一种钻机钻进参数调整方法和系统与流程

本发明涉及地质岩心钻探技术领域，具体涉及一种钻机钻进参数调整方法和系统。

背景技术：

转速、钻压、泵冲流量等参数是岩心钻探工艺中影响钻孔质量和钻进效率最重要的工艺参数。目前液压动力头式岩心勘探钻机是通过液压手柄或旋钮手动调整的方法逐步得到需要的工艺参数数值，有时甚至需要进行多步操作才能达到调节目的，且受手动操作影响，结果精准度不高，操作方式复杂，对钻机的操作机手的技能要求高，同时可能引发误操作。

有鉴于此，急需对现有的勘探钻机的工艺参数的调节方法做出改进，采用全自动调节方式，降低了对操作熟练程度的依赖，且避免出现误操作的现象发生，同时增加调节效率和精度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的勘探钻机的工艺参数的调节方法存在需要手动调节，容易出现操作失误，以及存在调节效率低、调节精度差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种钻机钻进参数调整方法，包括以下步骤：

将钻机的动力头主轴所需要的转速转化为第一流量，并控制转速液压电磁阀的开度，输出所述第一流量；

将钻进所需要的钻压转化为进给油缸所需的第二流量，并控制进给液压电磁阀的开度，输出所述第二流量；

将钻机所需要的泵冲流量转化为泥浆泵马达所需的第三流量，并控制泥浆泵马达液压电磁阀的开度，输出所述第三流量；

根据实时采集到的动力头主轴的转速、进给油缸的压力和泥浆泵的流量，实时调整所述转速液压电磁阀、进给液压电磁阀和泥浆泵马达液压电磁阀的开度，进而实时调整所述第一流量、第二流量和第三流量。

在上述方案中，通过以下动力头主轴转速公式将钻机的动力头主轴所需要的转速转化为第一流量：

其中，n动力头主轴为动力头的主轴转速，i为变速箱的档位传动比，v液压马达为马达排量，n主轴为液压马达输出的转速，q液压油为第一流量，η为综合效率。

在上述方案中，输入所述动力头主轴的转速，并与实际转速作对比，通过所述动力头主轴转速公式判断第一流量的调整方向，根据实际转速与设定转速的偏差调整转速液压电磁阀的开度，并通过钻机的控制系统中的反馈单元实时反馈实际转速，直至其与设定转速相同。

在上述方案中，通过以下钻压公式将钻机钻进需要的钻压转化为第二流量：

f上＝π*(d/2)²*p无，f下＝π*[(d/2)²-(d/2)²]*p有，f＝g-f上+f下，f＝g-π*(d/2)²*p无+π*[(d/2)²-(d/2)²]*p有，

其中d为进给油缸的缸径，d为进给油缸的杠杆的杆径，p无为无杆腔压力，p有为有杆腔压力，f上为提升力，f下为进给力，g为钻具重量，f为钻压，且p无和p有为第二流量。

在上述方案中，输入所需的钻压值，并与实际钻压作对比，通过所述钻压公式判断第二流量的调整方向，根据实际钻压与设定钻压的偏差调整进给液压电磁阀的开度，并通过钻机的控制系统中的反馈单元实时反馈实际钻压，直至其与设定钻压相同。

在上述方案中，通过以下泵冲流量公式将钻机所需要的泵冲流量转化为泥浆泵马达所需的第三流量：

q泥浆＝(d/2)²*π*l*n活塞*n泵，泵冲流量

其中，q泥浆为泵冲流量，n活塞为泥浆泵的活塞数量，d为泥浆泵的泵径，l为泥浆泵的行程，n泵为泥浆泵的泵速，i泵为泥浆泵的传动比，n马达为泥浆泵马达的转速，v马达为泥浆泵马达的排量，q液压油为第三流量。

在上述方案中，输入所需要的泵冲流量，并与实际泵冲流量作对比，通过所述泵冲流量公式判断第三流量的调整方向，根据实际泵冲流量与设定泵冲流量的偏差调整泥浆泵马达液压电磁阀的开度，并通过钻机的控制系统中的反馈单元实时反馈实际泵冲流量，直至其与设定泵冲流量相同。在上述方案中，采用转速传感器实时采集动力头主轴的实际转速，通过实时测量动力头油缸的压力换算钻进的实际钻压，通过实时检测泥浆泵活塞的频率换算得到泥浆泵的泵冲流量。

在上述方案中，所述钻机为液压动力头式岩心钻机。

本发明还公开了一种钻机钻进参数调整系统，包括：

参数输入单元，用于输入钻机的钻进参数，所述钻进参数包括动力头主轴所需要的转速、钻进所需要的钻压和泵冲流量；

转速液压电磁阀控制单元，用于控制转速液压电磁阀的开度，使其输出第一流量；

进给液压电磁阀控制单元，用于控制进给液压电磁阀的开度，使其输出第二流量；

泥浆泵马达液压电磁阀控制单元，用于泥浆泵马达液压电磁阀的开度，使其输出第三流量；

反馈单元，用于实时采集到的动力头主轴的转速、进给油缸的压力和泥浆泵的流量，实时调整所述转速液压电磁阀、进给液压电磁阀和泥浆泵马达液压电磁阀的开度，进而实时调整所述第一流量、第二流量和第三流量。

与现有技术相比，本发明采用全自动调节方式，降低了对操作熟练程度的依赖，新人上手快，且避免出现操作失误的现象发生，同时有效增加了调节效率以及调节精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种钻机钻进参数调整方法和系统，采用全自动调节方式，降低了对操作熟练程度的依赖，新人上手快，且避免出现操作失误的现象发生，同时有效增加了调节效率以及调节精度。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种钻机钻进参数调整方法，包括以下步骤：

将钻机的动力头主轴所需要的转速转化为第一流量，并控制转速液压电磁阀的开度，输出第一流量；

将钻机的钻进钻压转化为进给油缸40所需的第二流量，并控制进给液压电磁阀的开度，输出第二流量；

将钻机所需要的泵冲流量转化为泥浆泵马达50所需的第三流量，并控制泥浆泵马达50液压电磁阀的开度，输出第三流量；

根据实时采集到的动力头主轴的转速、进给油缸40的压力和泥浆泵的流量，实时调整转速液压电磁阀、进给液压电磁阀和泥浆泵马达50液压电磁阀的开度，进而实时调整第一流量、第二流量和第三流量。

采用该种方式进行实时反馈和调整，操作简单，使用方便，同时能够精确的调节钻进参数。

本发明通过以下动力头主轴转速公式将钻机的动力头主轴所需要的转速转化为第一流量：

其中，n动力头主轴为动力头30的主轴转速，i为变速箱的档位传动比，v液压马达为马达排量，n主轴为液压马达20输出的转速，q液压油为第一流量，η为综合效率。

综上所述，公式中i，v液压马达，η均为固有参数，只有q液压油为可控制变量，所以当需要某主轴转速的工艺参数时，可根据如上公式调整转速液压电磁阀，使液压油流量q液压油达到合适值，进而使得动力头主轴的实际转速与设定转速相符。

进一步优化地，输入动力头主轴的转速，并与实际转速作对比，通过动力头主轴转速公式判断第一流量的调整方向，即判断将第一流量调大或调小，根据实际转速与设定转速的偏差调整转速液压电磁阀的开度，该过程根据偏差值的大小采用合适的变化速率，并通过钻机的控制系统中的反馈单元实时反馈实际转速，直至其与设定转速相同。

本发明通过以下钻压公式将钻机钻进需要需要的钻压转化为第二流量：

f上＝π*(d/2)²*p无，f下＝π*[(d/2)²-(d/2)²]*p有，f＝g-f上+f下，f＝g-π*(d/2)²*p无+π*[(d/2)²-(d/2)²]*p有，

其中d为进给油缸40的缸径，d为进给油缸40的杠杆的杆径，p无为无杆腔压力，p有为有杆腔压力，f上为提升力，f下为进给力，g为钻具重量，f为钻压，且p无和p有为第二流量。

综上所述，公式中g、d、d均为固有数值，只有p无和p有是可控制变量，当需要某钻压时，可根据如上算法，调整相应的进给液压电磁阀，使p无,p有分别达到适当值，进而直接得到输入的钻压值。

进一步优化地，输入所需的钻压值，并与实际钻压作对比，通过钻压公式判断第二流量的调整方向，即判断将第二流量调大或调小，根据实际钻压与设定钻压的偏差调整进给液压电磁阀的开度，该过程根据偏差值的大小采用合适的变化速率，并通过钻机的控制系统中的反馈单元实时反馈实际钻压，直至其与设定钻压相同。

本发明通过以下泵冲流量公式将钻机所需要的泵冲流量转化为泥浆泵马达50所需的第三流量：

q泥浆＝(d/2)²*π*l*n活塞*n泵，泵冲流量

其中，q泥浆为泵冲流量，n活塞为泥浆泵60的活塞数量，d为泥浆泵60的泵径，l为泥浆泵60的行程，n泵为泥浆泵60的泵速，i泵为泥浆泵60的传动比，n马达为泥浆泵马达50的转速，v马达为泥浆泵马达50的排量，q液压油为第三流量。

综上所述，公式中d、l、n活塞、i泵、v马达均为固有参数，只有q液压油为可控制变量，当需要某泵冲流量的工艺参数时，可根据如上算法，调整液压油流量电磁阀，使液压油流量q液压油达到适当值，进而直接得到该泵冲流量值。

进一步优化地，输入所需要的泵冲流量，并与实际泵冲流量作对比，通过泵冲流量公式判断第三流量的调整方向，即判断将第三流量调大或调小，根据实际泵冲流量与设定泵冲流量的偏差调整泥浆泵马达液压电磁阀的开度，该过程根据偏差值的大小采用合适的变化速率，并通过钻机的控制系统中的反馈单元实时反馈实际泵冲流量，直至其与设定泵冲流量相同。

本发明，采用转速传感器实时采集动力头30主轴的实际转速，通过实时测量动力头油缸的压力换算钻进的实际钻压，通过实时检测泥浆泵活塞的频率换算得到泥浆泵的泵冲流量。便于对主轴的转速、动力头30的钻压以及泥浆泵马达50的排量进行实时采集，增加调整精度。

进一步优化地，钻机为液压动力头30式岩心钻机。

本发明还提供了一种钻机钻进参数调整系统，包括参数输入单元10、转速液压电磁阀控制单元、进给液压电磁阀控制单元以及反馈单元。

参数输入单元10用于输入钻机的钻进参数，钻进参数包括动力头30主轴所需要的转速、钻进需要的钻压和泵冲流量、泥浆泵马达50液压电磁阀控制单元以及反馈单元。

转速液压电磁阀控制单元用于控制转速液压电磁阀的开度，使其输出第一流量；进给液压电磁阀控制单元用于控制进给液压电磁阀的开度，使其输出第二流量；泥浆泵马达50液压电磁阀控制单元用于泥浆泵马达50液压电磁阀的开度，使其输出第三流量；反馈单元用于实时采集到的动力头30主轴的转速、进给油缸40的压力和泥浆泵50的流量，实时调整转速液压电磁阀、进给液压电磁阀和泥浆泵马达50液压电磁阀的开度，进而实时调整第一流量、第二流量和第三流量。

本发明采用全自动调节方式，降低了对操作熟练程度的依赖，新人上手快，且避免出现操作失误的现象发生，同时有效增加了调节效率以及调节精度。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。