FI125984B

FI125984B - A method for controlling the rock drill feed rate and a computer based control system

Info

Publication number: FI125984B
Application number: FI20106140A
Authority: FI
Inventors: Jonas Sinnerstad; Magnus Olsson
Original assignee: Atlas Copco Rock Drills Ab
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2016-05-13
Also published as: FI20106140A; WO2009123535A1; SE534665C2; SE1051134A1; SE533084C2; SE0800745L

Description

Menetelmä kallioporan syöttönopeuden ohjaamiseksi ja tietokonepohjainen ohjausjärjestelmäA method for controlling the rock drill feed rate and a computer based control system

Tekniikan alaEngineering

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää ainakin yhden impulssinmuodostuslaitteen porausparametrin ohjaamiseksi kalliota porattaessa, jossa impulssinmuodostuslaite on järjestetty iskuvälineen kautta iskuaaltojen indusoimiseksi työkalussa, joka toimii kalliota vasten porauksen aikana, jossa impulssinmuodostuslaite on järjestetty siten, että sitä voidaan siirtää poraussuunnassa suhteessa tukivälineeseen. Keksintö myös spesifioi tietokonepohjaisen ohjausjärjestelmän, jossa on välineet menetelmän toteuttamiseksi. Lisäksi keksinnössä on porausalusta, joka sisältää keksinnön mukaisen tietokonepohjaisen ohjausjärjestelmän.The present invention relates to a method for controlling the drilling parameter of at least one impulse generator during rock drilling, wherein the impulse generator is provided through an impact means to induce shock waves in a tool operating against the rock during drilling wherein the impulse generator is disposed relative to the drill. The invention also provides a computer based control system having means for implementing the method. The invention further provides a drilling platform which includes a computer based control system according to the invention.

Tekniikan tasoState of the art

Kallioporauksessa käytetään usein iskuporausta, jossa yleensä käytetään hydraulisesti toimivaa iskumäntää iskuaallon muodostamiseksi hydraulisen paineen (isku-paineen) muodostaman puhalluksen voimalla, joka iskuaalto kuljetetaan porateräk-sen (porajänteen) kautta porakruunuun ja sitten kallioon. Iskuaallon osuessa pora-kruunuun, sen kovametallinen kärki painuu kallioon, joka synnyttää niin suuren voiman, että kallio murskaantuu. Murskattu kallio, joka tunnetaan nimellä porauksen leikkuujäte, kuljetetaan sitten ulos porausreiästä veden tai ilman paineella, joka tuodaan porateräksen reiän kautta ja alas porakruunuun. Poraterästä pyöritetään siten, että kovametallinen terä voi koskettaa murskaamatonta kalliota, mikä tehdään esimerkiksi voimansiirrolla ja hydraulisella moottorilla.Impact drilling is often used in rock drilling, which generally uses a hydraulically operated piston to create a shock wave by the force of a blast made by hydraulic pressure (shock pressure), which is conveyed through the drill steel (drill tendon) to the drill bit and then to the rock. When a shockwave hits a drill bit, its carbide-tipped tip sinks into the rock, producing so much force that the rock is crushed. The crushed rock, known as drill cutting waste, is then transported out of the borehole by the pressure of water or air introduced through the borehole and down into the drill bit. The drill bit is rotated in such a way that the carbide blade can contact the crushed rock, which is done by, for example, a power train and a hydraulic motor.

Itse pora voi esimerkiksi olla kiinnitetty rekeen, joka puolestaan liikkuu alustaan, kuten ajoneuvoon kiinnitettyä tukivälinettä, kuten syöttöpalkkia, pitkin. Kuljettamalla kelkkaa, ja siten poraa, syöttöpalkkia pitkin kohti kalliota, porakruunu painuu kalliota vasten. Kelkkaa voidaan ajaa hydraulisylinterillä, jota kutsutaan yleensä syöttösylinteriksi. Vaihtoehtoisesti poraa voidaan ajaa eteenpäin käyttämällä niin kutsuttua ketjusyötintä, missä syöttösylinteri on korvattu hydraulivaihteisella moottorilla (syöttömoottorilla). Kelkkaa ja poraa voidaan sitten ajaa eteenpäin ja takaisin palkkia pitkin kelkkaan kiinnitetyllä ja syöttömoottorin ohjaamalla ketjulla, joka liikkuu syöttöpalkkia pitkin. Syöttösylinteriä/syöttömoottoria käyttävää hydraulista painetta kutsutaan yleisesti syöttöpaineeksi ja se osoittaa voiman, joka painaa pora-kruunua kalliota vasten. Poran ja kelkan nopeutta porauksen aikana kutsutaan ylei- sesti porausnopeudeksi tai syöttönopeudeksi. Syöttönopeutta (porausnopeutta) ohjataan yleensä ohjaamalla syöttösylinteriä/syöttömoottoria elektronisesti ohjatulla hydrauliventtiilillä.For example, the drill itself may be attached to a sledge which in turn moves to a substrate, such as a support means, such as a feed beam, attached to the vehicle. By transporting the carriage, and thus the drill, along the feed beam toward the rock, the drill bit is pressed against the rock. The sled can be driven by a hydraulic cylinder, commonly referred to as a feed cylinder. Alternatively, the drill can be driven forward using a so-called chain feeder where the feed cylinder is replaced by a hydraulic gear (feed motor). The carriage and drill can then be driven forward and backward along the beam by a chain attached to the carriage and guided by a feed motor which moves along the feed bar. Hydraulic pressure using the feed cylinder / feed motor is commonly referred to as the feed pressure and indicates the force that presses the drill crown against the rock. The speed of the drill and the carriage during drilling are generally referred to as the drilling speed or feed rate. The feed speed (drilling speed) is usually controlled by controlling the feed cylinder / feed motor with an electronically controlled hydraulic valve.

Hydrauliventtiilin virtausyhtälö toteaa, että virtaus q venttiilistä on samansuuruinen kuin venttiilin avausalue A kertaa paine-eron Ap neliö venttiilissä, jolloin Cl, C2 ovat vakioita:The flow equation for the hydraulic valve states that the flow q from the valve is equal to the opening area A of the valve times the square of the pressure difference Ap in the valve, with Cl, C2 being constants:

(1)(1)

Pitämällä paine-ero Ap vakiona, virtaus q venttiilistä venttiilin läpi pysyy suoraan verrannollisena avausalueeseen A. Siten virtausta q voidaan ohjata ohjaamalla avau-saluetta A, jos paine-ero Ap pidetään vakiona.By keeping the differential pressure Ap constant, the flow q from the valve through the valve remains directly proportional to the opening region A. Thus, the flow q can be controlled by controlling the opening region A if the differential pressure Ap is kept constant.

Porausalustan ohjaamiseksi suoritettaessa erilaisia poraussovelluksia ja liikuteltaessa alustaa, porausalustassa on yleensä ohjausjärjestelmä, jossa on ohjausyksikkö. Ohjausjärjestelmää säädetään syöttämällä porausparametrit, kuten haluttu syöttö-paine, eri sovelluksille. Ohjausjärjestelmää säädetään alussa yleisillä porauspara-metreilla. Alustan ohjelma sisältää suuren määrän poraustoimintoja, jotka vastaavat näitä sovelluksia, ja osa näistä on suunniteltu eri tilanteisiin, kuten olakkeen asennukseen, toisin sanoen aloitusprosessiin ennen kuin porakruunu saavuttaa kallion, poraukseen, kiinteään poraukseen, kelkan hidastukseen, tai porateräksen taaksepäin pyöritykseen. Useat porausparametrit on asetettu kullekin poraustoiminnolle. Nämä parametriarvot on testattu etukäteen kullekin tietylle alustalle.To control the drilling platform when executing various drilling applications and moving the platform, the drilling platform generally has a control system having a control unit. The control system is controlled by supplying drilling parameters, such as the desired feed pressure, for various applications. The control system is initially adjusted by common drilling parameters. The platform program includes a large number of drilling functions corresponding to these applications, and some of them are designed for various situations, such as shoulder mounting, i.e., the start-up process before the drill reaches rock, drilling, solid drilling, slowing down, or drilling backward. Several drilling parameters are set for each drilling function. These parameter values have been tested in advance for each specific platform.

Kun nykyinen ohjausjärjestelmä täytyy säätää, käyttäjä tai huoltoteknikko syöttää useita arvoja porausparametreille. Haluttu säädetty syöttöpaine vastaa järjestelmän todellista painetta, mikä tarkoittaa sitä, että tälle porausparametrille on suhteellisen helppo tehdä ennuste, koska syöttöpaineen asetusarvo ja todellinen paine liittyvät suoraan toisiinsa.When the current control system needs to be adjusted, several values for drilling parameters are entered by the user or service technician. The desired set feed pressure corresponds to the actual system pressure, which means that it is relatively easy to make a prediction for this drilling parameter because the feed pressure setpoint and the actual pressure are directly related.

Syöttönopeuden (porausnopeuden) säätämiseksi, toisin sanoen kuinka nopeasti kelkkaa/poraa ajetaan eteenpäin, syöttönopeus (porausnopeus) täytyy säätää virtauksen mukaisesti. Elektronisesti ohjattua hydrauliventtiiliä ohjataan yleensä tekemällä venttiilin läpi kulkevasta virtauksesta suoraan verrannollinen venttiilin menevän ohjausvirran kanssa. Käyttäjä tai huoltoteknikko määrittää kunkin halutun virtauksen asettamalla vastaavan ohjausvirran porausparametrina elektronisesti ohjatulle hydrauliventtiilille. Jos paine-ero venttiilissä säilyy vakiona, painekompensoi-dun venttiilin avausalue on verrannollinen asetusvirtaan ja tällä tavoin saadaan vir taus joka ohjaa syöttönopeutta. Kukin virta-arvo vastaa tiettyä nopeutta, mutta koska virta ei ole nopeuden suora arvo, käyttäjän on melko hankalaa saada tunne siitä, mikä virta johtaa mihinkin nopeuteen alustaa pystytettäessä. Vaatii pitkää kokemusta ohjausjärjestelmästä, jotta voi tietää, mikä nopeus vastaa tiettyä virta-arvoa. Siten käyttäjän tai huoltoteknikon työskennellessä eri porausalustan kanssa, jolla on erilainen venttiili tai syöttösylinterin/syöttömoottorin erilaiset mitat, sama ohjausvirta vastaa täysin erilaista syöttönopeutta. Tämä johtaa usein siihen, että käyttä-jä/huoltoteknikko säätää ohjausjärjestelmän porausparametrien oletettavasti sopivilla arvoilla ja testaa arvot sitten suorittamalla koeporauksia. Koeporausten aikana hydrauli venttiilin ohjaus virtoihin tehdään manuaalisia korjauksia, esillä olevaan sovellukseen sopimiseksi. Jos käyttäjä/huoltoteknikko luottaa koeporaukseen parametrien korjaamiseksi, on aina olemassa riski, että koeporaus jää tekemättä tietylle sovellukselle, ja siten vastaavia parametreja ei korjata. Käy myös niin, että asetukset eivät enää päde, kun porausalustaa on käytettyjenkin aikaa ja työkalut kuluvat. Lisäksi ohjausvirta riippuu siitä, mitä syöttösylinteriä tai syöttö moottoria käytetään kussakin tapauksessa.In order to adjust the feed speed (drilling speed), i.e. how fast the carriage / drill is driven forward, the feed speed (drilling speed) must be adjusted according to the flow. An electronically controlled hydraulic valve is generally controlled by making the flow through the valve directly proportional to the control flow through the valve. Each desired flow is determined by the operator or service technician by setting the respective control current as the drilling parameter on the electronically controlled hydraulic valve. If the differential pressure across the valve remains constant, the opening range of the pressure compensated valve is proportional to the set flow and thereby obtains a flow that controls the feed rate. Each current value corresponds to a specific speed, but since the current is not a direct value of the speed, it is quite difficult for the user to get a sense of which current leads to which speed when erecting the platform. It requires a long experience of the control system to know which speed corresponds to a given current value. Thus, when a user or a service technician is working with a different drilling platform having a different valve or different dimensions of the feed cylinder / feed motor, the same control current corresponds to a completely different feed rate. This often results in the operator / service technician adjusting the drilling parameters of the control system with presumably appropriate values and then testing the values by performing test drilling. During test drilling, the hydraulic valve control currents are manually corrected to fit the present application. If the user / service technician relies on test drilling to correct the parameters, there is always a risk that the test drilling will not be done for a particular application and thus the corresponding parameters will not be repaired. It is also the case that the settings no longer apply when the drilling rig is still in use and the tools run out. In addition, the control current depends on which feed cylinder or feed motor is used in each case.

Porattaessa edellä kuvatun tyyppisellä poralla, on yleistä, että vallitsevat porausolo-suhteet muuttuvat usein. On monen tyyppisiä kallioita, ja riippuen niiden rakenteesta, kuten kovuudesta, ne eivät ole samanlaisia porattavia. Yleissääntönä syöttöno-peuden (porausnopeuden) kasvu on osoitus siitä, että kallio pehmenee.When drilling with a drill of the type described above, it is common for existing drilling conditions to change frequently. There are many types of rocks, and depending on their structure such as hardness, they are not similar to drill. As a general rule, increasing feed rate (drilling rate) is an indication that the rock is softening.

Edellä kuvattu tarkoittaa myös, että alustojen säätämisestä on vaikea tehdä yleisiä suosituksia, koska ohjausvirrat harvoin vastaavat samaa nopeutta erilaisille alustoille. Tämä merkitsee sitä, että on vaikea säätää porausalustaa paikallaan uudessa paikassa poraamista varten. Siten tarvitaan parannettu menetelmä ja laite syöttönopeu-den säätämiseksi.The above also means that it is difficult to make general recommendations about adjusting the substrates because the control currents rarely correspond to the same speed for different substrates. This means that it is difficult to adjust the drill stand in place for a new drill. Thus, there is a need for an improved method and apparatus for controlling the feed rate.

Keksinnön kuvausDescription of the Invention

Keksinnön ensimmäinen tarkoitus on luoda edellä kuvatun kaltainen menetelmä, joka ratkaisee edellä mainitun ongelman.The first object of the invention is to provide a method as described above which solves the above problem.

Ratkaisu on menetelmä, jolla on patenttivaatimuksen 1 ominaiset piirteet, sekä ohjausjärjestelmä, jolla on patenttivaatimuksen 10 ominaiset piirteet. Tällainen menetelmä kallioporan syöttönopeuden ohjaamiseksi kalliota porattaessa, jossa kalliopora on järjestetty ohjausyksikön kanssa, sisältää: a) viitenopeuden viemisen ohjausyksikköön, b) syöttönopeuden automaattisen säätämisen viitenopeuden funktiona, c) ohjaussignaalin (S) määrittämisen viitenopeuden funktiona, d) syöttönopeuden säätämisen ohjaussignaalin funktiona. Tällainen tietokonepohjainen ohjausjärjestelmä kallioporan syöttönopeuden ohjaamiseksi kallioporauksessa, jossa ohjausjärjestelmään on järjestetty ohjausyksikkö, sekä näyttö viitenopeuden syöttämiseksi ohjausyksikköön, jossa ohjausyksikkö on järjestetty siten, että se säätää kallioporan syöttönopeuden automaattisesti viitenopeuden funktiona. Säätämällä syöttönopeus automaattisesti viitenopeuden funktiona käyttäen haluttua nopeutta, viitenopeus säätöparametrina, käyttäjä voi tehdä valitulle sovellukselle sopivan tarkan ja yksinkertaisen nopeudensäädön, sen sijaan, että ottaisi nykyisen arvon, joka edustaa oletettua nopeutta, eikä siten ole sovitettu yksittäiselle porausalus-talle. Koska kullakin porausalustalla on erilaisia sovelluksia, riippuen porausalustan ja syöttömoottorin yksittäisistä parametreista ja syöttösylinterillä on yksittäisiä eroja, eivätkä johda hydraulisen venttiilin samaan modulaatioon, riippumatta siitä, että se on samaa mallia, jokaiselle sovellukselle ei voida asettaa yleisesti pätevää ohja-usvirtaa. Hydraulisen venttiilin virtamodulaatio ei myöskään ole lineaarinen funktio, vaan se on lineaarinen ennalta määritellyn intervallin sisällä. Syöttönopeuden automaattisen määrityksen etu on siten se, että mahdollistetaan syöttönopeuden yksittäisten ja tarkkojen asetusten teko kullekin porausalustalle yksinkertaisella tavalla. Keksinnöllämme saadaan yksinkertaisempi, nopeampi ja oikeampi säätö, kuin siten, että käyttäjä sen sijaan ottaa nykyisen arvon, joka edustaa oletettua nopeutta, joka täytyy testata suorittamalla koeporauksia useita kertoja, ja sen jälkeen joka kerta korjata hydraulisen venttiilin ohjausvirta nykyisen sovelluksen asetuksiin mukauttamiseksi. Koska säätöprosessi on täten yksinkertaistettuja alustan väärien asetusten riski minimoitu, käyttäjä tarvitsee vähemmän koulutusta, mikä merkitsee myös resurssien säästöä.The solution is a method having the features of claim 1 and a control system having the features of claim 10. Such a method for controlling the feed rate of a rock drill when drilling a rock in which a rock drill is provided with a control unit includes: a) introducing a reference speed as a function of reference speed, c) determining a control signal (S) as a function of reference speed; Such a computer based control system for controlling the rock drill feed rate in a rock drill having a control unit arranged in the control system, and a display for supplying a reference speed to the control unit wherein the control unit is arranged to automatically adjust the rock drill feed rate as a function of the reference speed. By automatically adjusting the feed rate as a function of the reference speed using the desired speed, the reference speed as a control parameter, the user can make a precise and simple rate control suitable for the selected application, instead of taking a current value representing a presumed speed. Because each drilling platform has different applications, depending on the individual parameters of the drilling platform and the feed motor and the feed cylinder have individual differences and do not result in the same modulation of the hydraulic valve, regardless of the same model, a generally valid control current cannot be set for each application. Also, the hydraulic valve current modulation is not a linear function, but is linear within a predetermined interval. The advantage of automatically determining the feed rate is that it enables simple and accurate setting of the feed rate for each drill bit in a simple manner. Our invention provides a simpler, faster, and more accurate adjustment than having the user instead take the current value, which represents the assumed speed that must be tested by performing test drilling several times, and then each time adjusting the hydraulic valve control current to adjust to current application settings. Since the simplification process thus minimizes the risk of incorrect platform setup, less training is required for the user, which also means resource savings.

Keksinnön menetelmän yhdessä suoritusmuodossa menetelmä käsittää nykyisen syöttönopeuden määrityksen laskemalla ohjaussignaali viitenopeuden ja nykyisen syöttönopeuden funktiona. Siten käytetään keksinnön mukaista tietokonepohjaista ohjausjärjestelmää, jossa on välineet nykyisen syöttönopeuden määrittämiseksi, sekä laskinyksikkö, joka on järjestetty laskemaan ohjaussignaali viitenopeuden ja nykyisen syöttönopeuden funktiona, ja säätämään uusi syöttönopeus ohjaussignaalin funktiona.In one embodiment of the method of the invention, the method comprises determining a current feed rate by calculating a control signal as a function of the reference rate and the current feed rate. Thus, a computer-based control system according to the invention is provided having means for determining the current feed rate, and a calculator unit arranged to calculate the control signal as a function of the reference rate and the current feed rate, and to adjust the new feed rate as a control signal.

Keksinnön yksi etu on se, että varsinaista nykyistä syöttönopeutta käytetään säätö-parametrina. Käyttäjälle/huoltoteknikolle se on sekä intuitiivisesti helpompaa, että aikaa säästävää, koska käyttäjän/huoltoteknikon ei tarvitse kokeilla useita erilaisia virta-arvoja ja sitten valita niistä jokaiselle nopeudelle, vaan sen sijaan järjestelmä tekee tämän asetuksen automaattisesti. Koska säätäminen on automaattista, verrattuna varsinaiseen nykyiseen syöttönopeuteen, voidaan säätää tietyt parametrit oikein tietylle porausalustalle tarkemmin.An advantage of the invention is that the actual current feed rate is used as a control parameter. For the user / service technician, it is both intuitively easier and time-saving because the user / service technician does not have to try several different current values and then select one for each speed, but instead the system makes this setting automatically. Because the adjustment is automatic, compared to the actual current feed rate, certain parameters can be adjusted correctly for a specific drilling platform.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa toistetaan vaiheita b-d. Tästä on etua, koska iteraatioprosessi voi antaa tarkemman tuloksen. Tämä mahdollistaa ohjaussignaalin peräkkäisen säädön haluttuun nopeuteen. Lisäksi tämä mahdollistaa prosessin nopeuttamisen, koska prosessi on hyvin ohjattu.In one embodiment of the invention, steps b-d are repeated. This is advantageous because the iteration process can give a more accurate result. This allows the control signal to be sequentially adjusted to the desired speed. In addition, this allows the process to be speeded up as the process is well controlled.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa ohjaussignaali lasketaan nykyisen syöttöno-peuden ja viitenopeuden erotuksen funktiona. Koska nykyinen syöttönopeus on tosiasiassa mitattu syöttönopeus, tämä mahdollistaa järjestelmän nopean ja tehokkaan säädön.In one embodiment of the invention, the control signal is calculated as a function of the difference between the current feed rate and the reference rate. Because the current feed rate is actually a measured feed rate, this allows for quick and efficient system control.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa ohjaussignaali lasketaan nykyisen syöttöno-peuden ja viitenopeuden useiden peräkkäisten määriteltyjen arvojen keskiarvon funktiona. Tämä mahdollistaa kohinan ja yksittäisen epänormaalin arvon pois suodattamisen.In one embodiment of the invention, the control signal is calculated as a function of the current feed rate and the average of several successive determined values of the reference rate. This allows the noise and single abnormal value to be filtered out.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa uutta syöttönopeutta säädetään siten, että se on yhtä suuri kuin viitenopeus, tai matalampi kuin viitenopeus. Sitten nopeutta rajoitetaan osittain nykyisellä porausnopeudella ja osittain ympäristön olosuhteilla, esim. porakruunu kulkee kalliossa olevan ilmataskun läpi, mikä aiheuttaa nopeuden äkillisen kasvun ja moottori kiihdyttää nopeasti. Koska viitenopeus on uuden nopeuden ylempi raja-arvo, moottori ei kiihdytä tavalla, joka muutoin olisi vahingoittanut poraa. Uutta syöttönopeutta rajoittaa myös fyysinen porausnopeus. Tämä mahdollistaa nopeuden säätämisen poran äkillisten kiihdytysten välttämiseksi.In one embodiment of the invention, the new feed rate is adjusted to be equal to, or lower than, the reference rate. The speed is then limited partly by the current drilling speed and partly by ambient conditions, e.g., the drill bit passes through an air pocket in the rock, causing a sudden increase in speed and rapid acceleration of the engine. Because the reference speed is the upper limit of the new speed, the engine will not accelerate in a way that would otherwise have damaged the drill. The new feed rate is also limited by the physical drilling rate. This allows the speed to be adjusted to avoid sudden acceleration of the drill.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa menetelmässä on lisäksi syöttövirtauksen PI säätö (suhteutettu ja integroiva säätö) viitenopeuden funktiona. Tämä on etu esimerkiksi silloin, kun ohjausjärjestelmä säätää vasten viitenopeutta, joka on vakio tietyn ajan.In one embodiment of the invention, the method further comprises adjusting the feed flow PI (proportional and integrating control) as a function of the reference rate. This is an advantage, for example, when the control system adjusts against a reference speed which is constant over a period of time.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa menetelmässä on lisäksi syöttövirtauksen PID säätö (suhteutettu ja integroiva ja differentioiva säätö) viitenopeuden funktiona. Tämä on etu, jos nykyinennopeus kasvaa ja pienenee äkillisesti ja odottamattomasti, esimerkiksi porakruunun kohdatessa kalliossa ontelolta tai ilmataskuja tai irtonaista kivimateriaalia.In one embodiment of the invention, the method further comprises PID control (proportional and integrative and differential control) as a function of the reference rate. This is an advantage if the current velocity increases and decreases suddenly and unexpectedly, for example when a drill bit encounters a cavity in the rock or air pockets or loose rock material.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa menetelmässä on lisäksi uuden syöttönopeu-den säätö siten, että se on viitenopeuden sisältävän intervallin sisällä. Tämä on etu, kun tarvitaan suhteellisen vakiota porausnopeutta. Intervallin tyypillinen arvo on ±5 % viitenopeudesta. Vieläkin tiukempi intervalli on edullinen.In another embodiment of the invention, the method further comprises adjusting the new feed rate so that it is within an interval containing a reference rate. This is an advantage when relatively constant drilling speeds are required. A typical value for the interval is ± 5% of the reference speed. An even tighter interval is preferred.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa ohjaussignaali otetaan viitetaulukosta viitenopeuden perusteella.In one embodiment of the invention, the control signal is taken from the reference table based on the reference rate.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa nykyinen syöttönopeus määritellään impuls-sinmuodostuslaitteen aseman muutoksen funktiona suhteessa tukivälineeseen. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa nykyinen asema mitataan asemalähettimellä. Tämä on etu, koska porausalustat on helppo varustaa asemalähettimillä kelkan aseman ilmaisemiseksi syöttöpalkilla. Nykyinen nopeus lasketaan esimerkiksi aseman muutoksen funktiona mitatulla aikajaksolla.In one embodiment of the invention, the current feed rate is defined as a function of the position change of the impulse generator relative to the support means. In a preferred embodiment, the current position is measured by a position transmitter. This is an advantage because the drill stands are easily equipped with position transmitters to indicate the position of the carriage on the feed bar. Current speed is calculated, for example, as a function of position change over a measured time period.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa nykyinen nopeus määritellään laskemalla im-pulssinmuodostuslaitteen kiihtyvyys. Tässä hyödynnetään kiihtyvyysmittaria esimerkiksi kiihtyvyyden määrittämiseksi, ja sen jälkeen nopeus lasketaan kiihty-vyysmittarin ulostulosignaalin funktiona.In one embodiment of the invention, the current rate is determined by calculating the acceleration of the impulse generator. Here, an accelerometer is utilized to determine, for example, acceleration, and then the velocity is calculated as a function of the accelerometer output signal.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa nykyinen nopeus mitataan nopeuslähettimellä. On helppo varustaa kelkka tai syöttöpalkki nopeuslähettimellä ja yhdistää se ohjausyksikköön.In one embodiment of the invention, the current speed is measured by a speed transmitter. It is easy to equip the carriage or feeder with a speed transmitter and connect it to the control unit.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa virtaus säädetty syöttöpaine säätää impulssin-muodostuslaitteen liikettä tukivälineellä, jolloin virtausta säädetään ohjaussignaalin funktiona. Tämä mahdollistaa poran liikkeen ohjaamisen hydraulisella venttiilillä.In one embodiment of the invention, the flow controlled supply pressure controls the movement of the impulse generator by the support means, whereby the flow is controlled as a function of the control signal. This allows the movement of the drill to be controlled by a hydraulic valve.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa menetelmä sisältää lisäksi syöttövirran säädön. Tämä mahdollistaa poran liikkeen ohjaamisen esimerkiksi sähköisesti ohjatulla hydraulisella venttiilillä. Toisessa suoritusmuodossa hydraulista pilottia voidaan myös käyttää hydraulisen venttiilin ohjaamiseen.In one embodiment of the invention, the method further comprises controlling the feed stream. This enables the movement of the drill to be controlled, for example, by an electronically controlled hydraulic valve. In another embodiment, the hydraulic pilot can also be used to control the hydraulic valve.

Keksintö sisältää myös tietokoneohjelman, joka voidaan ladata suoraan tietokoneen sisäiseen muistiin, joka ohjelma käsittää ohjelmakoodin keksinnön patenttivaatimusten 1-9 mukaisen menetelmän ohjaamiseksi. Lisäksi keksintö sisältää tietoko-neluettavan välineen, jossa on tallennettu tietokoneohjelma, joka on suunniteltu saamaan tietokone suorittamaan minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-9 mukaiset vaiheet.The invention also includes a computer program that can be loaded directly into the internal memory of the computer, the program comprising program code for controlling the method of claims 1-9. The invention further includes a computer readable medium having a stored computer program designed to cause the computer to perform the steps of any one of claims 1 to 9.

Lisäksi keksintö sisältää patenttivaatimuksen 20 mukaisen porausalustan, jossa on tietokonepohj ainen ohj ausj ärjestelmä.The invention further includes a drilling platform according to claim 20 having a computer based control system.

Keksinnön edulliset muunnokset esiintyvät seuraavassa kuvauksessa ja patenttivaatimuksissa.Preferred modifications of the invention are set forth in the following description and claims.

Piirustusten kuvausDescription of the drawings

Keksintö selitetään tarkemmin joillakin esimerkinomaisilla suoritusmuodoilla viitaten liitteenä oleviin kuvioihin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen kallioporausalustan, kuvio 2 esittää porakoneen ja syöttöpalkin kuvion 1 porausalustalla yksityiskohtaisemmin, kuvio 3 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen säätöjärjestelmän, kuvio 4A esittää tekniikan tason tietokoneen näytön, kuvio 4B esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen tietokoneen näytön, kuvio 5A esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen vuokaavion, kuvio 5B esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen toisen vuokaavion. Esimerkinomaisten suoritusmuotojen kuvausThe invention will be explained in more detail by some exemplary embodiments with reference to the accompanying figures, in which Figure 1 illustrates a rock drilling platform according to an embodiment of the invention, Figure 2 illustrates a drill and a feed beam on Figure 1, Figure 3 shows a control system according to Fig. 4B shows a computer display according to an embodiment of the invention, Fig. 5A shows a flowchart according to an embodiment of the invention, Fig. 5B shows another flowchart according to an embodiment of the invention. Description of Exemplary Embodiments

Seuraava spesifikaatio kuvaa maanalaisen alustan, mutta keksintöä voidaan soveltaa myös maan päällä.The following specification describes an underground substrate, but the invention can also be applied to the earth.

Kuvio 1 esittää kallioporausalustan 10 tunnelointia, malminlouhintaa, tai esim. tunneloinnissa tai malminlouhinnassa tarvittavaa kallionvahvistuspulttien asennusta varten. Porausalustassa 10 on puomi 11, jonka toinen pää 11a on saranoitu tukivälineeseen 12, kuten ajoneuvoon, yhdellä tai useammalla linkillä, ja jonka toiseen päähän 11b on järjestetty syöttöpalkki 13, joka kantaa impulssinmuodostuslaitetta poran 14 muodossa. Pora 14 voi liikkua syöttöpalkkia 13 pitkin, ja se muodostaa iskuaaltoja, jotka porajänne 15 ja porakruunu 18 lähettävät kallioon 17. Alustassa 10 on lisäksi tietokonepohjainen ohjausjärjestelmä, jossa on ohjausyksikkö 16, jota voi- daan käyttää keksinnön mukaisten porausparametrien ohjaamiseen, kuten seuraa-vassa kuvataan. Ohjausyksikköä 16 voidaan käyttää asennon, suunnan ja poratun etäisyyden jne. seuraamiseen suhteessa poraan ja tukeen. Tietokonepohjaista ohjausjärjestelmää voidaan käyttää myös alustan 10 siirtämiseen, vaikka tähän voidaan toki käyttää erillistä ohjausyksikköä. Tietokonepohjaista ohjausjärjestelmää käytetään myös asennon, suunnan ja poratun etäisyyden jne. seuraamiseen suhteessa poraan ja tukeen.Figure 1 illustrates tunneling of rock drilling platform 10, ore mining, or installation of rock reinforcing bolts for e.g. tunneling or ore mining. The drilling platform 10 has a boom 11 whose one end 11a is hinged to a support means 12, such as a vehicle, by one or more links, and at one end 11b of which is a feed beam 13 carrying a pulse generator 14 in the form of a drill. The drill 14 may move along the feed beam 13 and form shock waves transmitted by the drill tendon 15 and the drill bit 18 to the rock 17. The base 10 further includes a computer-based control system having a control unit 16 that can be used to control the drilling parameters of the invention. . The control unit 16 can be used to monitor position, direction, drilled distance, etc., relative to the drill and support. The computer based control system can also be used to move the platform 10, although of course a separate control unit may be used. The computer based control system is also used to track position, direction, drilled distance, etc., relative to the drill and support.

Kuvio 2 esittää syöttöpalkin 13 ja poran 14 yksityiskohtaisemmin. Pora 14 kiinnitetään rekeen 20, jota voidaan siirtää syöttöpalkilla 13, ja jonka liikettä syöttöpalkilla 13 ohjataan syöttösylinterillä 22, joka tässä esimerkissä on hydraulinen sylinteri. Vaihtoehto poran 14 ajamiseksi eteenpäin on käyttää niin kutsuttua ketjusyöttöä, jossa syöttösylinteri korvataan hydraulivaihteisella moottorilla, joka asennetaan tai m m ai seksi syöttimelle. Kelkkaan kiinnitetyn ketjun ja aivan syöttimen etuosassa olevan vaihteen ansiosta kelkka ja pora liikkuvat eteenpäin ja taaksepäin. Porattaessa syöttöpalkki 13 asetetaan porausasentoon, edullisesti pora 14 siirrettynä niin taakse kuin mahdollista, mahdollistaen mainitussa porajänteessä 15 olevan porajän-nekomponentin 24 yhdistämisen poraan porassa 14 olevalla adapterilla 26. Adapteri kiinnitetään toisesta päästä poraan 14 ja sen toisessa päässä ovat väline, kuten kierteet (ei esitetty), porajännekomponenttiin 24 yhdistämiseksi. Tällä tavoin porakruu-nu 18 sijaitsee suhteellisen lähellä syöttöpalkkiin 13 järjestettyä etuporatukea 27. Syöttöpalkin kauempaan päähän on tässä tapauksessa myös järjestetty letkukela 28, joka ohjaa letkuja syöttämään poran 14 eri yksikköjä porauksen aikana. Porauksen edettyä syöttösylinteri työntää poraa kalliota vasten siten, että siirrettäessä kelkkaa 20 kalliota kohti etupään asentoon, se vapautetaan porajännekomponentista, joka on porautunut kallioon siten, että uusi sopivan pituinen porajännekomponentti voidaan yhdistää poran ja porajännekomponentin 24 väliin, jolloin poraus voi jatkua kunnes halutun pituinen reikä on saavutettu. Jos itse porajännekomponentti 24 tarjoaa halutun reiän syvyyden, ei toista porajännekomponenttia tietenkään tarvita.Figure 2 shows the feed beam 13 and the drill 14 in more detail. The drill 14 is secured to a sleeve 20 which can be moved by a feed beam 13 and whose movement by the feed beam 13 is controlled by a feed cylinder 22, which in this example is a hydraulic cylinder. An alternative to driving the drill 14 forward is to use a so-called chain feed, in which the feed cylinder is replaced by a hydraulic gear motor, which is mounted or similar to the feed. Thanks to the chain attached to the carriage and the gear at the front of the feeder, the carriage and drill move forward and backward. When drilling, the feed beam 13 is placed in the drilling position, preferably the drill 14 moved rearward as possible, allowing the drill bit component 24 in said drill tendon 15 to be connected to the drill by the adapter 26 in the drill 14. ), to connect to the drill bit component 24. In this way, the drill bit 18 is located relatively close to the front drill support 27 provided in the feed beam 13, in this case also a hose reel 28 is provided which directs the hoses to feed different units of the drill 14 during drilling. As the drilling progresses, the feed cylinder pushes the drill against the rock so that when moving the carriage 20 towards the rock, it is released from the drill bit component drilled into the rock so that a new drill bit component of suitable length can be connected between the drill bit and drill bit 24. reached. If the drill bit component 24 itself provides the desired hole depth, then another drill bit component is of course not required.

Tuen syöttöpalkkiin 13 on kiinnitetty asentolähetin, jota ei esitetä kuviossa. Asento-lähetin mittaa kelkan 20 asennon, ja siten poran 14 asennon suhteessa syöttöpalkkiin 13 ja lähettää asentotiedon ohjausyksikköön 16. Ohjausyksikkö 16 laskee asen-totiedon avulla, kuinka pitkä pituus on porattu.A position transmitter, not shown in the figure, is attached to the support feed beam 13. The position transmitter measures the position of the carriage 20, and thus the position of the drill 14 relative to the feed beam 13, and transmits position information to the control unit 16. The control unit 16 uses the position information to calculate the length of the drill.

Kuvio 3 esittää kaavamaisen suoritusmuodon säätöjärjestelmästä 30, joka säätää poraa 31. Pora 31 on järjestetty rekeen, joka voi liukua syöttöpalkilla 32. Säätöjärjestelmässä 30 on ohjausyksikkö 33 poran 31 liikkeiden säätämiseksi. Palkkiin on järjestetty syöttösylinteri 35 reen liikkeen ja siten poran, porausnopeuden, säätämiseksi eteenpäin ja taaksepäin syöttöpalkilla 32 säätämällä syöttösylinterin 35 liikkeitä. Syöttösylinterin 35 männän varteen 35a on kiinnitetty kaapelipyörä 37 syöttösylinterin liikesuunnassa. Kaapelipyörä 37 ajaa kaapelia 38, joka on kiinnitetty syöttö-palkkiin päässä 38a ja rekeen sen toisessa päässä 38b. Siten syöttösylinteri 35 on suunniteltu säätämään poran 31 liikkeitä eteenpäin tai taaksepäin, jolloin syöttösylinteri ajaa kaapelipyörän 37 pyörimään myötäpäivään tai vastapäivään. Sen sijaan, että poraa siirrettäisiin kaapelipyörällä ja kaapelilla, voidaan käyttää myös hammaspyörää ja ketjua. Kaapelikäyttö on edullista käytettäessä syöttösylinteriä 35. Käytettäessä hydraulista moottoria ketjukäyttö on edullista.Figure 3 shows a schematic embodiment of a control system 30 that controls the drill 31. The drill 31 is provided with a sledge that can slide on the feed beam 32. The control system 30 has a control unit 33 for controlling the movements of the drill 31. A barrel is provided with a feed cylinder 35 for adjusting the movement of the reel and thus the drill, drilling speed, forward and backward with the feed bar 32 by adjusting the movements of the feed cylinder 35. On the piston rod 35a of the supply cylinder 35 is attached a cable wheel 37 in the direction of movement of the supply cylinder. The cable wheel 37 drives the cable 38 secured to the feed beam at end 38a and the sleeve at its other end 38b. Thus, the feed cylinder 35 is designed to control the forward or reverse movements of the drill 31, whereby the feed cylinder 37 drives the cable pulley 37 clockwise or anticlockwise. Instead of moving the drill with a cable and cable, a gear and chain can also be used. Cable drive is advantageous when using a feed cylinder 35. Chain drive is preferred when using a hydraulic motor.

Siten ohjausyksikkö 33 ohjaa poran 31 liikkeitä säätämällä syöttösylinterin 35 liikkeitä. Perustettaessa tämän suoritusmuodon ohjausjärjestelmää, käyttäjä 39 syöttää erilaiset porausparametrit, kuten syöttöpaineen, ja viitenopeudet porausalustan eri sovelluksille, ohjausyksikköön 33 näytön (ei esitetty) kautta. Elektronisesti ohjattu hydraulinen venttiili 40 on yhdistetty ohjausyksikköön 33. Ohjausyksikkö 33 ohjaa poran liikkeitä ohjaamalla virtausta q elektronisesti ohjatusta hydraulisesta venttiilistä 40 syöttö sylinteriin 35. Elektronisesti ohjattu hydraulinen venttiili 40 on yhdistetty syöttösylinteriin siten, että se säätää syöttösylinterin 35 männän varren 35a liikkeitä. Virtausta q ohjataan pitämällä venttiilissä vakio paine-ero Δρ niin, että virtaus q säilyy suoraan verrannollisena venttiilin avausalueeseen A. Syöttövirtaus q on virtasäädettävä, joten hydraulisen venttiilin 40 avausalue A on verrannollinen ohjausvirtaan.Thus, the control unit 33 controls the movements of the drill 31 by adjusting the movements of the feed cylinder 35. When establishing the control system of this embodiment, the user 39 supplies different drilling parameters, such as feed pressure, and reference speeds for different drilling platform applications, to the control unit 33 via a display (not shown). The electronically controlled hydraulic valve 40 is connected to the control unit 33. The control unit 33 controls the drill movements by controlling the flow q from the electronically controlled hydraulic valve 40 to the supply cylinder 35. The electronically controlled hydraulic valve 40 is connected to the supply cylinder to adjust the piston 35 of the supply cylinder 35. The flow q is controlled by maintaining a constant differential pressure Δρ in the valve so that the flow q remains directly proportional to the valve opening area A. The feed flow q is current-controlled, so that the opening area A of the hydraulic valve 40 is proportional to the control flow.

Hydraulinen venttiili 40 on järjestetty säiliöön 41. Paine-ero on yhtä suuri kuin hydraulisesta venttiilistä 40 tulevan virtauksen paine-ero, toisin sanoen syöttösylinteriin p2 menevä paine, hydrauliseen venttiiliin 40 menevän virtauksen paine:The hydraulic valve 40 is arranged in the container 41. The pressure difference is equal to the pressure difference of the flow from the hydraulic valve 40, i.e. the pressure to the supply cylinder p2, the pressure to the flow to the hydraulic valve 40:

(2)(2)

Syöttöpaine p2 rajoitetaan maksimaaliseen haluttuun syöttöpaineeseen hydraulisella venttiilillä 42. Hydraulista venttiiliä 42 ohjaa ohjausjärjestelmä 33. Hydraulinen venttiili 42 on järjestetty säiliöön 41. Järjestelmän paine rajoittaa saavutettavissa olevaa maksimisyöttöpainetta. Järjestelmän painetta säädetään pumpulla, joka toimii porausalustan päämoottorilla, tässä tapauksessa dieselmoottorilla 36. Se voi olla myös sähkömoottori, erityisesti silloin, kun alusta on maanalainen alusta.The feed pressure p2 is limited to the maximum desired feed pressure by the hydraulic valve 42. The hydraulic valve 42 is controlled by the control system 33. The hydraulic valve 42 is arranged in the tank 41. The system pressure limits the maximum achievable feed pressure. The pressure of the system is controlled by a pump which operates on the main engine of the drilling platform, in this case the diesel engine 36. It may also be an electric motor, especially when the platform is an underground platform.

Elektronisesti ohjatun hydraulisen venttiilin 40 paine-ero Ap pidetään pääasiassa vakiona ohjaamalla venttiilin painetta pl mekaanisella paineensäätöventtiilillä 43. Elektronisesti ohjatun hydraulisen venttiilin 40 paine-eroa Ap ohjataan ohjaamalla painetta hydrauliseen venttiiliin 40 ohjaamalla painetta pl paineensäätöventtiilillä 43.The pressure difference Ap of the electronically controlled hydraulic valve 40 is maintained essentially constant by controlling the valve pressure p1 with a mechanical pressure control valve 43. The pressure difference Ap of the electronically controlled hydraulic valve 40 is controlled by controlling the pressure to the hydraulic valve 40 by controlling the pressure p1 with the pressure control valve 43.

Lisäksi alustan syöttöpalkilla 33 on asentolähetin 45, joka on suunniteltu määrittämään poran asento X suhteessa syöttöpalkkiin. Asentolähetin 45 on yhdistetty ohjausyksikköön 33. Asentolähetin 45 lähettää tiedon poran asennosta X ohjausyksikköön 32. Poran asennon perusteella ohjausyksikkö laskee kuinka kauan poraus on kestänyt. Ohjausyksikkö 33 on varustettu myös ajantallennuslaitteella. Tässä suoritusmuodossa ohjausyksikkö 33 laskee poran asennon muutoksen asentolähettimen 45 ja ajantallennuslaitteen tiedon funktiona, ja sitten nykyisen syöttönopeuden. Riippuen halutusta viitenopeudesta ja nykyisestä syöttönopeudesta, ohjausyksikkö 33 laskee ohjaussignaalin S. Sitten ohjausyksikkö laskee automaattisesti uuden syöttönopeuden mainitulle impulssinmuodostuslaitteelle ohjaussignaalin S mukaisesti. Viitenopeus otetaan esimerkiksi esillä olevan sovelluksen porausparametreista tai esillä olevan sovelluksen aiemmin mitatusta arvosta. Lopuksi ohjausyksikkö 33 laskee ohjaussignaalin S mukaisen ohjausvirran S. Ohjausyksikkö 33 säätää automaattisesti hydraulisen venttiilin 40 säätämällä venttiilin ohjausvirran siten, että venttiilin virtaus muuttuu vastaamaan poran uutta syöttönopeutta. Tässä tapauksessa ohjausyksikkö 33 säätää uuden nopeuden PID säätimenä, mutta se voi tietenkin säätää uuden nopeuden minkä muun tahansa tyyppisenä säätimenä, kuten PI säätimenä, tai adaptiivisena säätimenä.In addition, the chassis feed beam 33 has a position transmitter 45 designed to determine the position X of the drill relative to the feed beam. The position transmitter 45 is connected to the control unit 33. The position transmitter 45 sends information about the drill position X to the control unit 32. Based on the position of the drill, the control unit calculates how long the drilling has taken. The control unit 33 is also provided with a time recording device. In this embodiment, the control unit 33 calculates the change in drill position as a function of position transmitter 45 and time recorder information, and then the current feed rate. Depending on the desired reference speed and current feed rate, the control unit 33 calculates the control signal S. The control unit then automatically calculates a new feed rate for said pulse generator according to the control signal S. The reference rate is taken, for example, from the drilling parameters of the present application or from a previously measured value of the present application. Finally, the control unit 33 calculates the control current S according to the control signal S. The control unit 33 automatically adjusts the hydraulic valve 40 by adjusting the valve control current so that the valve flow changes to match the new feed rate of the drill. In this case, the control unit 33 adjusts the new rate as a PID controller, but can of course adjust the new rate as any other type of controller, such as the PI controller, or as an adaptive controller.

Jos syöttösylinteri korvataan toisen suoritusmuodon hydraulivaihteisella moottorilla, ei esitetty, poraa ajetaan eteenpäin käyttäen niin kutsuttua ketjusyöttöä. Kelkkaa ja poraa ajetaan eteenpäin ja taaksepäin palkilla kelkkaan kiinnitetyllä ketjulla, jota käytetään hydraulisella moottorilla, ja joka liikkuu syöttöpalkkia pitkin. Elektronisesti ohjattu hydraulinen venttiili on tässä yhdistetty ohjausyksikköön 33. Tässä tapauksessa ohjausyksikkö ohjaa poran liikkeitä ohjaamalla virtausta q elektronisesti ohjatusta hydraulisesta venttiilistä hydrauliseen moottoriin. Elektronisesti ohjattu hydraulinen venttiili on yhdistetty hydrauliseen moottoriin, jolloin se säätää hydraulisen moottorin männän varren liikkeitä. Virtausta q ohjataan samalla tavalla kuin edellä kuvattiin, pitämällä venttiilissä vakio paine-ero Ap siten, että virtaus q on suoraan verrannollinen venttiilin avausalaan A. Syöttövirtaus q on virtasäädettä-vä, joten hydraulisen venttiilin avausala A on verrannollinen ohjausvirtaan.If the supply cylinder is replaced by a hydraulic gear motor of the second embodiment, not shown, the drill is driven forward using so-called chain feed. The carriage and the drill are driven forward and backward by a chain mounted on the carriage, which is driven by a hydraulic motor and moves along the feed beam. The electronically controlled hydraulic valve is here connected to the control unit 33. In this case, the control unit controls the drill movements by controlling the flow q from the electronically controlled hydraulic valve to the hydraulic motor. The electronically controlled hydraulic valve is coupled to the hydraulic motor to regulate the movements of the piston rod of the hydraulic motor. Flow q is controlled in the same manner as described above by maintaining a constant differential pressure A p in the valve such that flow q is directly proportional to valve opening area A. The feed flow q is flow adjustable, so that hydraulic valve opening area A is proportional to the control flow.

Poraussovelluksen ensimmäisessä suoritusmuodossa käytetään rajoitettua ohjausta: käyttäjä määrittää tälle sovellukselle poran maksiminopeuden viitenopeutena. Nykyisen syöttönopeuden saavuttaessa annetun maksiminopeuden, ohjausyksikkö las kee uuden ohjausvirran, joka on suunniteltu kuristamaan virtaus hydrauliselta venttiililtä, jarruttaen siten syöttösylinteriä. Tällä tavoin ohjausyksikkö varmistaa, että nopeus ei kasva enempää. Nopeuden pudotessa ohjausyksikkö edelleen laskee ja lähettää uuden ohjausvirran hydrauliseen venttiiliin siten, että sen aukko kasvaa estäen porauksen huononnuksen. Tässä suoritusmuodossa, missä maksiminopeus on sallittu, maksiminopeutta ei saavuteta porattaessa kiinteään kallioon, koska tunkeu-tumisnopeus kallion läpi rajoittaa porausnopeutta. Ainoastaan silloin, kun pora saavuttaa ontelolta tai kallion helposti porattavia osia, syöttönopeus voi kasvaa liian nopeasti ja ohjausyksikkö aloittaa nopeuden rajoittamisen sen saavuttaessa annetun maksiminopeuden. Tämä suojaa laitteita liian suurelta nopeudelta tai liian nopealta kiihdytykseltä, tai muutoin laitteet voivat rikkoontua tai leikkuujäte voi tukkia pora-kruunun tai porakruunu voi juuttua, koska leikkuujätteen poistoon käytetty huuhteluaine huuhtoutuu pois kallion halkeamien kautta.In the first embodiment of the drilling application, limited control is used: the user specifies the maximum drill speed as a reference speed for this application. When the current feed rate reaches a given maximum speed, the control unit calculates a new control current designed to choke the flow from the hydraulic valve, thereby braking the feed cylinder. In this way, the control unit ensures that the speed does not increase further. As the speed drops, the control unit continues to lower and send a new control current to the hydraulic valve so that its opening increases, preventing drilling deterioration. In this embodiment, where the maximum speed is allowed, the maximum speed is not achieved when drilling into a solid rock because the penetration rate through the rock limits the drilling speed. Only when the drill reaches portions of the cavity or rock that are easy to drill can the feed rate increase too fast and the control unit starts speed limiting when it reaches the given maximum speed. This protects the equipment from too high speed or too fast acceleration, or else the equipment may break down or the cutting residue may clog the drill bit or the drill bit may get stuck as the rinse aid used to remove the cutting residue is washed away through cracks in the rock.

Poraussovelluksen toisessa suoritusmuodossa haluttua nopeutta säädetään: käyttäjä osoittaa tietyn keskinopeuden syöttönopeuden viitenopeutena. Tämä merkitsee sitä, että jos syöttönopeus on liian matala, ohjausyksikkö 33 lisää hydraulisen venttiilin 40 modulaatiota. Lisäksi, jos syöttönopeus on liian korkea, ohjausyksikkö vähentää hydraulisen venttiilin 40 modulaatiota. Tämä ohjausalgoritmi on sopiva esimerkiksi porateräksen sisäänmenossa ja ulostulossa. Silloin on tärkeää säilyttää ennalta määritelty nopeus, jotta kierteitä ei tarpeettomasti kuluteta. Poraa ohjataan silloin siten, että uusi nopeus on intervallin puitteissa. Tyypillinen intervalli on viitenopeus ±5 %. Jopa tiukempi intervalli on edullinen.In another embodiment of the drilling application, the desired speed is controlled: the user indicates a certain average speed feed rate as a reference rate. This means that if the feed rate is too low, the control unit 33 will increase the modulation of the hydraulic valve 40. Further, if the feed rate is too high, the control unit reduces the modulation of the hydraulic valve 40. This control algorithm is suitable, for example, for inlet and outlet of drill steel. It is then important to maintain a predetermined speed so that the threads are not unnecessarily worn. The drill is then guided so that the new speed is within the interval. A typical interval is a reference rate of ± 5%. Even tighter intervals are preferred.

Toisessa suoritusmuodossa ohjaussignaali raakasäädetään varustamalla ohjausyksikkö viitetaulukolla, joka antaa spesifisen venttiilimodulaation tietylle syöttöno-peudelle. Sitten ohjausyksikkö hienosäätää nopeuden säätämällä ohjaussignaalia po-rausalustan käytön aikana.In another embodiment, the control signal is roughly controlled by providing the control unit with a reference table that provides a specific valve modulation for a given feed rate. The control unit then fine-tunes the speed by adjusting the control signal during use of the drilling platform.

Toisessa suoritusmuodossa, ei esitetty, järjestetään asentolähettimen sijaan kiihty-vyysmittari (ei esitetty) syöttöpalkkiin poran kiihtyvyyden määrittämiseksi suhteessa syöttöpalkkiin ja nykyinen syöttönopeus lasketaan sitten mainitun kiihtyvyyden funktiona.In another embodiment, not shown, an accelerometer (not shown) is provided in place of the position transmitter on the feed beam to determine the acceleration of the drill relative to the feed beam, and the current feed rate is then calculated as a function of said acceleration.

Poraussovelluksen edelleen toisessa suoritusmuodossa käytetään kalibrointitoimin-toa, joka toteutetaan tietokonepohjaisessa ohjausjärjestelmässä tai ulkoisessa tietokoneessa viitetaulukon syöttämiseksi. Kalibrointi tehdään, kun alusta on uusija kun vaihdetaan alustan komponentti.In yet another embodiment of the drilling application, a calibration function is implemented which is implemented in a computer based control system or an external computer to input a reference table. Calibration is performed when the substrate is refreshed when the substrate component is replaced.

Edelleen toisessa poraussovelluksen suoritusmuodossa, alustaa ajetaan "hätätilanteessa", esimerkiksi jos asentolähetin rikkoontuu. Silloin käytetään viitetaulukkoa, samalla tavoin kuin edellä kuvattiin. Jotta oltaisiin varmoja, tämä ei anna samaa oikeaa nopeutta, mutta silti riittävän tarkan asetuksen, jotta porausta voidaan jatkaa alustan kanssa, esimerkiksi siihen asti kun varaosat saapuvat.In yet another embodiment of the drilling application, the platform is driven in an "emergency", for example, if the position transmitter breaks. A reference table is then used, in the same way as described above. To be sure, this does not provide the same correct speed, but still accurate enough to continue drilling with the chassis, for example, until spare parts arrive.

Kuvio 4A esittää kaksi tekniikan tason tietokoneen näyttöä 50a, 50b, joissa viite-parametrit syötetään aloitusparametreinä, esimerkiksi, erilaiset syöttöpaineet (bar) ja erilaiset virta-arvot (mA), jotka edustavat erilaisia nopeuksia porausalustan eri sovelluksille, otettuina viitetaulukosta. Erilaiset porausparametrit voivat olla maksimi syöttöpaine, minimisyöttöpaine, haluttu syöttöpaine porauksen aikana, syöttöpaine olakkeen asennuksen aikana, virta kalibrointia varten, maksiminopeutta eteenpäin vastaava virta, miniminopeutta eteenpäin vastaava virta, eteenpäinporauksen nopeutta vastaava virta, taaksepäinporauksen nopeutta vastaava virta ja/tai olakkeen asennuksen maksiminopeutta vastaava virta.Fig. 4A shows two prior art computer displays 50a, 50b in which reference parameters are input as starting parameters, for example, different feed pressures (bar) and different current values (mA) representing different speeds for different drilling platform applications, taken from the reference table. The various drilling parameters may be maximum feed pressure, minimum feed pressure, desired feed pressure during drilling, feed pressure during shoulder mounting, flow for calibration, maximum speed forward current, minimum speed forward current, reverse drill current or max. .

Kuvio 4B esittää keksinnön yhden suoritusmuodon mukaiset kaksi tietokoneen näyttöä 50c, 50d, joissa käyttäjä syöttää aloitusparametrit, kuten erilaiset syöttöpaineet (bar) ja erilaiset nopeudet (m/min) porausalustan eri sovelluksille. Erilaiset porausparametrit voivat olla olakkeen asennuksen syöttöpaine, haluttu syöttöpaine porauksen aikana, maksimisyöttöpaine porauksen aikana, minimisyöttöpaine porauksen aikana, kalibrointinopeus, haluttu porausnopeus, olakkeen asennuksen nopeus, maksiminopeus eteenpäin ja/tai maksiminopeus taaksepäin. Muutkin porausparametrit ovat mahdollisia.Fig. 4B shows two computer screens 50c, 50d according to one embodiment of the invention, in which the user input input parameters such as different feed pressures (bar) and different speeds (m / min) for different drilling platform applications. The various drilling parameters may be shoulder mounting feed pressure, desired feed pressure during drilling, maximum feed pressure during drilling, minimum feed pressure during drilling, calibration speed, desired drilling speed, shoulder mounting speed, maximum forward and / or reverse speed. Other drilling parameters are possible.

Kuvio 5A esittää vuokaavion menetelmästä ainakin yhden porausparametrin ohjaamiseksi kallioporauksessa, jossa impulssinmuodostuslaite poraa kalliota iskuväli-neellä, joka on suunniteltu indusoimaan iskuaaltoja työkalussa, joka toimii kalliota vasten. Impulssinmuodostuslaitetta voidaan siirtää poraussuunnassa suhteessa tukivälineeseen. Impulssinmuodostuslaitteeseen on järjestetty ohjausyksikkö.Figure 5A shows a flow diagram of a method for controlling at least one drilling parameter in rock drilling, wherein the impulse generator drills rock with an impact device designed to induce shock waves in a tool acting against the rock. The impulse generator may be moved in the drilling direction relative to the support means. A control unit is provided in the impulse generator.

Menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: a) Ensimmäinen porausparametri asetetaan määrittämällä viitenopeus joko niin, että käyttäjä syöttää viitenopeuden arvon manuaalisesti ohjausjärjestelmään, tai ohjausyksikkö hakee automaattisesti viitenopeuden viitetaulukosta (60). b) Määritellään (61) toinen porausparametri, nykyinen syöttönopeus. Nykyinen syöttönopeus on nopeuden mitattu arvo, tai nopeuden laskettu arvo, riippuen kiihdytyksen mitatusta arvosta. c) Ohjaussignaali lasketaan viitenopeuden ja nykyisen nopeuden funktiona ohjausyksikön (64) ennalta määritellyllä laskentamenetelmällä. Laskentamenetelmä voi olla yksi PI tai PID säädön muunnoksista tai adaptiivinen säätö. Ohjaussignaali voidaan myös laskea nykyisen syöttönopeuden absoluuttisen suuruuden ja halutun syöttönopeuden välisen erotuksen funktiona. d) Uusi syöttönopeus säädetään automaattisesti ohjaussignaalin funktiona.The method comprises the following steps: a) The first Drilling Parameter is set by specifying a reference rate either by manually entering a reference rate value into the control system or by the control unit automatically retrieving the reference rate from the reference table (60). b) Defining (61) the second Drilling Parameter, the current feed rate. The current feed rate is the measured value of the speed, or the calculated value of the speed, depending on the measured value of the acceleration. c) The control signal is calculated as a function of the reference speed and current speed by a predetermined calculation method of the control unit (64). The calculation method may be one of the variations of the PI or PID control or the adaptive control. The control signal can also be calculated as a function of the difference between the absolute magnitude of the current feed rate and the desired feed rate. d) The new feed rate is automatically adjusted as a function of the control signal.

Eräässä suoritusmuodossa ohjaussignaali säätää venttiiliä, joka ohjaa impulssin-muodostuslaiteen liikkeitä suhteessa tukivälineeseen (66).In one embodiment, the control signal controls a valve that controls the movement of the impulse generator relative to the support means (66).

Kuvio 5B esittää toisen suoritusmuodon vuokaavion menetelmästä ainakin yhden porausparametrin ohjaamiseksi kallioporauksessa. Menetelmä käsittää edellä kuvatut vaiheet sekä seuraavan vaiheen: e) Vaiheita b-d toistetaan (68). Tätä tehdään esimerkiksi siihen asti, kunnes uusi nopeus on viitenopeuden edullisen intervallin puitteissa. Toisessa suoritusmuodossa, tätä vaihetta toteutetaan siten, että uusi nopeus lähestyy viitenopeutta ylittämättä sitä.Figure 5B shows a second embodiment of a flow diagram of a method for controlling at least one drilling parameter in rock drilling. The method comprises the steps described above and the following step: e) Steps b-d are repeated (68). This is done, for example, until the new rate is within the preferred interval of the reference rate. In another embodiment, this step is implemented such that the new rate approaches the reference rate without exceeding it.

Ohjausyksikön fyysinen toteutus käsittää loogisen yksikön, tietokoneyksikön tai laskinyksikön, jossa on mikroprosessori tai prosessoreja, käsittäen keskusyksikön (CPU) tai ohjelmoitavan porttimatriisin (FPGA) tai jonkin muun puolijohdeyksi-kön, jossa on ohjelmoitavia loogisia komponentteja sekä ohjelmoitavia piirejä tämän keksinnön yhden aspektin mukaisen menetelmän toteuttamiseksi. Tämä tehdään ohjelmamuistiin ainakin osittain tallennetun yhden tai useamman tietokoneohjelman avulla, johon muistiin ohjausyksiköllä on pääsy. Tietokoneohjelma käsittää ohjelmakoodielementit, tai ohjelmiston, joka voi saada tietokoneen suorittamaan menetelmää käyttämällä edelläkuvattuja yhtälöitä, algoritmeja, tietoa ja laskelmia.The physical implementation of the control unit comprises a logic unit, a computer unit or a calculator unit having a microprocessor or processors, comprising a central processing unit (CPU) or a programmable port array (FPGA) or other semiconductor unit having programmable logic components and programmable circuits . This is done by means of one or more computer programs stored at least partially in the program memory to which the control unit has access. A computer program comprises program code elements, or software that can cause a computer to execute a method using the above described equations, algorithms, data, and calculations.

Keksintö ei rajoitu esitettyihin esimerkinomaisiin suoritusmuotoihin, vaan alan ammattimies osaa tietenkin muuntaa sitä monella tavalla patenttivaatimuksissa määritellyllä keksinnön soveltamisalalla. Siten esimerkiksi asentolähettimen sijaan voidaan käyttää nopeuslähetintä, jossa erityinen lähetin, joka osoittaa poran nopeuden, järjestetään syöttöpalkkiin. Lisäksi poran liikkeitä voidaan ohjata hydraulisesti tai pneumaattisesti, sähköisen sijaan. Voidaan käyttää erilaisia syöttimen malleja, esim, sähkömoottorilla tai palloruuvilla varustettuja.The invention is not limited to the exemplary embodiments shown, but of course, one skilled in the art can modify it in many ways within the scope of the invention as defined in the claims. Thus, for example, instead of a position transmitter, a speed transmitter can be used in which a special transmitter indicating the speed of the drill is arranged in the feed beam. In addition, drill movements can be controlled hydraulically or pneumatically instead of electric. Various feeder designs can be used, e.g. with electric motor or ball screw.

Claims

A method for controlling the feed rate of a rock drill (14, 31) when drilling a rock (17) into which a control unit (33) is provided, comprising the steps of: a) manually feeding the feed rate to a reference rate control unit; characterized in that the method further comprises: a) determining the control signal (S) as a function of the reference rate, b) adjusting the feed rate as a function of the control signal.

The method of claim 1, further comprising: a) determining the current feed rate, b) calculating the control signal (S) as a function of the reference rate and the current feed rate.

The method of claim 1 or 2, wherein the control signal (S) is calculated as a function of the difference between the current feed rate and the reference rate.

The method of any one of claims 1 to 3, wherein the reference rate is obtained from the reference table (50a-d) according to the reference rate.

The method of any one of claims 1 to 4, wherein the control signal (S) is also calculated as a function of the average of a plurality of successively determined values of the current feed rate and the reference rate.

The method of any one of claims 1 to 5, wherein the new feed rate is adjusted to be less than or equal to the reference rate.

The method of any one of claims 1 to 6, wherein the new feed rate is adjusted to be within an interval comprising a reference rate.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the reference rate is obtained from a reference table (50a-d) which gives a valve modulation specific for a given rate.

A computer-based control system for controlling a rock drill feed rate in a rock drill having a control unit provided with the control unit, characterized in that the control system further comprises: a display feed rate reference input to a control unit wherein the control unit is arranged to automatically adjust the rock drill feed rate.

The computer based control system of claim 9, further comprising means for determining a current feed rate, and a calculating unit arranged to calculate the control signal (S) as a function of the reference rate and the current feed rate and to adjust the new feed rate as a function of the control signal.

The computer based control system of claim 10, wherein the current speed is measured by a speed transmitter.

The computer based control system of claim 10, further comprising a station transmitter configured to measure the current position (X) of the rock drill, wherein the rock drill can move in the feed beam in the drilling direction and the position transmitter is arranged in the feed beam (13, 32). (14, 31) as a function of position change relative to support means (13, 32).

The computer based control system of claim 10, further comprising an accelerometer, wherein the rock drill can move along the feed beam in the drilling direction and the accelerometer is arranged on the feed beam (13, 32) and determines the acceleration of the rock drill (14, 31) function.

The computer based control system according to any one of claims 10 to 13, wherein the flow-controlled supply pressure controls the movement of the impulse-forming device (14, 31) by means of support means (13, 32), which flow (q) is controlled as a function of the control signal (S).

The computer based control system of claim 14, wherein the control system further automatically adjusts the feed rate as a function of the reference rate according to one of the control methods PI, PID.

The computer-based control system of claim 15, wherein the control system further comprises controlling the supply current.

A computer program loaded directly into a computer's internal memory, the program having a program code for controlling the method of claims 1-8.

A computer readable medium storing a computer program designed to cause a computer to perform the steps of any one of claims 1 to 8.

A drilling platform comprising a computer based control system according to any one of claims 9 to 16. claim