CN115199206A - 一种数字化便携式全液压岩心钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化便携式全液压岩心钻机，包括有钻架、卷扬机、供油箱、发动机、操作台、泥浆泵、泥浆池、数据采集系统和控制系统，其中钻架、卷扬机、供油箱、发动机、操作台、泥浆泵和泥浆池均集成在底座上，钻架上设置有动力头和油缸，油缸与动力头相连接，油缸为动力头提供液压动力，数据采集系统和控制系统分别与发动机、操作台、泥浆泵和动力头相连接，发动机、操作台、泥浆泵和动力头的工作参数能够实时传输到数据采集系统，数据采集系统和控制系统相连接，发动机、操作台、泥浆泵和动力头由控制系统控制工作。有益效果：具有数字化、智能化特点，解决了现有钻机不能实时记录并显示钻进过程连续数据等问题。

Description

一种数字化便携式全液压岩心钻机

技术领域

本发明涉及一种岩心钻机，特别涉及一种数字化便携式全液压岩心钻机。

背景技术

目前，钻探方法是应用最为广泛的工程勘察手段，通过钻探获取地下岩土体样本，进行分析试验能够得到较高精度数据及确切地层信息。目前工程勘察领域常用的钻探设备主要有立轴式钻机以及全液压钻机，其中立轴式钻机属于上世纪的产品，在钻探技术指标、施工质量和适应性等方面都要劣于全液压钻机。目前在发达国家的相关地区，立轴式钻机已经被全液压钻机取代，许多地勘单位也已经拥有了一定数量的全液压动力头钻机。但是目前现有的全液压钻机一般不能在钻进过程中实时记录并显示相关的钻进参数，难以获得连续数据用于后期分析。针对以上问题，亟需设计一种具有多种钻进信息数据采集功能的数字化便携式全液压岩心钻机。

发明内容

本发明的目的是为了有效解决现有全液压钻机不能在钻进过程中实时记录并显示连续数据等问题，而提供的一种数字化便携式全液压岩心钻机。

本发明提供的数字化便携式全液压岩心钻机包括有钻架、卷扬机、供油箱、发动机、操作台、泥浆泵、泥浆池、数据采集系统和控制系统，其中钻架、卷扬机、供油箱、发动机、操作台、泥浆泵和泥浆池均集成在底座上，供油箱、发动机和操作台装配在钻架的一侧，泥浆泵和泥浆池装配在钻架的另一侧，钻架上设置有动力头和油缸，油缸与动力头相连接，油缸为动力头提供液压动力，卷扬机通过绕设在钻架上的绳索与钻架上的钻具相连接并对钻具进行提拉，供油箱与发动机相连接并为发动机提供燃料，发动机通过管路与操作台相连接，操作台通过管路与钻架上的动力头和油缸相连接，泥浆泵通过管路分别与泥浆池和钻孔相连接，在泥浆泵的作用下泥浆池与钻孔内的泥浆进行循环，数据采集系统和控制系统分别与发动机、操作台、泥浆泵和动力头相连接，发动机、操作台、泥浆泵和动力头的工作参数能够实时传输到数据采集系统，数据采集系统和控制系统相连接，发动机、操作台、泥浆泵和动力头由控制系统控制工作。

操作台通过第一管路与动力头相连接，第一管路上装配有第一操作杆和第一换向阀，通过第一操作杆和第一换向阀驱动动力头的正反向旋转，操作台通过第二管路与油缸相连接，第二管路上装配有第二操作杆和第二换向阀，通过第二操作杆和第二换向阀能够调节油缸内液压油的流向，液压动力进入操作台后，同时经过第一管路及第二管路，液压动力经过第一管路时，流经第一操作杆及第一换向阀并驱动动力头旋转，此时通过操纵第一操作杆能够改变第一换向阀位置，从而改变流经动力头的液压动力流向，使动力头反方向旋转；液压动力经过第二管路时，液压动力流经第二操作杆及第二换向阀并驱动油缸移动，通过操纵第二操作杆能够改变第二换向阀位置，从而改变进入油缸的液压动力流向，使油缸带动动力头进行上升及下移动作。

数据采集系统包括有第一压力传感器、第二压力传感器、磁致伸缩位移传感器、第一转速传感器、第二转速传感器、扭矩传感器、采集模块和数据显示记录仪，其中扭矩传感器安装在第一管路中；第一压力传感器、第二压力传感器安装在第二管路中，第一压力传感器与油缸上部连通，第二压力传感器与油缸下部连通；磁致伸缩位移传感器安装于油缸内部；第一转速传感器安装于动力头处，第二转速传感器安装于泥浆泵内部；采集模块以及数据显示记录仪安装于操作台上；第一压力传感器、第二压力传感器、磁致伸缩位移传感器、第一转速传感器、第二转速传感器和扭矩传感器的连接线接口均汇集于采集模块中，采集模块通过数据线与数据显示记录仪相连。

控制系统安装在数据显示记录仪内，控制系统包括有信号接收模块、信号处理模块和信号反馈模块，其中信号处理模块分别与信号接收模块及信号反馈模块相连，信号接收模块同扭矩传感器连接，信号反馈模块与第二操作杆连接，信号接收模块在接收扭矩传感器发出的信息后将信息传输至信号处理模块，信号处理模块进行识别处理后将反馈信息通过信号反馈模块传输至第二操作杆进行相应操作，从而改变油缸移动压力。

上述的卷扬机、发动机、泥浆泵、动力头、油缸、第一操作杆、第一换向阀、第二操作杆、第二换向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、磁致伸缩位移传感器、第一转速传感器、第二转速传感器、扭矩传感器、采集模块、数据显示记录仪、信号接收模块、信号处理模块和信号反馈模块均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明的工作原理如下：

本发明提供的数字化便携式全液压岩心钻机开始工作时，发动机所需燃料由供油箱提供，发动机启动后为整套钻机系统提供液压动力。

液压动力进入操作台后，同时经过第一管路及第二管路。经过第一管路时，流经第一操作杆及第一换向阀，驱动动力头旋转，此时通过操纵第一操作杆可以改变第一换向阀位置，从而改变流经动力头的液压动力流向，使动力头反方向旋转；液压经过第二管路时，流经第二操作杆及第二换向阀，驱动油缸移动，通过操纵第二操作杆可以改变第二换向阀位置，从而改变进入油缸的液压动力流向，使油缸带动动力头进行相应的上升及下移动作。

开始钻进时，操控操作台使油缸沿钻架下移带动动力头下压且回转，动力头连接钻杆及钻具即可回转切削破碎地层完成钻进。钻进过程中如需提升钻具，则操控操作台使油缸沿钻架上升带动动力头抬升。泥浆池回收钻孔流出的泥浆液，同时泥浆泵将泥浆池里的泥浆液通过钻杆及钻具中心泵入钻孔内。

钻进过程中，扭矩传感器对第一管路中驱动动力头回转的液压扭矩进行监测，第一压力传感器对第二管路中油缸上升压力进行监测，第二压力传感器对第二管路中油缸下移压力进行监测，磁致伸缩位移传感器对油缸的移动距离进行监测，第一转速传感器对动力头的回转速度进行监测，第二转速传感器对泥浆泵的电机转速进行监测。所有传感器产生的电路信号统一传输至采集模块，转成数字信号后传输至数据显示记录仪进行处理，其中第二压力传感器读数与第一压力传感器读数之差即为除钻具重量外的附加钻进压力，磁致伸缩位移传感器读数即为一回次的钻进深度，第一转速传感器的读数即为钻进转速，第二转速传感器的读数经过相应的转化后即为钻进流量，扭矩传感器的读数即为钻进扭矩。一个回次钻进过程产生的完整连续的钻进参数数据由数据显示记录仪屏幕上显示、保存并输出。

钻进时，控制系统对第一管路及第二管路中的液压压力进行监测，当钻进时第二管路中提供的油缸下移压力过大时，钻具与地层接触压力增大，会造成动力头憋停现象，此时第一管路中的扭矩传感器示数急剧上升，控制系统收到信息后进行分析处理然后将信息反馈至第二操作杆，自动调节第二管路中液压压力，减小钻进压力，保护钻机平稳运行。

在一个钻进回次结束后，卷扬机的绳索穿过钻架顶部可将钻具及岩心提拉至地表，待获取岩心后下放钻具进行下一回次钻进。

本发明的有益效果：

本发明提供的数字化便携式全液压岩心钻机具有数字化、智能化特点，解决了现有钻机不能实时记录并显示钻进过程连续数据等问题，使钻进深度、钻进压力、钻进扭矩，钻进流量等大部分钻进数据可视化、连续化，为钻机操作人员提供参考且方便后期数据分析。

附图说明

图1为本发明所述的钻机整体结构示意图。

图2为本发明所述的第一压力传感器和第二压力传感器安装位置示意图。

图3为本发明所述的磁致伸缩位移传感器和第一转速传感器位置示意图。

图4为本发明所述的第二转速传感器位置示意图。

图5为本发明所述的扭矩传感器、采集模块和数据显示记录仪位置示意图。

图6为本发明所述的操作台液压原理示意图。

图7为本发明所述的控制系统结构框图。

上图中的标注如下：

1、钻架 2、卷扬机 3、供油箱 4、发动机 5、操作台 6、泥浆泵

7、泥浆池 8、底座 9、动力头 10、油缸 11、第一管路

12、第一操作杆 13、第一换向阀 14、第二管路 15、第二操作杆

16、第二换向阀 17、第一压力传感器 18、第二压力传感器

19、磁致伸缩位移传感器 20、第一转速传感器 21、第二转速传感器

22、扭矩传感器 23、采集模块 24、数据显示记录仪

25、信号接收模块 26、信号处理模块 27、信号反馈模块。

具体实施方式

请参阅图1至图7所示：

本发明提供的数字化便携式全液压岩心钻机包括有钻架1、卷扬机2、供油箱3、发动机4、操作台5、泥浆泵6、泥浆池7、数据采集系统和控制系统，其中钻架1、卷扬机2、供油箱3、发动机4、操作台5、泥浆泵6和泥浆池7均集成在底座8上，供油箱3、发动机4和操作台5装配在钻架1的一侧，泥浆泵6和泥浆池7装配在钻架1的另一侧，钻架1上设置有动力头9和油缸10，油缸10与动力头9相连接，油缸10为动力头9提供液压动力，卷扬机2通过绕设在钻架1上的绳索与钻架1上的钻具相连接并对钻具进行提拉，供油箱3与发动机4相连接并为发动机4提供燃料，发动机4通过管路与操作台5相连接，操作台5通过管路与钻架1上的动力头9和油缸10相连接，泥浆泵6通过管路分别与泥浆池7和钻孔相连接，在泥浆泵6的作用下泥浆池7与钻孔内的泥浆进行循环，数据采集系统和控制系统分别与发动机4、操作台5、泥浆泵6和动力头9相连接，发动机4、操作台5、泥浆泵6和动力头9的工作参数能够实时传输到数据采集系统，数据采集系统和控制系统相连接，发动机4、操作台5、泥浆泵6和动力头9由控制系统控制工作。

操作台5通过第一管路11与动力头9相连接，第一管路11上装配有第一操作杆12和第一换向阀13，通过第一操作杆12和第一换向阀13驱动动力头9的正反向旋转，操作台5通过第二管路14与油缸10相连接，第二管路14上装配有第二操作杆15和第二换向阀16，通过第二操作杆15和第二换向阀16能够调节油缸10内液压油的流向，液压动力进入操作台后，同时经过第一管路11及第二管路14，液压动力经过第一管路11时，流经第一操作杆12及第一换向阀13并驱动动力头9旋转，此时通过操纵第一操作杆12能够改变第一换向阀13位置，从而改变流经动力头9的液压动力流向，使动力头9反方向旋转；液压动力经过第二管路14时，液压动力流经第二操作杆15及第二换向阀16并驱动油缸10移动，通过操纵第二操作杆15能够改变第二换向阀16位置，从而改变进入油缸10的液压动力流向，使油缸10带动动力头9进行上升及下移动作。

数据采集系统包括有第一压力传感器17、第二压力传感器18、磁致伸缩位移传感器19、第一转速传感器20、第二转速传感器21、扭矩传感器22、采集模块23和数据显示记录仪24，其中扭矩传感器22安装在第一管路11中；第一压力传感器17、第二压力传感器18安装在第二管路14中，第一压力传感器17与油缸10上部连通，第二压力传感器18与油缸10下部连通；磁致伸缩位移传感器19安装于油缸10内部；第一转速传感器20安装于动力头9处，第二转速传感器21安装于泥浆泵6内部；采集模块23以及数据显示记录仪24安装于操作台5上；第一压力传感器17、第二压力传感器18、磁致伸缩位移传感器19、第一转速传感器20、第二转速传感器21和扭矩传感器22的连接线接口均汇集于采集模块23中，采集模块23通过数据线与数据显示记录仪24相连。

控制系统安装在数据显示记录仪24内，控制系统包括有信号接收模块25、信号处理模块26和信号反馈模块27，其中信号处理模块26分别与信号接收模块25及信号反馈模块27相连，信号接收模块25同扭矩传感器22连接，信号反馈模块27与第二操作杆15连接，信号接收模块25在接收扭矩传感器22发出的信息后将信息传输至信号处理模块26，信号处理模块26进行识别处理后将反馈信息通过信号反馈模块27传输至第二操作杆15进行相应操作，从而改变油缸移动压力。

上述的卷扬机2、发动机4、泥浆泵6、动力头9、油缸10、第一操作杆12、第一换向阀13、第二操作杆15、第二换向阀16、第一压力传感器17、第二压力传感器18、磁致伸缩位移传感器19、第一转速传感器20、第二转速传感器21、扭矩传感器22、采集模块23、数据显示记录仪24、信号接收模块25、信号处理模块26和信号反馈模块27均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明的工作原理如下：

本发明提供的数字化便携式全液压岩心钻机开始工作时，发动机4所需燃料由供油箱3提供，发动机4启动后为整套钻机系统提供液压动力。

液压动力进入操作台5后，同时经过第一管路11及第二管路14。经过第一管路11时，流经第一操作杆12及第一换向阀13，驱动动力头9旋转，此时通过操纵第一操作杆12可以改变第一换向阀13位置，从而改变流经动力头9的液压动力流向，使动力头9反方向旋转；液压经过第二管路14时，流经第二操作杆15及第二换向阀16，驱动油缸10移动，通过操纵第二操作杆15可以改变第二换向阀16位置，从而改变进入油缸10的液压动力流向，使油缸10带动动力头9进行相应的上升及下移动作。

开始钻进时，操控操作台5使油缸10沿钻架1下移带动动力头9下压且回转，动力头9连接钻杆及钻具即可回转切削破碎地层完成钻进。钻进过程中如需提升钻具，则操控操作台5使油缸10沿钻架1上升带动动力头9抬升。泥浆池7回收钻孔流出的泥浆液，同时泥浆泵6将泥浆池7里的泥浆液通过钻杆及钻具中心泵入钻孔内。

钻进过程中，扭矩传感器22对第一管路11中驱动动力头9回转的液压扭矩进行监测，第一压力传感器17对第二管路14中油缸10上升压力进行监测，第二压力传感器18对第二管路14中油缸10下移压力进行监测，磁致伸缩位移传感器19对油缸10的移动距离进行监测，第一转速传感器20对动力头9的回转速度进行监测，第二转速传感器21对泥浆泵6的电机转速进行监测。所有传感器产生的电路信号统一传输至采集模块23，转成数字信号后传输至数据显示记录仪24进行处理，其中第二压力传感器18读数与第一压力传感器17读数之差即为除钻具重量外的附加钻进压力，磁致伸缩位移传感器19读数即为一回次的钻进深度，第一转速传感器20的读数即为钻进转速，第二转速传感器21的读数经过相应的转化后即为钻进流量，扭矩传感器22的读数即为钻进扭矩。一个回次钻进过程产生的完整连续的钻进参数数据由数据显示记录仪24屏幕上显示、保存并输出。

钻进时，控制系统对第一管路11及第二管路14中的液压压力进行监测，当钻进时第二管路14中提供的油缸10下移压力过大时，钻具与地层接触压力增大，会造成动力头9憋停现象，此时第一管路11中的扭矩传感器22示数急剧上升，控制系统收到信息后进行分析处理然后将信息反馈至第二操作杆15，自动调节第二管路14中液压压力，减小钻进压力，保护钻机平稳运行。

在一个钻进回次结束后，卷扬机2的绳索穿过钻架1顶部可将钻具及岩心提拉至地表，待获取岩心后下放钻具进行下一回次钻进。

Claims (4)

1.一种数字化便携式全液压岩心钻机，其特征在于：包括有钻架、卷扬机、供油箱、发动机、操作台、泥浆泵、泥浆池、数据采集系统和控制系统，其中钻架、卷扬机、供油箱、发动机、操作台、泥浆泵和泥浆池均集成在底座上，供油箱、发动机和操作台装配在钻架的一侧，泥浆泵和泥浆池装配在钻架的另一侧，钻架上设置有动力头和油缸，油缸与动力头相连接，油缸为动力头提供液压动力，卷扬机通过绕设在钻架上的绳索与钻架上的钻具相连接并对钻具进行提拉，供油箱与发动机相连接并为发动机提供燃料，发动机通过管路与操作台相连接，操作台通过管路与钻架上的动力头和油缸相连接，泥浆泵通过管路分别与泥浆池和钻孔相连接，在泥浆泵的作用下泥浆池与钻孔内的泥浆进行循环，数据采集系统和控制系统分别与发动机、操作台、泥浆泵和动力头相连接，发动机、操作台、泥浆泵和动力头的工作参数能够实时传输到数据采集系统，数据采集系统和控制系统相连接，发动机、操作台、泥浆泵和动力头由控制系统控制工作。

2.根据权利要求1所述的一种数字化便携式全液压岩心钻机，其特征在于：所述的操作台通过第一管路与动力头相连接，第一管路上装配有第一操作杆和第一换向阀，通过第一操作杆和第一换向阀驱动动力头的正反向旋转，操作台通过第二管路与油缸相连接，第二管路上装配有第二操作杆和第二换向阀，通过第二操作杆和第二换向阀能够调节油缸内液压油的流向，液压动力进入操作台后，同时经过第一管路及第二管路，液压动力经过第一管路时，流经第一操作杆及第一换向阀并驱动动力头旋转，此时通过操纵第一操作杆能够改变第一换向阀位置，从而改变流经动力头的液压动力流向，使动力头反方向旋转；液压动力经过第二管路时，液压动力流经第二操作杆及第二换向阀并驱动油缸移动，通过操纵第二操作杆能够改变第二换向阀位置，从而改变进入油缸的液压动力流向，使油缸带动动力头进行上升及下移动作。

3.根据权利要求1或2所述的一种数字化便携式全液压岩心钻机，其特征在于：所述的数据采集系统包括有第一压力传感器、第二压力传感器、磁致伸缩位移传感器、第一转速传感器、第二转速传感器、扭矩传感器、采集模块和数据显示记录仪，其中扭矩传感器安装在第一管路中；第一压力传感器、第二压力传感器安装在第二管路中，第一压力传感器与油缸上部连通，第二压力传感器与油缸下部连通；磁致伸缩位移传感器安装于油缸内部；第一转速传感器安装于动力头处，第二转速传感器安装于泥浆泵内部；采集模块以及数据显示记录仪安装于操作台上；第一压力传感器、第二压力传感器、磁致伸缩位移传感器、第一转速传感器、第二转速传感器和扭矩传感器的连接线接口均汇集于采集模块中，采集模块通过数据线与数据显示记录仪相连。

4.根据权利要求3所述的一种数字化便携式全液压岩心钻机，其特征在于：所述的控制系统安装在数据显示记录仪内，控制系统包括有信号接收模块、信号处理模块和信号反馈模块，其中信号处理模块分别与信号接收模块及信号反馈模块相连，信号接收模块同扭矩传感器连接，信号反馈模块与第二操作杆连接，信号接收模块在接收扭矩传感器发出的信息后将信息传输至信号处理模块，信号处理模块进行识别处理后将反馈信息通过信号反馈模块传输至第二操作杆进行相应操作，从而改变油缸移动压力。

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