推进油缸8活塞11的推进量，所述推进量测量装置设有第一信号输出端，所述第一信号输出端用于将所测量的推进量信号输出；动力头扭矩监测装置，所述动力头扭矩监测装置设置在马达4输出端的传动轴上，用于监测钻机输出端传动轴的扭矩，所述动力头扭矩监测装置设有第二信号输出端，所述第二信号输出端用于将所监测的扭矩信号输出；处理器，所述处理器分别通过导线5连接至所述第一信号输出端和所述第二信号输出端，用于收集并处理所述推进量测量装置的推进量信号和所述动力头扭矩监测装置的扭矩信号，计算钻机钻孔的进给量。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述推进量测量装置包括：敏感元件，所述敏感元件呈杆状，沿轴向插入所述推进油缸8，所述推进油缸8的两端均设有通孔，一端用于穿过活塞11杆，另一端用于穿过敏感元件，所述敏感元件与推进油缸8的缸体密封固定连接，所述第一信号输出端设置在敏感元件的端部；磁环10，所述磁环10固定设置在推进油缸8的活塞11上；所述敏感元件用于在活塞11运动时感应磁环10所在位置，从而得到推进量信号。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述敏感元件包括有大端和小端，所述大端设置在推进油缸8外部，所述小端从推进油缸8的通孔沿轴向穿入推进油缸8，所述活塞11端面设沉孔，所述小端与所述沉孔滑动连接；所述敏感元件为磁致伸缩线性位移传感器9，敏感元件通过螺纹与推进油缸8密封连接。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述动力头扭矩监测装置包括：第一联轴器21，所述第一联轴器21固定设置在钻机输出端传动轴末端、并与所述钻机输出端传动轴末端垂直连接；扭矩传感器2，所述扭矩传感器2设置在所述第一联轴器21下方、且与所述第一联轴器21刚性连接，用于监测钻机输出端传动轴的扭矩，所述第二信号输入端连接至扭矩传感器2的信号输出端；第二联轴器22，所述第二联轴器22设置在所述扭矩传感器2的下方、且与所述扭矩传感器2刚性连接，所述第二联轴器22下方固定垂直连接有动力头3；所述钻机输出端传动轴、扭矩传感器2和动力头3均同轴设置。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述动力头扭矩监测装置还包括：信号放大器，所述信号放大器设置在扭矩传感器2的信号输出端，用于将扭矩传感器2的扭矩信号放大；A/D转换器，所述A/D转换器的信号输入端连接至信号放大器的信号输出端，所述第二信号输出端为A/D转换器的信号输出端，A/D转换器用于将扭矩信号进行A/D转换后通过导线5发送给处理器；信号放大器和A/D转换器可以集成设置，在图中显示为信号放大器及A/D转换器23。
在上述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置中，作为优选方案，所述用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置还包括：无线发射装置7，所述无线发射装置7与处理器的信号输出端连接，用于将处理器信号发送至远程终端；所述远程终端设置在地面，所述钻机设置在地下，所述处理器为单片机6。
本发明还提供一种钻机，所述钻机装配有上述用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置。在上述的钻机中，作为优选方案，推进油缸8设置在钻机的机架上，在工作时，钻机机架相对于地面为静止状态，推进油缸8的活塞11末端通过连接座13与基板1固定连接，活塞11移动时，基板1上的马达4、联轴器和动力头3随活塞11移动。
如图1和图2所示，本实施例提供一种装配有用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的钻机，包括基板1，所述基板1的右端安装有马达4，所述马达4的驱动轴输出端安装有第一联轴器21，所述第一联轴器21下端连接扭矩传感器2，所述扭矩传感器2下端连接第二联轴器22，所述第二联轴器22下端连接动力头3，钻机在钻孔时，钻头安装在动力头3上。
所述扭矩传感器2连接信号放大器及A/D转换器，所述信号放大器及A/D转换器连接单片机6，所述推进油缸8与动力头3构成钻机推进结构。活塞11的大端面设有沉孔，敏感元件的小端与所述沉孔滑动连接，在沉孔处还开设有台阶孔，所述磁环10是通过带外螺纹的压紧螺堵安装在活塞11的台阶孔内，所述磁致伸缩线性位移传感器9是通过自身外螺纹安装在推进油缸8的端面上，所述磁致伸缩线性位移传感器9通过电缆将位移信号传至单片机6，所述单片机6连接无线发射装置7。活塞11在钻机工作时可带动磁环10一起伸出，即活塞11推进距离与磁环10移动距离相等。磁致伸缩线性位移传感器9在当磁环10发生位移时，感应到位移信号，然后将位移信息通过电缆传至单片机6。
使用时，钻机钻进过程中，扭矩传感器2实时记录动力头3在介质中产生的扭矩信号并将其放大转化成电信号发送给单片机6，此时推进油缸8开始工作，活塞11带动磁环10一起伸出，磁致伸缩线性位移传感器9感应到磁环10的位移信号并将位移信号通过电缆传给单片机6，由单片机6统一处理信号，当扭矩值达到动力头3在煤岩介质钻进时的扭矩时，记录下此刻推进油缸8的推进位移，即动力头3的实时推进距离，若扭矩值未达到动力头3在煤岩介质钻进是的扭矩时，则此时的推进距离视为无效，最终通过无线发射电路将处理结果输送至地面终端。
本发明还提供一种包括有自动计长装置的钻机的使用方法，包括以下步骤：
步骤S1、钻机钻孔时，通过磁致伸缩线性位移传感器获取推进油缸活塞的推进量数据。
步骤S2、钻机钻孔时，通过扭矩传感器获取动力头的扭矩数据。
步骤S3、转动数据和扭矩数据发送至处理器。
步骤S4、当扭矩数据达到预设数值时，处理器判定动力头开始钻孔，此时记录推进油缸活塞推进量第一数值；当扭矩数据变为达不到预设数值时，处理器判定动力头钻孔结束，此时记录推进油缸活塞推进量第二数值。
步骤S5、计算推进量第一数值与第二数值之间的距离，即为钻孔进给量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的使用方法，其特征在于，所述用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置应用在使用推进油缸进给结构的钻机上，所述钻机包括有推进油缸、基板、马达和动力头，所述推进油缸固定设置，所述基板与所述推进油缸的活塞联动，所述马达固定安装在基板上，所述马达的输出轴与动力头联动，所述用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置包括：
推进量测量装置，所述推进量测量装置设置在推进油缸上，用于测量推进油缸活塞的推进量，所述推进量测量装置设有第一信号输出端，所述第一信号输出端用于将所测量的推进量信号输出；
动力头扭矩监测装置，所述动力头扭矩监测装置设置在马达输出端的传动轴上，用于监测钻机输出端传动轴的扭矩，所述动力头扭矩监测装置设有第二信号输出端，所述第二信号输出端用于将所监测的扭矩信号输出；
处理器，所述处理器分别通过导线连接至所述第一信号输出端和所述第二信号输出端，用于收集并处理所述推进量测量装置的推进量信号和所述动力头扭矩监测装置的扭矩信号，计算钻机钻孔的进给量；
所述推进量测量装置包括：
敏感元件，所述敏感元件呈杆状，沿轴向插入所述推进油缸，所述推进油缸的两端均设有通孔，一端用于穿过活塞杆，另一端用于穿过敏感元件，所述敏感元件与推进油缸的缸体密封固定连接，所述第一信号输出端设置在敏感元件的端部；
磁环，所述磁环固定设置在推进油缸的活塞上；
所述敏感元件用于在活塞运动时感应磁环所在位置，从而得到推进量信号；
所述敏感元件包括有大端和小端，所述大端设置在推进油缸外部，所述小端从推进油缸的通孔沿轴向穿入推进油缸，所述活塞端面设沉孔，所述小端与所述沉孔滑动连接；
所述敏感元件为磁致伸缩线性位移传感器，敏感元件通过螺纹与推进油缸密封连接；
所述动力头扭矩监测装置包括：
第一联轴器，所述第一联轴器固定设置在钻机输出端传动轴末端、并与所述钻机输出端传动轴末端垂直连接；
扭矩传感器，所述扭矩传感器设置在所述第一联轴器下方、且与所述第一联轴器刚性连接，用于监测钻机输出端传动轴的扭矩，所述第二信号输入端连接至扭矩传感器的信号输出端；
第二联轴器，所述第二联轴器设置在所述扭矩传感器的下方、且与所述扭矩传感器刚性连接，所述第二联轴器下方固定垂直连接有动力头；
所述钻机输出端传动轴、扭矩传感器和动力头均同轴设置；
钻机钻孔时，通过磁致伸缩线性位移传感器获取推进油缸活塞的推进量数据；
钻机钻孔时，通过扭矩传感器获取动力头的扭矩数据；
推进量数据和扭矩数据发送至处理器；
当扭矩数据达到预设数值时，处理器判定动力头开始钻孔，此时记录推进油缸活塞推进量第一数值；当扭矩数据变为达不到预设数值时，处理器判定动力头钻孔结束，此时记录推进油缸活塞推进量第二数值；
计算推进量第一数值与第二数值之间的距离，即为钻孔进给量。
2.如权利要求1所述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的使用方法，其特征在于，所述动力头扭矩监测装置还包括：
信号放大器，所述信号放大器设置在扭矩传感器的信号输出端，用于将扭矩传感器的扭矩信号放大；
A/D转换器，所述A/D转换器的信号输入端连接至信号放大器的信号输出端，所述第二信号输出端为A/D转换器的信号输出端，A/D转换器用于将扭矩信号进行A/D转换后通过导线发送给处理器。
3.如权利要求2所述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的使用方法，其特征在于，所述用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置还包括：
无线发射装置，所述无线发射装置与处理器的信号输出端连接，用于将处理器信号发送至远程终端。
4.如权利要求3所述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的使用方法，其特征在于，所述远程终端设置在地面，所述钻机设置在地下。
5.如权利要求1所述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的使用方法，其特征在于，所述处理器为单片机。
6.如权利要求1所述的用于液压进给结构钻机的钻孔自动计长装置的使用方法，其特征在于，所述推进油缸固定设置在钻机的机架上。
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