CN114659814B - 一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置及液压控制方法 - Google Patents

一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置及液压控制方法 Download PDF

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CN114659814B CN202210176209.8A CN202210176209A CN114659814B CN 114659814 B CN114659814 B CN 114659814B CN 202210176209 A CN202210176209 A CN 202210176209A CN 114659814 B CN114659814 B CN 114659814B
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Abstract

本发明公开了一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置及液压控制方法，其中钻孔机器人用钻进围岩加载装置，包括煤样料槽机构、推移机构、液压加载机构、支撑机构，能够使钻进围岩处于受压状态，且能够实现动载加压和瞬时加压，能够在进行钻进试验时，实现对钻进围岩实现恒定加压、动载加压以及瞬时加压三种受压状态，进而完成能够反应煤矿地质褶皱、构造应力复杂等围压工况的钻进试验。

Description

一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置及液压控制方法
技术领域
本发明涉及钻孔机器人的钻进试验技术领域，具体涉及一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置及液压控制方法。
背景技术
煤矿钻孔机器人在钻进过程中，受到围岩动载荷作用，围岩作用下的钻进特性研究具有重要意义。目前，对于钻孔机器人的钻进特性多采用限定试件、单一围岩压力进行研究，但煤矿钻孔机器人钻进工况为高地应力时，处于动载扰动状态，而钻孔机器人的钻进试验多未施加围压，不能反映煤矿钻孔机器人真实钻进受力情况，所获得钻孔机器人钻进实验结果与真实钻进特性存在出入。
基于上述，亟需一种能够在钻进过程中，使钻进围岩处于受压状态，且钻进围岩受力可动态调整，且能够实现动载加压，进而反映煤矿地质褶皱、构造应力复杂等围压工况的钻进围岩加载装置。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置及液压控制方法，能够实现动载加压，进而完成能够反应煤矿地质褶皱、构造应力复杂等围压工况的钻进试验。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置，包括煤样料槽机构、推移机构、液压加载机构、支撑机构，所述煤样料槽机构用于实现煤料装载，所述推移机构用于实现煤样装载机构的移动，所述支撑机构用于支撑煤样料槽机构、推移机构、液压加载机构，所述液压加载机构包括垂向加载机构、纵向加载机构，所述垂向加载机构用于实现对煤样料槽机构内的煤样进行竖直方向加压，所述纵向加载机构用于实现对煤样料槽机构内的煤样进行纵向加压，所述垂向加载机构上设置有若干能够对煤样进行同时加压或分别加压的加压板。
优选地，所述煤样料槽机构包括料槽、料槽支架、料槽连接压板，所述料槽安装在料槽支架上，所述料槽支架通过推移机构的导轨与支撑机构固定，所述料槽连接压板固定在料槽的一端，所述料槽远离料槽连接压板的一端呈开口状设置。
优选地，所述推移机构包括推移机构底座、推移液压缸、导轨，所述导轨安装在支撑机构的支撑底板上，所述推移液压缸的底座端与推移机构底座固定，所述推移液压缸的伸缩端与煤样料槽机构的料槽支架固定用于推动煤样料槽机构沿着导轨滑动。
优选地，所述支撑底板上设置有与料槽支架对应的限位块。
优选地，所述支撑机构包括支撑顶板、底座支架、支撑底板、法兰、导向柱，所述支撑底板与支撑顶板通过四根导向柱连接，所述导向柱与支撑底板、支撑顶板螺纹连接且所述导向柱伸出支撑底板、支撑顶板的部分设置有紧固用螺纹法兰，所述支撑底板与底座支架焊接固定。
优选地，所述垂向加载机构包括两个加压板，每个加压板连接有一个垂向加载液压缸，所述垂向加载液压缸竖直安装在支撑机构的支撑顶板上，每个加压板上设置有4个与支撑顶板对应的导向轴；所述纵向加载机构包括对应安装在煤样料槽机构的料槽两侧面的纵向加载液压缸，所述纵向加载液压缸的伸缩端固定有与料槽开口端对应的料槽活动压板。
本发明还提供了一种上述装置的液压控制方法，具体包括以下步骤：
(1)料槽机构上料：压力油由进油口进入比例换向阀1b，此时，比例换向阀1b右侧比例电磁铁得电，比例换向阀1b工作在右位，压力油经液控单向阀3b进入到液压缸5c右腔，推动料槽机构沿导轨左移，左移至左侧的限位块时，停止移动，开始上料；上料结束后，比例换向阀1b左侧比例电磁铁得电，比例换向阀工作在左位，压力油通过其阀口进入到液压缸5c左腔，推动料槽机构沿导轨右移至右侧的限位块时，停止移动；此时，料槽机构位置处于加压位置；
(2)垂向、纵向加压：当料槽机构到达制步骤(1)的加压位置后，垂向加载机构中比例换向阀1a左侧电磁铁得电，使其工作在左位；比例换向阀1c右侧比例电磁铁得电，使其工作在右位，压力油经过液控单向阀3a、3c进入到液压缸5a、5b的上腔，同时推动加压板下移或分别推动加压板下移，实现对料槽内的煤料的垂向加压；纵向加载机构中比例换向阀1d、1e右侧比例电磁铁得电，使其工作在右位，压力油通过换向元件经液控单向阀3d、3e进入液压缸5d、5e右腔，同时推动料槽活动压板纵向移动，对料槽内的煤料进行纵向加压；由压力传感器6a、6b、6d、6e给控制器反馈压力值，当垂向和纵向回路压力到达设定值时，比例溢流阀2a、2c、2d、2e中的比例电磁铁便会得电，回路中多余压力油通过比例溢流阀2a、2c、2d、2e流入油箱，对回路压力进行卸压，使回路压里保持在定值；根据换向元件和溢流阀输入信号的连续性，对围岩压力进行动态调整；当蓄能器8a、8c充能结束后，电磁换向阀9a、9c电磁铁通电，此时，换向阀工作在左位，蓄能器中的压力瞬时释放，施加在液压缸上，对料槽机构中煤料进行瞬时加压，用于模拟在钻进围岩中压力突变的情况；在对受到恒定压力、动态调整压力、压力突变三种压力状态情况下的钻进围岩进行钻孔机器人的钻进试验；
(3)卸压：在步骤(2)的实验完成后，垂向加载机构中比例换向阀1a工作在右位，比例换向阀1c工作在左位，压力油经换向元件进入液压缸5a、5b下腔，推动液压缸上移，直至复位；纵向加载机构中比例换向阀1d、1e工作在左位，压力油经过换向元件进入液压缸5d、5e右腔，推动液压缸右移至复位，此时，卸压完成；
(4)料槽机构卸料：在步骤(3)泄压完成后，比例换向阀1b工作在右位，压力油经换向元件进入液压缸5c右腔，推动液压缸左移至限位位置，完成卸料。
本发明的有益效果在于：
本发明能够使钻进围岩处于受压状态，且能够实现动载加压和瞬时加压，能够在进行钻进试验时，实现对钻进围岩实现恒定加压、动载加压以及瞬时加压三种受压状态，进而完成能够反应煤矿地质褶皱、构造应力复杂等围压工况的钻进试验。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明加载装置的液压系统原理图；
图2为本发明加载装置的结构示意图；
图3为本发明加载装置的工作流程示意图。
附图标记说明：
1、底座支架；2、支撑底板；3、料槽支架；4、纵向加载液压缸；5、料槽活动压板；6、料槽；7、导向柱；8、支撑顶板；9、垂向加载液压缸；10、导向轴；11、法兰；12、加压板；13、推移液压缸；14、推移机构底座；15、导轨；16、限位块；17、料槽连接压板；1a、1b、1c、1d、1e、比例换向阀；2a、2b、2c、2d、2e、比例溢流阀；3a、3b、3c、3d、3e、液控单向阀；5a、5b、5c、5d、5e、液压缸；6a、6b、6d、6e、压力传感器；8a、8c蓄能器；9a、9c电磁换向阀。
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。
如图1至图3所示，本实施例提供一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置及液压控制方法。
如图2所示，本实施例的一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置，包括煤样料槽机构、推移机构、液压加载机构、支撑机构，所述煤样料槽机构用于实现煤料装载，所述推移机构用于实现煤样装载机构的移动，所述支撑机构用于支撑煤样料槽机构、推移机构、液压加载机构，所述液压加载机构包括垂向加载机构、纵向加载机构，所述垂向加载机构用于实现对煤样料槽机构内的煤样进行竖直方向加压，所述纵向加载机构用于实现对煤样料槽机构内的煤样进行纵向加压，所述垂向加载机构上设置有若干能够对煤样进行同时加压或分别加压的加压板12，所述垂向加载机构、纵向加载机构通过液压系统控制能够实现对煤样料槽机构内的煤样进行恒力、压力调整、压力突变三种状态试压。
所述煤样料槽机构包括料槽6、料槽支架3、料槽连接压板17，所述料槽6安装在料槽支架3上，所述料槽支架3通过推移机构的导轨15与支撑机构固定，所述料槽连接压板17固定在料槽6的一端，所述料槽6远离料槽连接压板17的一端呈开口状设置。
所述推移机构包括推移机构底座14、推移液压缸13、导轨15，所述导轨15安装在支撑机构的支撑底板2上，所述推移液压缸13的底座端与推移机构底座14固定，所述推移液压缸13的伸缩端与煤样料槽机构的料槽支架3固定用于推动煤样料槽机构沿着导轨15滑动。
所述支撑底板2上设置有与料槽支架3对应的限位块16，限位块16对应布置在支撑底板2的左、右两端用于限制料槽支架3的移动。
所述支撑机构包括支撑顶板8、底座支架1、支撑底板2、法兰11、导向柱7，所述支撑底板2与支撑顶板8通过四根导向柱7连接，所述导向柱7与支撑底板2、支撑顶板8螺纹连接且所述导向柱7伸出支撑底板2、支撑顶板8的部分设置有紧固用螺纹法兰11，所述支撑底板2与底座支架1焊接固定。
所述垂向加载机构包括两个加压板12，每个加压板12连接有一个垂向加载液压缸9，所述垂向加载液压缸9竖直安装在支撑机构的支撑顶板8上，每个加压板12上设置有4个与支撑顶板8对应的导向轴10；所述纵向加载机构包括对应安装在煤样料槽机构的料槽6两侧面的纵向加载液压缸4，所述纵向加载液压缸4的伸缩端固定有与料槽6开口端对应的料槽活动压板5。
本实施例的底座支架1、支撑底板2、料槽支架3、纵向加载液压缸4、料槽活动压板5、料槽6、导向柱7、支撑顶板8、垂向加载液压缸9、导向轴10、法兰11、加压板12、推移液压缸13、推移机构底座14、导轨15、限位块16、料槽连接压板17采用本领域技术人员所熟知的现有产品或结构，其相互之间的连接方式也采用本领域技术人员所熟知的现有连接方式，在此不再作详细描述。
本实施例的液压系统如图1所示，本实施例的液压系统采用本领域技术人员所熟知的现有控制器控制；液压缸5a、5b对应垂向加载液压缸9；液压缸5c对应推移液压缸13；液压缸5d、5e对应纵向加载液压缸4。
本实施例提供的一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置的液压控制方法，包括以下步骤：
1、料槽机构上料：压力油由进油口Ps进入比例换向阀1b，此时，比例换向阀1b右侧比例电磁铁得电，比例换向阀1b工作在右位，压力油经液控单向阀3b进入到液压缸5c右腔，推动料槽机构沿导轨15左移，左移至左侧的限位块16时，停止移动，开始上料；上料结束后，比例换向阀1b左侧比例电磁铁得电，比例换向阀工作在左位，压力油通过其阀口进入到液压缸5c左腔，推动料槽机构沿导轨15右移至右侧的限位块16时，停止移动；此时，料槽机构位置处于加压位置；
2、垂向、纵向加压：当料槽机构到达制步骤1的加压位置后，垂向加载机构中比例换向阀1a左侧电磁铁得电，使其工作在左位；比例换向阀1c右侧比例电磁铁得电，使其工作在右位，压力油经过液控单向阀3a、3c进入到液压缸5a、5b的上腔，同时推动加压板12下移或分别推动加压板12下移，实现对料槽6内的煤料的垂向加压；纵向加载机构中比例换向阀1d、1e右侧比例电磁铁得电，使其工作在右位，压力油通过换向元件经液控单向阀3d、3e进入液压缸5d、5e右腔，同时推动料槽活动压板5纵向移动，对料槽6内的煤料进行纵向加压；由压力传感器6a、6b、6d、6e给控制器反馈压力值，当垂向和纵向回路压力到达设定值时，比例溢流阀2a、2c、2d、2e中的比例电磁铁便会得电，回路中多余压力油通过比例溢流阀2a、2c、2d、2e流入油箱，对回路压力进行卸压，使回路压力保持在定值；根据换向元件和溢流阀输入信号的连续性，对围岩压力进行动态调整；当蓄能器8a、8c充能结束后，电磁换向阀9a、9c电磁铁通电，此时，换向阀工作在左位，蓄能器中的压力瞬时释放，施加在液压缸上，对料槽机构中煤料进行瞬时加压，用于模拟在钻进围岩中压力突变的情况，对受到恒定压力、动态调整压力、压力突变三种压力状态情况下的钻进围岩进行钻孔机器人的钻进试验；
通过压力传感器6a、6b、6d、6e给控制器反馈压力值，当垂向和纵向回路压力到达设定值时，比例溢流阀2a、2c、2d、2e中的比例电磁铁便会得电，回路中多余压力油通过比例溢流阀2a、2c、2d、2e流入油箱，对回路压力进行卸压，使回路压力保持在定值，此时钻进围岩处于恒定压力受力状态；
通过控制器控制换向元件和溢流阀输入信号的连续性，进而可以很好的调整液压缸的动作动态及频率，从而达到动态调整压力的状态；
当蓄能器8a、8c充能结束后，电磁换向阀9a、9c电磁铁通电，此时，换向阀工作在左位，蓄能器中的压力瞬时释放，施加在液压缸上，对料槽机构中煤料进行瞬时加压，此时为钻进围岩中压力突变状态；
钻孔机器人的钻进试验采用本领域技术人员所熟知的现有试验方法，在此不作详细描述；
3、卸压：在步骤2的实验完成后，垂向加载机构中比例换向阀1a工作在右位，比例换向阀1c工作在左位，压力油经换向元件进入液压缸5a、5b下腔，推动液压缸上移，直至复位；纵向加载机构中比例换向阀1d、1e工作在左位，压力油经过换向元件进入液压缸5d、5e右腔，推动液压缸右移至复位，此时，卸压完成；
4、料槽机构卸料：在步骤3泄压完成后，比例换向阀1b工作在右位，压力油经换向元件进入液压缸5c右腔，推动液压缸左移至限位位置，完成卸料。
本实施例的比例换向阀1a、1b、1c、1d、1e、比例溢流阀2a、2b、2c、2d、2e、液控单向阀3a、3b、3c、3d、3e、液压缸5a、5b、5c、5d、5e、压力传感器6a、6b、6d、6e、蓄能器8a、8c、电磁换向阀9a、9c、控制器采用本领域技术人员所熟知的现有产品或结构，其相互之间的连接方式采用本领域技术人员所熟知的现有连接方式，在此不再作详细描述。
本实施例能够使钻进围岩处于受压状态，且能够实现动载加压和瞬时加压，能够在进行钻进试验时，实现对钻进围岩实现恒定加压、动载加压以及瞬时加压三种受压状态，进而完成能够反应煤矿地质褶皱、构造应力复杂等围压工况的钻进试验
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。。

Claims (4)

1.一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置，其特征在于，包括煤样料槽机构、推移机构、液压加载机构、支撑机构，所述煤样料槽机构用于实现煤料装载，所述推移机构用于实现煤样装载机构的移动，所述支撑机构用于支撑煤样料槽机构、推移机构、液压加载机构，所述液压加载机构包括垂向加载机构、纵向加载机构，所述垂向加载机构用于实现对煤样料槽机构内的煤样进行竖直方向加压，所述纵向加载机构用于实现对煤样料槽机构内的煤样进行纵向加压，所述垂向加载机构上设置有若干能够对煤样进行同时加压或分别加压的加压板(12)，所述垂向加载机构、纵向加载机构通过液压系统控制能够实现对煤样料槽机构内的煤样进行恒力、压力调整、压力突变三种状态试压；
所述推移机构包括推移机构底座(14)、推移液压缸(13)、导轨(15)，所述导轨(15)安装在支撑机构的支撑底板(2)上，所述推移液压缸(13)的底座端与推移机构底座(14)固定，所述推移液压缸(13)的伸缩端与煤样料槽机构的料槽支架(3)固定用于推动煤样料槽机构沿着导轨(15)滑动；所述支撑底板(2)上设置有与料槽支架(3)对应的限位块(16)；
钻孔机器人用钻进围岩加载装置的液压控制方法，包括以下步骤：
(1)料槽机构上料：压力油由进油口(Ps)进入比例换向阀(1b)，此时，比例换向阀(1b)右侧比例电磁铁得电，比例换向阀(1b)工作在右位，压力油经液控单向阀(3b)进入到液压缸(5c)右腔，推动料槽机构沿导轨(15)左移，左移至左侧的限位块(16)时，停止移动，开始上料；上料结束后，比例换向阀1b左侧比例电磁铁得电，比例换向阀工作在左位，压力油通过其阀口进入到液压缸(5c)左腔，推动料槽机构沿导轨(15)右移至右侧的限位块(16)时，停止移动；此时，料槽机构位置处于加压位置；
(2)垂向、纵向加压：当料槽机构到达制步骤(1)的加压位置后，垂向加载机构中比例换向阀(1a)左侧电磁铁得电，使其工作在左位；比例换向阀(1c)右侧比例电磁铁得电，使其工作在右位，压力油经过液控单向阀(3a、3c)进入到液压缸(5a、5b)的上腔，同时推动加压板(12)下移或分别推动加压板(12)下移，实现对料槽(6)内的煤料的垂向加压；纵向加载机构中比例换向阀(1d、1e)右侧比例电磁铁得电，使其工作在右位，压力油通过换向元件经液控单向阀(3d、3e)进入液压缸(5d、5e)右腔，同时推动料槽活动压板(5)纵向移动，对料槽(6)内的煤料进行纵向加压；由压力传感器(6a、6b、6d、6e)给控制器反馈压力值，当垂向和纵向回路压力到达设定值时，比例溢流阀(2a、2c、2d、2e)中的比例电磁铁便会得电，回路中多余压力油通过比例溢流阀(2a、2c、2d、2e)流入油箱，对回路压力进行卸压，使回路压里保持在定值；根据换向元件和溢流阀输入信号的连续性，对围岩压力进行动态调整；当蓄能器(8a、8c)充能结束后，电磁换向阀(9a、9c)电磁铁通电，此时，换向阀工作在左位，蓄能器中的压力瞬时释放，施加在液压缸上，对料槽机构中煤料进行瞬时加压，用于模拟在钻进围岩中压力突变的情况，对受到恒定压力、动态调整压力、压力突变三种压力状态情况下的钻进围岩进行钻孔机器人的钻进试验；
(3)卸压：在步骤(2)的实验完成后，垂向加载机构中比例换向阀(1a)工作在右位，比例换向阀(1c)工作在左位，压力油经换向元件进入液压缸(5a、5b)下腔，推动液压缸上移，直至复位；纵向加载机构中比例换向阀(1d、1e)工作在左位，压力油经过换向元件进入液压缸(5d、5e)右腔，推动液压缸右移至复位，此时，卸压完成；
(4)料槽机构卸料：在步骤(3)泄压完成后，比例换向阀(1b)工作在右位，压力油经换向元件进入液压缸(5c)右腔，推动液压缸左移至限位位置，完成卸料。
2.如权利要求1所述的一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置，其特征在于，所述煤样料槽机构包括料槽(6)、料槽支架(3)、料槽连接压板(17)，所述料槽(6)安装在料槽支架(3)上，所述料槽支架(3)通过推移机构的导轨(15)与支撑机构固定，所述料槽连接压板(17)固定在料槽(6)的一端，所述料槽(6)远离料槽连接压板(17)的一端呈开口状设置。
3.如权利要求1所述的一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置，其特征在于，所述支撑机构包括支撑顶板(8)、底座支架(1)、支撑底板(2)、法兰(11)、导向柱(7)，所述支撑底板(2)与支撑顶板(8)通过四根导向柱(7)连接，所述导向柱(7)与支撑底板(2)、支撑顶板(8)螺纹连接且所述导向柱(7)伸出支撑底板(2)、支撑顶板(8)的部分设置有紧固用螺纹法兰(11)，所述支撑底板(2)与底座支架(1)焊接固定。
4.如权利要求1所述的一种钻孔机器人用钻进围岩加载装置，其特征在于，所述垂向加载机构包括两个加压板(12)，每个加压板(12)连接有一个垂向加载液压缸(9)，所述垂向加载液压缸(9)竖直安装在支撑机构的支撑顶板(8)上，每个加压板(12)上设置有4个与支撑顶板(8)对应的导向轴10)；所述纵向加载机构包括对应安装在煤样料槽机构的料槽(6)两侧面的纵向加载液压缸(4)，所述纵向加载液压缸(4)的伸缩端固定有与料槽(6)开口端对应的料槽活动压板(5)。
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