CN112554883B - 一种竖井掘进设备、掘进动力系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竖井掘进设备、掘进动力系统及控制方法，掘进动力系统包括用以设于固定机架的推进装置和下放装置，所述推进装置装设有用以接触推动掘进机主体的活塞杆，所述下放装置装设有用以吊装下放掘进机主体的钢绞线。上述掘进动力系统采用钢绞线下放和活塞杆推进结合的方式，使下放和推进的力同步作用在设备上，降低钢绞线受力，减少内部无用功，降低能量损失；当整机设备较轻时，通过推进施加一定的推进力，增加推进速度，当整机设备较重时，通过下放施加一定的下放力，降低设备连接部位受力，提高可靠性。

Description

一种竖井掘进设备、掘进动力系统及控制方法

技术领域

本发明涉及竖井掘进技术领域，特别涉及一种竖井掘进设备。还涉及一种掘进动力系统。另外涉及一种掘进动力系统的控制方法。

背景技术

在竖井掘进机的增压推进的掘进过程中，主要包括钢绞线下放和油缸推进两种方式。

大部分推进形式采用如图3所示的钢绞线装置21对主机设备20的下放，其主机设备20通过钢绞线装置21固定，当需要掘进时候通过钢绞线装置21主动下放掘进即可，其掘进过程的推进力靠主机设备20的重力。采用该种方式施工时，钢绞线装置21提着主机设备20慢慢下放掘进，初始掘进时由于主机设备20的自重较轻，导致推进力较小，掘进速度较慢；若主机设备20增加配重提高自重进而提高掘进速度，会导致成本的增加，且后期由于施工过程中自重慢慢增加，重量过大会造成设备连接部位安全系数降低，进而损坏设备。

少部分推进形式采用如图4所示的推进油缸22依靠撑靴油缸23与洞壁摩擦力提供推进力方式掘进，撑靴油缸23撑紧洞壁，推进油缸22连接主机设备20和撑靴油缸23，推进油缸22依靠撑靴油缸23与洞壁摩擦力，往下拉着主机设备20掘进，撑靴油缸23在洞壁的摩擦力提供推进反力。采用该种方式施工时，需要依靠撑靴油缸23与洞壁的摩擦力，在富水地层和破碎带地层由于其摩擦系数较低、接地比压较小，导致无法提供足够的推进力，严重时导致设备停机，无法掘进。

因此，如何能够提供给一种既可以在前期自重较轻时增加推进速度又可以防止自重过大造成损坏的掘进动力系统是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种掘进动力系统，采用钢绞线下放和活塞杆推进结合的方式，使下放和推进的力同步作用在设备上，降低钢绞线受力，减少内部无用功，降低能量损失；当整机设备较轻时，通过推进施加一定的推进力，增加推进速度，当整机设备较重时，通过下放施加一定的下放力，降低设备连接部位受力，提高可靠性。本发明的另一目的是提供一种竖井掘进设备。本发明的再一目的是提供一种掘进动力系统的控制方法。

为实现上述目的，本发明提供一种掘进动力系统，包括用以设于固定机架的推进装置和下放装置，所述推进装置装设有用以接触推动掘进机主体的活塞杆，所述下放装置装设有用以吊装下放掘进机主体的钢绞线。

优选地，包括用以控制所述推进装置和所述下放装置实现掘进机主体的掘进的控制部。

优选地，所述推进装置和所述下放装置具体为油缸。

优选地，所述控制部包括液压泵站、第一控制阀组和第二控制阀组，所述液压泵站分别连接所述第一控制阀组和所述第二控制阀组，所述第一控制阀组和所述第二控制阀组分别与所述推进装置和所述下放装置的油缸连接。

优选地，所述控制部包括分别设于所述第一控制阀组和所述下放装置之间以及所述第二控制阀组和所述推进装置之间的两组传感器。

优选地，第一组所述传感器包括分别用以检测所述下放装置的油缸的有杆腔压力和无杆腔压力的第一压力传感器和第二压力传感器，第二组所述传感器包括分别用以检测所述推进装置的油缸的有杆腔压力和无杆腔压力的第三压力传感器和第四压力传感器。

本发明还提供一种竖井掘进设备，包括掘进机主体、固定机架以及如上述任一项所述的掘进动力系统，所述固定机架用以位于井上，所述掘进机主体用以位于井下，所述掘进动力系统设于所述固定机架，所述掘进动力系统连接所述掘进机主体。

本发明还提供一种掘进动力系统的控制方法，应用于如上述任一项所述的掘进动力系统，包括，

同步复合控制所述推进装置和所述下放装置：使得所述推进装置驱动所述活塞杆，所述活塞杆以实现推动掘进机主体；使得所述下放装置驱动所述钢绞线，所述钢绞线以实现下放掘进机主体。

优选地，所述使得所述推进装置驱动所述活塞杆的步骤之前，还包括：

检测所述下放装置的无杆腔压力和有杆腔压力；

计算得到所述钢绞线受力和所述下放装置的下放压力；

设置所述下放装置的下放速度和所述推进装置的推进速度。

优选地，所述下放速度大于所述推进速度。

相对于上述背景技术，本发明所提供的掘进动力系统包括推进装置和下放装置，推进装置和下放装置设于固定机架，推进装置装设有活塞杆，下放装置装设有钢绞线，活塞杆接触掘进机主体，钢绞线吊装掘进机主体；在使用时，推进装置驱动活塞杆，使得活塞杆推动掘进机主体，进而实现掘进机主体的掘进；下放装置驱动钢绞线，使得钢绞线下放掘进机主体，进而实现掘进机主体的掘进；两种掘进的方式同步复合进行，该掘进动力系统采用钢绞线下放和活塞杆推进结合的方式，使下放和推进的力同步作用在设备上，降低钢绞线受力，减少内部无用功，降低能量损失；当整机设备较轻时，通过推进施加一定的推进力，增加推进速度，当整机设备较重时，通过下放施加一定的下放力，降低设备连接部位受力，提高可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的竖井掘进设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的竖井掘进设备的控制示意图；

图3为第一种现有技术的竖井掘进设备的结构示意图；

图4为第二种现有技术的竖井掘进设备的结构示意图。

其中：

1-掘进机主体、2-固定机架、3-推进装置、4-活塞杆、5-下放装置、6-钢绞线、7-液压泵站、8-第一控制阀组、9-第二控制阀组、10-第一压力传感器、11-第二压力传感器、12-第三压力传感器、13-第四压力传感器、20-主机设备、21-钢绞线装置、22-推进油缸、23-撑靴油缸。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图4，其中，图1为本发明实施例提供的竖井掘进设备的结构示意图，图2为本发明实施例提供的竖井掘进设备的控制示意图，图3为第一种现有技术的竖井掘进设备的结构示意图，图4为第二种现有技术的竖井掘进设备的结构示意图。

在第一种具体的实施方式中，本发明所提供的掘进动力系统主要包括推进装置3和下放装置5，推进装置3和下放装置5装设固定于竖井掘进设备的固定机架2，推进装置3装设有活塞杆4，下放装置5装设有钢绞线6，推进装置3动作时活塞杆4接触推动竖井掘进设备的掘进机主体1进行推动时的掘进，下放装置5动作时钢绞线6吊装下放竖井掘进设备的掘进机主体1进行下放时的掘进。

在本实施例中，推进装置3和下放装置5提供不同方式的力。采用同步复合动作的方式，使下放和推进的力同步作用在掘进机主体1上。换句话说，该实施例相当于结合了现有技术中如图3所示的下放方式和如图4所示的推进方式，兼具二者的有益效果：当整机设备较轻时，通过推进施加一定的推进力，增加推进速度；当整机设备较重时，通过下放施加一定的下放力，降低设备连接部位受力，提高可靠性。因此，该掘进动力系统采用结合活塞杆4推进和钢绞线6下放的复合掘进方式，具有降低钢绞线6受力、减少内部无用功以及降低能量损失的特点。

除此以外，还包括控制部，控制部分别与推进装置3和下放装置5相连，通过控制部控制推进装置3对活塞杆4的驱动效果以及下放装置5对钢绞线6的驱动效果，如推进或下放的速度、力等；其中，推进装置3和下放装置5的设置形式包括但不限于电路、液路或气路的驱动控制，如油缸、电机等，同应属于本实施例的说明范围。

示例性的，推进装置3和下放装置5具体为油缸，此时推进装置3相当于图4中的推进油缸22，推进油缸22的杆部也即活塞杆4进行驱动实现推进；下放装置5相当于图3中钢绞线装置21的钢绞线油缸，钢绞线油缸的杆部安装固定钢绞线6进行驱动实现下放。

更进一步的，推进装置3和下放装置5的数量均设置为多组；优选地，推进装置3和下放装置5均采用两组对称设置的方式，此时两组下放装置5的钢绞线油缸位于外侧两边，通过钢绞线6下放掘进机主体1的外侧两边，而两组推进装置3的推进油缸22位于内侧两边，通过活塞杆4推进掘进机主体1的内侧两边。

在本实施例中，推进装置3的油缸包括装配活塞杆4的推进油缸缸筒，推进油缸缸筒装配固定于固定机架2，活塞杆4的端部与掘进机主体1未固定；钢绞线6装配在下放装置5的油缸上，油缸装配固定于固定机架2，可以实现钢绞线6的下放及换步动作。

进一步的，控制部包括液压泵站7、第一控制阀组8和第二控制阀组9，液压泵站7分别连接第一控制阀组8和第二控制阀组9，第一控制阀组8和第二控制阀组9分别与推进装置3和下放装置5的油缸连接。

在本实施例中，液压泵站7提供两个油缸的动力，通过液压泵站7实现对两个控制阀组的调速调压；控制阀组控制两个油缸的速度和力，通过两个控制阀组分别实现对推进装置3和下放装置5的油缸的控制调整。

除此以外，控制部还包括传感器，在第一控制阀组8和下放装置5之间以及第二控制阀组9和推进装置3之间分别设有两组传感器，传感器可实时检测推进装置3和下放装置5的状态参数并反馈至相应的控制阀组，以便于液压泵站7根据状态参数的变化以调整对推进装置3和下放装置5的控制。

进一步的，第一组传感器包括第一压力传感器10和第二压力传感器11，第一压力传感器10的作用在于检测下放装置5的油缸的有杆腔压力，而第二压力传感器11的作用在于检测下放装置5的油缸的无杆腔压力；与此类似的，第二组传感器包括第三压力传感器12和第四压力传感器13，第三压力传感器12的作用在于检测推进装置3的油缸的有杆腔压力，而第四压力传感器13的作用在于检测推进装置3的油缸的无杆腔压力。根据上述下放装置5的油缸的两个压力计算得到下放装置5的油缸的压力参数，根据上述推进装置3的油缸的两个压力计算得到推进装置3的油缸的压力参数，根据上述两个压力参数进一步实现对推进装置3和下放装置5的控制。具体而言，根据压力参数可判断钢绞线6受力，并通过钢绞线6受力控制下放装置5下降压力。

本发明还提供一种竖井掘进设备，包括掘进机主体1、固定机架2以及上述掘进动力系统，应具有上述掘进动力系统的全部有益效果。

具体而言，固定机架2位于井上，主要提供推进装置3的油缸反力及设备的重力；掘进机主体1位于井下，掘进机主体1是竖井设备的开挖及附属部件，主要功能为破岩及调向附属装置；掘进动力系统设于固定机架2，掘进动力系统连接掘进机主体1。

其中，钢绞线6一端固定在下放装置5上、另一端固定在掘进机主体1上，通过钢绞线6吊起竖井设备，提供下放力；活塞杆4一端固定在推进装置3上、另一端接触但不固定掘进机主体1，通过活塞杆4推进竖井设备，提供推进力。该采用上述掘进动力系统的竖井掘进设备可以在设备自重较轻时增加推进速度，又可以防止自重过大造成损坏。

本发明还提供一种掘进动力系统的控制方法，应用于上述掘进动力系统，包括，同步复合控制推进装置3和下放装置5：使得推进装置3驱动活塞杆4，活塞杆4以实现推动掘进机主体1；使得下放装置5驱动钢绞线6，钢绞线6以实现下放掘进机主体1。

其中，使得推进装置3驱动活塞杆4的步骤之前，还包括：检测下放装置5的无杆腔压力和有杆腔压力；计算得到钢绞线6受力和下放装置5的下放压力；设置下放装置5的下放速度和推进装置3的推进速度。

在本实施例中，通过钢绞线6受力计算下放装置5的油缸下放压力，此先导压力保证下放装置5的油缸无法自动下放，但可以降低平衡阀的设置值。其中，钢绞线6下放速度设置在固定速度Xmm/min，根据实际竖井设备的情况设置大概的掘进机速度；根据钢绞线6下放速度，程序自动设置推进装置3的油缸速度为Ymm/min，需保证X大于Y，此时通过改变设置推进装置3的油缸压力即可控制掘进机的下放速度。

其中，下放速度大于推进速度；示例性的，Y＝0.8X，通过控制下放装置5的油缸下放速度和下放压力来降低推进装置3的油缸推进力并控制推进速度。

此技术方案同时具备下放动作及推进动作的两种推进模式，能更广泛的应用于各种复杂地层，提高了设备的适应性；可以根据推进的油缸和钢绞线6的不同选择，来适应不同的地层。

而控制方法可以降低下放和推进动作复合控制设备推进过程中钢绞线6的受力，提高了安全性、可靠性；钢绞线6下放力控制降低推进力，可以降低能耗，提高效率，降低能耗；自动通过设置值和检测值来调整推进装置3速度、钢绞线6下放压力，操作更加简便。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的竖井掘进设备、掘进动力系统及控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种掘进动力系统，其特征在于，包括用以设于固定机架（2）的推进装置（3）和下放装置（5），所述推进装置（3）装设有用以接触推动掘进机主体（1）的活塞杆（4），所述下放装置（5）装设有用以吊装下放掘进机主体（1）的钢绞线（6）；还包括用以控制所述推进装置（3）和所述下放装置（5）实现掘进机主体（1）的掘进的控制部；所述控制部包括液压泵站（7）、第一控制阀组（8）和第二控制阀组（9），所述液压泵站（7）分别连接所述第一控制阀组（8）和所述第二控制阀组（9），所述第一控制阀组（8）和所述第二控制阀组（9）分别与所述推进装置（3）和所述下放装置（5）的油缸连接；所述控制部还包括分别设于所述第一控制阀组（8）和所述下放装置（5）之间以及所述第二控制阀组（9）和所述推进装置（3）之间的两组传感器；第一组所述传感器包括分别用以检测所述下放装置（5）的油缸的有杆腔压力和无杆腔压力的第一压力传感器（10）和第二压力传感器（11），第二组所述传感器包括分别用以检测所述推进装置（3）的油缸的有杆腔压力和无杆腔压力的第三压力传感器（12）和第四压力传感器（13）。

2.一种竖井掘进设备，其特征在于，包括掘进机主体（1）、固定机架（2）以及如权利要求1所述的掘进动力系统，所述固定机架（2）用以位于井上，所述掘进机主体（1）用以位于井下，所述掘进动力系统设于所述固定机架（2），所述掘进动力系统连接所述掘进机主体（1）。

3.一种掘进动力系统的控制方法，应用于如权利要求1所述的掘进动力系统，其特征在于，包括，

同步复合控制所述推进装置（3）和所述下放装置（5）：使得所述推进装置（3）驱动所述活塞杆（4），所述活塞杆（4）以实现推动掘进机主体（1）；使得所述下放装置（5）驱动所述钢绞线（6），所述钢绞线（6）以实现下放掘进机主体（1）。

4.根据权利要求3所述的掘进动力系统的控制方法，其特征在于，所述使得所述推进装置（3）驱动所述活塞杆（4）的步骤之前，还包括：

检测所述下放装置（5）的无杆腔压力和有杆腔压力；

计算得到所述钢绞线（6）受力和所述下放装置（5）的下放压力；

设置所述下放装置（5）的下放速度和所述推进装置（3）的推进速度。

5.根据权利要求4所述的掘进动力系统的控制方法，其特征在于，所述下放速度大于所述推进速度。

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