专利名称：旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种旋挖钻机，尤其涉及一种旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统和方法。
背景技术：
旋挖钻机的钻杆通常是一种伸缩杆，以四节结构为例，最外层为第一节，次外层为第二节，再里面一层为第三节，最里层为第四节。但是，在施工过程中，如果因操作不当或其他原因会发生带杆故障，如果对带杆故障处理不当，进而会发展成卡杆故障(即相邻的两节钻杆被卡在一起，相互之间不能转动和轴向滑动)。以钻杆收缩过程为例，在钻进结束提钻时，旋挖钻机的主卷扬钢丝绳提升，钻杆的第四节带着钻具一起向上提升，同时第四节向钻杆的第三节内缩进，当被提升的第四节完全缩进第三节内时，安装在第四节上的动力头的上托盘缓冲弹簧将第三节托起，并带着第三节一起向上提升，同时第三节向钻杆的第二节内缩进，如此下去，直至第四节、第三节和第二节全部完全缩进第一节，因此，如果在次过程中，出现带杆或卡杆故障，从而进一步会导致严重的砸杆事件而损坏钻杆和动力头。然而，目前的旋挖钻机均未设有可监测旋挖钻机钻杆的设备或系统，以便及时发现故障及时处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可监测旋挖钻机钻杆伸缩状态的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统和方法。为达到上述目的，本发明一方面提供了一种旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统，包括第一位移传感器，用于监测钻头相对于地面的第一位移；第二位移传感器，用于监测动力头相对于地面的第二位移；第三位移传感器，用于监测所述动力头的上托盘缓冲弹簧的实际形变量；PLC，用于根据接收到的所述第一位移和所述第二位移获取钻杆的伸缩总长度，根据所述钻杆的伸缩总长度以及所述钻杆中每节钻杆的长度和重量获取所述钻杆的伸缩总长度的重量，根据所述钻杆的伸缩总长度的重量和所述上托盘缓冲弹簧的弹性系数获取所述上托盘缓冲弹簧的设定形变量，将所述设定形变量与接收到的所述实际形变量进行比较，当所述实际形变量小于所述设定形变量则输出带杆报警触发信号，当所述实际形变量大于所述设定形变量则输出卡杆报警触发信号；报警模块，用于根据接收到的所述带杆报警触发信号或所述卡杆报警触发信号对应输出带杆报警信号或卡杆报警信号。本发明的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统，所述第一位移传感器为一旋转编码器，所述旋转编码器固定于卷扬中心轴上。本发明的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统，所述第二位移传感器为一超声波传感器，所述超声波传感器通过连杆固定于所述动力头上，其探头垂直朝向地面，且其探头中心至所述动力头轴线的距离大于钻头的成孔半径。本发明的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统，所述第三位移传感器为两个超声波传感器，两个所述超声波传感器分别通过一个减震垫对称安装在所述动力头的左、右联板上， 且其探头向下垂直朝向所述上托盘缓冲弹簧。本发明的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统，还包括显示屏，用于接收所述PLC同步输出的所述钻杆的伸缩总长度、所述实际形变量和所述第一、二、三位移，并且其上设置有所述报警模块。再一方面，本发明还提供了一种旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，包括以下步骤监测钻头相对于地面的第一位移、动力头相对于地面的第二位移以及所述动力头的上托盘缓冲弹簧的实际形变量；根据接收到的所述第一位移和所述第二位移获取钻杆的伸缩总长度，根据所述钻杆的伸缩总长度以及所述钻杆中每节钻杆的长度和重量获取所述钻杆的伸缩总长度的重量，根据所述钻杆的伸缩总长度的重量和所述上托盘缓冲弹簧的弹性系数获取所述上托盘缓冲弹簧的设定形变量；将所述设定形变量与接收到的所述实际形变量进行比较，当所述实际形变量小于所述设定形变量则进行带杆报警，当所述实际形变量大于所述设定形变量则进行卡杆报
Sfc目。本发明的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，所述第一位移由固定于卷扬中心轴上的旋转编码器实现。本发明的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，所述第二位移由通过连杆固定于所述动力头上的超声波传感器实现，其探头垂直朝向地面，且其探头中心至所述动力头轴线的距离大于钻头的成孔半径。本发明的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，所述实际形变量由两个超声波传感器实现，两个所述超声波传感器分别通过一个减震垫对称安装在所述动力头的左、右联板上， 且其探头向下垂直朝向所述上托盘缓冲弹簧。本发明的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，还包括将监测到所述钻杆的伸缩总长度、所述实际形变量和所述第二位移同步显示输出的步骤。本发明的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统包括，第一位移传感器，监测钻头相对于地面的第一位移；第二位移传感器，监测动力头相对于地面的第二位移；第三位移传感器，监测动力头的上托盘缓冲弹簧的实际形变量；PLC，根据接收到的第一位移和第二位移获取钻杆的伸缩总长度，根据钻杆的伸缩总长度以及钻杆中每节钻杆的长度和重量获取钻杆的伸缩总长度的重量，根据钻杆的伸缩总长度的重量和上托盘缓冲弹簧的弹性系数获取上托盘缓冲弹簧的设定形变量，将设定形变量与接收到的实际形变量进行比较，当实际形变量小于设定形变量则输出带杆报警触发信号，当实际形变量大于设定形变量则输出卡杆报警触发信号，报警模块，根据接收到的带杆报警触发信号或卡杆报警触发信号对应输出带杆报警信号或卡杆报警信号从而实现了对旋挖钻机钻杆带杆卡杆的监控，便于及时发现带杆卡杆故障及时作出反应。
图1为本发明一个实施例的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统的电气结构图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述参考图1所示，本实施例的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统包括一个用于监测钻头相对于地面的第一位移的旋转编码器，一个用于监测动力头相对于地面的第二位移的超声波传感器A，两个用于监测动力头的上托盘缓冲弹簧的实际形变量的超声波传感器B，以及旋挖钻机的PLC和其上设置有报警模块的显示器，其中，PLC用于根据接收到的第一位移和所述第二位移获取钻杆的伸缩总长度，根据钻杆的伸缩总长度以及钻杆中每节钻杆的长度和重量获取钻杆的伸缩总长度的重量，根据钻杆的伸缩总长度的重量和上托盘缓冲弹簧的弹性系数获取上托盘缓冲弹簧的设定形变量，将设定形变量与接收到的实际形变量进行比较，当实际形变量小于设定形变量则输出带杆报警触发信号，当实际形变量大于设定形变量则输出卡杆报警触发信号；显示屏上的报警模块则根据接收到的带杆报警触发信号或卡杆报警触发信号对应输出带杆报警信号或卡杆报警信号，而显示屏还用于接收PLC同步输出的钻杆的伸缩总长度、实际形变量和第二位移，以便查看。其中，旋转编码器1固定于卷扬中心轴上，旋转编码器1理论上也可以采用拉绳传感器，但是，但拉绳传感器对拉绳受力方向要求严格，安装不当极易造成拉绳断裂或传感器损坏。超声波传感器A通过连杆固定于动力头上，其探头垂直朝向地面，且其探头中心至动力头轴线的距离大于钻头的成孔半径，以避免钻孔对距离测量的干扰。两个超声波传感器 B分别通过一个减震垫(如胶垫)对称安装在动力头的左、右联板上(图中仅示出其中一个)，且其探头向下垂直朝向上托盘缓冲弹簧。需要说明的是，之所以采用两个超声波传感器B是为了尽可能减小测量误差，PLC会对两个超声波传感器B输出的实际形变量取平均值，减震垫可以很好的减弱动力头震动时对超声波传感器B的不利影响。此外，上述超声波传感器A和上述超声波传感器B理论上也可以采用光电传感器，但光电传感器易受表面脏污影响，不太适合旋挖钻机的工作环境。基于上述系统，在钻杆下放或上提时，本实施例的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，包括以下步骤步骤Si，首先，监测钻头相对于地面的第一位移、动力头相对于地面的第二位移以及动力头的上托盘缓冲弹簧的实际形变量，同时，将监测到钻杆的伸缩总长度、实际形变量和第二位移同步显示输出。步骤S2，其次，根据接收到的第一位移和第二位移获取钻杆的伸缩总长度，根据钻杆的伸缩总长度以及钻杆中每节钻杆的长度和重量获取钻杆的伸缩总长度的重量，根据钻杆的伸缩总长度的重量和上托盘缓冲弹簧的弹性系数获取上托盘缓冲弹簧的设定形变量。步骤S3，最后，将设定形变量与接收到的实际形变量进行比较，当实际形变量小于设定形变量，说明动力头承受的重量偏小，也就钢丝绳承受的拉力偏大，说明此时钻杆带杆了，则进行带杆报警，反之，当实际形变量大于设定形变量，说明钻杆卡杆了，则进行卡杆报
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统，其特征在于，包括第一位移传感器，用于监测钻头相对于地面的第一位移；第二位移传感器，用于监测动力头相对于地面的第二位移；第三位移传感器，用于监测所述动力头的上托盘缓冲弹簧的实际形变量；PLC，用于根据接收到的所述第一位移和所述第二位移获取钻杆的伸缩总长度，根据所述钻杆的伸缩总长度以及所述钻杆中每节钻杆的长度和重量获取所述钻杆的伸缩总长度的重量，根据所述钻杆的伸缩总长度的重量和所述上托盘缓冲弹簧的弹性系数获取所述上托盘缓冲弹簧的设定形变量，将所述设定形变量与接收到的所述实际形变量进行比较，当所述实际形变量小于所述设定形变量则输出带杆报警触发信号，当所述实际形变量大于所述设定形变量则输出卡杆报警触发信号；报警模块，用于根据接收到的所述带杆报警触发信号或所述卡杆报警触发信号对应输出带杆报警信号或卡杆报警信号。
2.根据权利要求1所述的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统，其特征在于，所述第一位移传感器为一旋转编码器，所述旋转编码器固定于卷扬中心轴上。
3.根据权利要求1所述的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统，其特征在于，所述第二位移传感器为一超声波传感器，所述超声波传感器通过连杆固定于所述动力头上，其探头垂直朝向地面，且其探头中心至所述动力头轴线的距离大于钻头的成孔半径。
4.根据权利要求1所述的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统，其特征在于，所述第三位移传感器为两个超声波传感器，两个所述超声波传感器分别通过一个减震垫对称安装在所述动力头的左、右联板上，且其探头向下垂直朝向所述上托盘缓冲弹簧。
5.根据权利要求1所述的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统，其特征在于，还包括显示屏，用于接收所述PLC同步输出的所述钻杆的伸缩总长度、所述实际形变量和所述第一、二、三位移，并且其上设置有所述报警模块。
6.一种旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，其特征在于，包括以下步骤监测钻头相对于地面的第一位移、动力头相对于地面的第二位移以及所述动力头的上托盘缓冲弹簧的实际形变量；根据接收到的所述第一位移和所述第二位移获取钻杆的伸缩总长度，根据所述钻杆的伸缩总长度以及所述钻杆中每节钻杆的长度和重量获取所述钻杆的伸缩总长度的重量，根据所述钻杆的伸缩总长度的重量和所述上托盘缓冲弹簧的弹性系数获取所述上托盘缓冲弹簧的设定形变量；将所述设定形变量与接收到的所述实际形变量进行比较，当所述实际形变量小于所述设定形变量则进行带杆报警，当所述实际形变量大于所述设定形变量则进行卡杆报警。
7.根据权利要求6所述的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，其特征在于，所述第一位移由固定于卷扬中心轴上的旋转编码器实现。
8.根据权利要求6所述的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，其特征在于，所述第二位移由通过连杆固定于所述动力头上的超声波传感器实现，其探头垂直朝向地面，且其探头中心至所述动力头轴线的距离大于钻头的成孔半径。
9.根据权利要求6所述的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，其特征在于，所述实际形变量由两个超声波传感器实现，两个所述超声波传感器分别通过一个减震垫对称安装在所述动力头的左、右联板上，且其探头向下垂直朝向所述上托盘缓冲弹簧。
10.根据权利要求6所述的旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控方法，其特征在于，还包括 将监测到所述钻杆的伸缩总长度、所述实际形变量和所述第二位移同步显示输出的步马聚ο
全文摘要
本发明公开了一种旋挖钻机钻杆带杆卡杆监控系统和方法，该系统包括，第一位移传感器，监测钻头相对于地面的第一位移；第二位移传感器，监测动力头相对于地面的第二位移；第三位移传感器，监测动力头的上托盘缓冲弹簧的实际形变量；PLC，根据接收到的第一位移和第二位移获取钻杆的伸缩总长度，根据钻杆的伸缩总长度以及钻杆中每节钻杆的长度和重量获取钻杆的伸缩总长度的重量，根据钻杆的伸缩总长度的重量和上托盘缓冲弹簧的弹性系数获取上托盘缓冲弹簧的设定形变量，将设定形变量与接收到的实际形变量进行比较，当实际形变量小于设定形变量则输出带杆报警触发信号，当实际形变量大于设定形变量则输出卡杆报警触发信号，从而实现对旋挖钻机钻杆带杆卡杆的监控。
文档编号E21B44/00GK102418510SQ20111040197
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者丛丛, 刘振岳, 张晨亮 申请人:北京市三一重机有限公司