一种入岩钻机及其控制系统和控制方法

专利名称：一种入岩钻机及其控制系统和控制方法
技术领域：
本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种用于入岩钻机的控制系统。本发明 还涉及一种包括上述控制系统的入岩钻机，以及应用上述控制系统的控制方法。
背景技术：
随着我国经济建设的快速发展，各种工程机械特别是旋挖钻机越来越广泛地应用 于现代化建设的诸多领域中。旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械.广泛地应用于市政 建设、公路桥梁、高层建筑等基础施工工程中，通过与各种不同的钻具配合，适应于干式 (与短螺旋钻具配合)，或湿式(与回转斗配合)及岩层(与岩心钻配合)的成孔作业。旋 挖钻机以其装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高和成孔质量好等 优势，在工程施工领域得到了广泛的使用，成为工程施工的主要成孔设备。对岩层进行钻孔作业时使用的旋挖钻机为入岩钻机，工程机械自动化程度的提高 一直受到现场施工条件复杂多变、安全性要求高等条件的限制，对于旋挖钻机特别是入岩 钻机同样存在着这样的问题。入岩钻机的入岩深度和进给量的控制是整个施工过程中最为 关键，也是最耗时耗力的一个步骤，在入岩钻机的入岩过程中，当钻机达到指定的深度时， 需要将钻头提起，钻头提起时间延迟，会导致钻孔深度加深，而钻头提起的时间提前，又会 造成钻孔深度不够。目前，入岩钻机一般通过操作手结合长期的操作经验对其工作状态进行控制和调 整，整个调整的过程对操作手的要求较高，而且操作手的观察和判断无法避免地会存在较 大的误差，使得入岩效率和入岩精度均较难以得到保证；同时，在入岩钻机破岩的过程中， 操作手通过操纵液压推杆实现手动破岩，劳动强度较高，且破岩频率较低。因此，如何减轻在入岩钻机的破岩过程中操作手的劳动强度，并提高入岩控制精 度和破岩效率，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于入岩钻机的控制系统，其能够降低破岩过程中操作 手的劳动强度，并且能够提高入岩钻机的入岩精度和破岩效率。本发明的另一目的是提供 一种包括上述控制系统的入岩钻机，以及应用上述控制系统的控制方法。为解决上述技术问题，本发明提供一种用于入岩钻机的控制系统，包括位置传感器，用于实时检测钻斗的深度位置，并得到相应的位置信号；控制装置，用于实时接收所述位置信号，并将所述钻斗的深度位置与位置基准值 相比较，当所述深度位置大于或者等于所述位置基准值时，所述控制装置控制所述入岩钻 机的钻斗上提。 优选地，所述位置基准值为三分之二倍的最大入岩深度值。
优选地，还包括
压力传感器，用于实时检测所述钻斗的压力，并得到相应的压力信号；所述控制装置接收所述压力信号，并将检测到的钻斗压力与压力基准值相比较， 当所述钻斗压力与所述压力基准值达到第一预定关系时，所述控制装置控制所述钻斗停止入岩。优选地，所述压力传感器通过检测加压压力值，获得所述钻斗压力，所述压力基准 值为最大加压压力值；所述第一预定关系为，所述加压压力值大于或者等于所述最大加压 压力值。优选地，还包括旋转力传感器，用于实时检测钻斗旋转力，并得到相应的旋转力信号；所述控制装置将所述钻斗旋转力与旋转力基准值相比较，所述钻斗旋转力与所述 旋转力基准值达到第二预定关系时，所述控制装置控制所述钻斗停止入岩。优选地，所述旋转力传感器通过检测钻斗扭矩，获得所述钻斗旋转力，所述旋转力 基准值为最大扭矩值；所述第二预定关系为，所述钻斗扭矩的测量值大于最大扭矩值。优选地，还包括速度传感器；所述速度传感器用于检测所述钻斗的转速，并将得到 的速度信号传送至所述控制装置；在所述位置传感器检测所述钻斗的深度位置之前，所述 控制装置接收所述速度信号，并与速度基准值相比较，当所述钻斗转速的测量值大于或者 等于所述速度基准值时，所述控制装置控制主卷扬提高加压压力。优选地，还包括拉力传感器；所述拉力传感器用于检测主卷扬拉力，并将得到的拉 力信号输送至所述控制装置；在所述速度传感器检测所述钻斗转速之前，所述控制装置接 收所述拉力信号，并与主卷扬拉力的最小值相比较，当所述主卷扬拉力的测量值小于主卷 扬拉力的最小值时，所述控制装置控制所述钻斗提高转速。本发明还提供一种入岩钻机，包括上述任一项所述的控制系统。本发明还提供一种用于入岩钻机的控制方法，包括以下步骤31)检测步骤；检测所述入岩钻机的钻斗的深度位置；32)比较步骤；比较所述钻斗的深度位置与位置基准值，若所述深度位置大于或 者等于所述位置基准值，转向步骤33)；若否，转向步骤34)；33)控制所述钻斗上提；34)控制所述钻斗下压，并返回步骤31)。优选地，所述位置基准值为三分之二倍的最大入岩深度值。优选地，所述检测步骤还包括实时检测所述钻斗的压力；所述比较步骤32)中还 比较钻斗压力与压力基准值；当所述钻斗压力与所述压力基准值达到第一预定关系时，转 向步骤41)；若否，转向步骤42)；41)控制所述钻斗停止入岩；42)控制所述入岩钻机的主卷扬增加钻斗压力。优选地，所述压力传感器通过检测加压压力值，检测所述钻斗压力，所述压力基准 值为最大加压压力值；所述第一预定关系为，所述加压压力值大于或者等于所述最大加压 压力值。优选地，所述检测步骤31)中还实时检测钻斗旋转力；
所述比较步骤32)中还比较所述钻斗旋转力与旋转力基准值，当所述钻斗旋转力与所述旋转力基准值达到第二预定关系时，转向步骤51)；若否，转向步骤52)；51)控制所述钻斗停止入岩；52)控制所述钻斗的马达，提高所述钻斗旋转力。优选地，所述旋转力传感器通过检测钻斗扭矩，检测所述钻斗旋转力，所述旋转力 基准值为最大扭矩值；所述第二预定关系为，所述钻斗扭矩的测量值大于最大扭矩值。优选地，在所述步骤31)之前还包括以下步骤21)检测所述钻斗的转速，并得到速度信号；22)接收所述速度信号，并与速度基准值相比较，所述钻斗转速的测量值大于或者 等于所述速度基准值时，转向步骤23)；若否，转向步骤24)；23)控制所述入岩钻机的主卷扬提高加压压力，并在适当的时间间隔后转入步骤 31)；24)控制所述钻斗提高转速，并转向步骤21)。优选地，所述步骤21)之前还包括以下步骤11)检测所述入岩钻机的主卷扬拉力，并得到相应的拉力信号；12)比较所述主卷扬拉力与主卷扬拉力的最小值，当主卷扬拉力的测量值小于主 卷扬拉力的最小值时，转向步骤13)；若否，转向步骤14)；13)控制所述钻斗加速转动，并转入步骤21)；14)控制所述钻斗以适当的速度下放，并转向步骤11)。本发明所提供的用于入岩钻机的控制系统，包括用于检测钻斗深度位置的位置传 感器，并得到相应位置信号；控制装置用于接收所述位置信号并将检测到的深度位置与位 置基准值相比较，当深度位置大于或者等于位置基准值时，控制装置控制入岩钻机的钻斗 上提。在入岩钻机的破岩过程中，操作手向入岩钻机输入开始工作的指令，钻杆以适当 的速度下降，同时，位置传感器实时检测入岩钻机的钻斗深度位置，并将检测到的位置信号 输入至控制装置；控制装置接收到上述位置信号，并将所检测到的深度位置与相应的位置 基准值比较，当所述深度位置大于或者等于所述位置基准值时，控制装置控制入岩钻机的 钻斗上提。这样，通过本发明所提供的控制系统能够在满足深度条件的适当时候控制钻斗 自动上提，从而自动完成入岩动作，有效地降低了操作人员的劳动强度；同时，众所周知的， 自动控制系统的控制精度和工作效率均显著地高于人工控制系统，从而提高了入岩钻机的 入岩精度和入岩效率。在一种优选的实施方式中，还包括用于实时检测所述钻斗的压力，并得到相应的 压力信号的压力传感器；控制装置接收压力信号，并将检测到的钻斗压力与压力基准值相 比较，当钻斗压力与压力基准值达到第一预定关系时，控制装置控制钻斗停止入岩。这样， 当钻斗压力超过预定的压力基准值时，控制装置控制钻斗停止入岩，从而避免了钻斗由于 过大的阻力而卡死，保护了钻杆和钻斗，提高了入岩钻机的使用寿命。在另一种优选的实施方式中，本发明所提供的用于入岩钻机的控制系统，还可以 包括速度传感器；该速度传感器用于检测所述钻斗的转速，并将得到的速度信号传送至所 述控制装置；在位置传感器检测钻斗位置之前，控制装置接收速度信号，并与速度基准值相比较，当所述钻斗转速的测量值大于或者等于所述速度基准值时，控制装置控制主卷扬下 放，加压装置加压下放。通过上述钻斗转速信号的检测，并将该速度检测信号运用于控制系 统中，增加了控制系统中的数据采集量，从而进一步提高了系统的控制精度。本发明所提供的入岩钻机和用于入岩钻机的控制方法，其能够达到与控制系统相同的效果，在此不再赘述。


图1为本发明所提供用于入岩钻机的控制系统第一种具体实施方式
的系统图；图2为本发明所提供用于入岩钻机的控制系统第二种具体实施方式
的系统图；图3为本发明所提供用于入岩钻机的控制系统第三种具体实施方式
的系统图；图4为本发明所提供用于入岩钻机的控制系统第四种具体实施方式
的系统图；图5为本发明所提供用于入岩钻机的控制系统第五种具体实施方式
的系统图；图6为本发明所提供用于入岩钻机的控制方法第一种具体实施方式
的流程图；图7为本发明所提供用于入岩钻机的控制方法第二种具体实施方式
的流程图；图8为本发明所提供用于入岩钻机的控制方法第三种具体实施方式
的流程图；图9为本发明所提供用于入岩钻机的控制方法第四种具体实施方式
的流程图；图10为本发明所提供用于入岩钻机的控制方法第五种具体实施方式
的流程图。
具体实施例方式本发明的核心是提供一种用于入岩钻机的控制系统，其能够降低破岩过程中操作 手的劳动强度，并且能够提高入岩钻机的入岩精度和破岩效率。本发明的另一核心是提供 一种包括上述控制系统的入岩钻机，以及应用上述控制系统的控制方法。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步的详细说明。请参考图1，图1为本发明所提供用于入岩钻机的控制系统第一种具体实施方式
的系统图。在第一种具体实施方式
中，本发明所提供的用于入岩钻机的控制系统，包括位置 传感器11和控制装置14 ；位置传感器11用于实时检测钻斗01的深度位置，并得到相应的 位置信号；控制装置14用于接收上述位置信号，并将钻斗深度的测量值与位置基准值相比 较，当检测到的钻斗深度位置值大于或者等于位置基准值时，控制装置14控制入岩钻机的 钻斗01上提，而当检测到的钻斗深度位置值小于上述位置基准值时，入岩钻机的钻斗01继 续下压。这样，通过将各测量值与其相应的基准值之间建立联系，当各测量值与各基准值 之间均达到预定的比例关系时，控制装置14控制钻斗01完成自动入岩动作，只需在控制装 置14中输入预定的比例关系，计算比较的过程较为简单，从而降低了控制装置14的控制复 杂性要求，进而降低了生产及使用成本。上述位置基准值可以为三分之二倍的最大入岩深度值，也即当入岩钻机的钻斗的 深度位置的测量值大于或者等于三分之二倍的最大深度值，控制装置14控制所述入岩钻 机的钻斗01上提。
需要指出的是，上述位置基准值的数值为一种具体的实施方式，其与深度检测值 的具体比例关系不应受到本说明书的限制；在实际使用过程中，上述位置基准值可以根据 实际的使用要求确定，其与深度检测值的比例关系也应根据实际工作中的要求具体确定。上述位置传感器11可以安装于钻斗01上，也可以安装于钻杆的适当位置，在一般 情况下，上述钻斗与钻斗01的各参数的测量值大体相同，或者相差固定的数值。在入岩钻机的破岩过程中，操作手向入岩钻机输入开始工作的指令，钻杆以适当 的速度下降，同时，位置传感器实时检测入岩钻机的钻斗深度位置并将检测到的位置信号 输入至控制装置；控制装置接收到上述位置信号后，分别将检测到的位置信号与相应的位 置基准值相比较，当检测到的深度位置值大于或者等于位置基准值时，控制装置控制入岩 钻机的钻斗上提。这样，通过本发明所提供的控制系统能够自动完成入岩动作，从而有效地 降低了操作人员的劳动强度，当地质条件恶劣到无法完成入岩动作时，也会在满足某种条 件下自动停止入岩动作，这样也有效的避免了对整机的损坏；同时，众所周知的，自动控制 系统的控制精度和工作效率均显著地高于人工控制系统，从而提高了入岩钻机的入岩精度 和入岩效率。请参考图2，图2为本发明所提供用于入岩钻机的控制系统第二种具体实施方式
的系统图。在第二种具体实施方式
中，本发明所提供的入岩控制系统还可以包括压力传感器 12，该压力传感器12用于实时检测钻斗01的压力，得到相应的压力信号，并将该压力信号 传送至控制装置14 ；控制装置14接收到上述压力信号，并将检测到的钻斗压力与压力基准 值相比较，当钻斗压力与压力基准值达到第一预定关系时，控制装置14控制钻斗01停止入需要指出的是，上述钻斗01停止入岩，可以通过控制钻斗01停止转动的方式，也 可以通过钻斗01上提的方式实现钻斗01停止入岩的动作。上述压力传感器12可以通过检测加压压力值，来检测钻斗压力，此时压力基准值 为最大加压压力值，上述第一预定关系为，加压压力值大于或者等于最大加压压力值。显然地，上述压力传感器12也不局限于通过检测钻斗01的加压压力来间接得到 钻斗压力的测量值，也可以通过测量能够直接或者间接得到钻斗压力的其他形式的参数值。上述压力传感器12可以安装于钻斗01上，也可以安装于钻杆的适当位置，在一般 情况下，上述钻斗与钻斗01上的压力的测量值大体相同，或者相差固定的数值。需要指出的是，入岩钻机在入岩的过程中，施加于钻斗01以及钻杆上的压力为脉 冲形式，以避免钻斗01或者钻杆在破岩过程中发生刚性破坏。请参考图3，图3为本发明所提供用于入岩钻机的控制系统第三种具体实施方式
的系统图。在第三种具体实施方式
中，本发明所提供的入岩控制系统还可以包括旋转力传感 器13，旋转力传感器13用于实时检测钻斗旋转力，得到相应的旋转力信号，并将该旋转力 信号传输至控制装置14 ；控制装置14将钻斗旋转力与旋转力基准值相比较，钻斗旋转力与 旋转力基准值达到第二预定关系时，控制装置14控制钻斗01停止入岩。需要指出的是，上述钻斗01停止入岩，可以通过控制钻斗01停止转动的方式，也可以通过钻斗01上提的方式实现钻斗01停止入岩的动作。上述旋转力传感器13可以通过检测钻斗扭矩，来检测所述钻斗旋转力，相应地， 旋转力基准值为最大扭矩值；此时上述第二预定关系可以为，钻斗扭矩的测量值大于最大 扭矩值。显然地，上述旋转力传感器也不局限于通过检测钻斗扭矩来间接得到钻斗旋转力 的测量值，也可以通过测量能够直接或者间接得到钻头旋转力的其他形式的参数值。上述旋转力传感器13可以安装于钻斗01上，也可以安装于钻杆的适当位置，在一 般情况下，上述钻斗与钻斗01的扭矩的测量值大体相同，或者相差固定的数值。需要指出的是，入岩钻机在入岩的过程中，施加于钻斗01以及钻杆上旋转力也为 脉冲形式，以避免钻斗01或者钻杆在破岩过程中发生刚性破坏。请参考图4，图4为本发明所提供用于入岩钻机的控制系统第四种具体实施方式
的系统图。在第四种具体实施方式
中，本发明所提供的用于入岩钻机的控制系统，还可以包 括速度传感器15 ；该速度传感器15用于检测所述钻斗01的转速，并将得到的速度信号传 送至所述控制装置14 ；在位置传感器11检测钻斗位置之前，控制装置14接收速度信号，并 与速度基准值相比较，当钻斗转速的测量值大于或者等于速度基准值时，控制装置14控制 主卷扬02下放，加压装置加压下放。通过上述钻斗转速信号的检测，并将该速度检测信号 运用于控制系统中，增加了控制系统中的数据采集量，从而进一步提高了系统的控制精度。上述速度的基准值应根据实际工作状况确定，其具体数值不应受到本说明书的限 制。请参考图5，图5为本发明所提供用于入岩钻机的控制系统第五种具体实施方式
的系统图。在第五种具体实施方式
中，本发明所提供的用于入岩钻机的控制系统，还可以包 括拉力传感器16 ；该拉力传感器16用于检测主卷扬02的拉力，并将得到的拉力信号输送 至所述控制装置14 ；在速度传感器15检测钻斗转速之前，控制装置14接收所述拉力信号， 并与主卷扬拉力的最小值相比较，当主卷扬拉力的测量值小于主卷扬拉力的最小值时，控 制装置14控制钻斗01上提0. 5米后再加速旋转到预定转速。上述主卷扬拉力的测量值也可以不与上述主卷扬拉力的最小值作比较，也可以选 择其他具体的确定值作为主卷扬拉力的参考值，并根据参考值的不同确定相应的比较方 式。除了上述控制系统，本发明还提供一种包括上述控制系统的入岩钻机，该入岩钻 机的其他各部分结构请参考现有技术，在此不再赘述。除了上述控制系统和包括上述控制系统的入岩钻机，本发明还提供一种应用上述 控制系统的控制方法。请参考图6，图6为本发明所提供用于入岩钻机的控制方法第一种具体实施方式
的流程图。在第一种具体实施方式
中，本发明所提供的用于入岩钻机的控制方法，包括以下 步骤步骤S11 检测所述入岩钻机的钻斗01的深度位置，并得到相应的位置信号；
步骤S12 比较钻斗01的深度位置与位置基准值，若深度位置大于或者等于所述位置基准值，转向步骤S13 ；若否，转向步骤S14 ；步骤S13 控制所述钻斗01上提；步骤S14 控制所述钻斗01下压，并返回步骤S11。上述位置基准值可以为三分之二倍的最大入岩深度值，也即当入岩钻机的钻斗的 深度位置的测量值大于或者等于三分之二倍的最大深度值，控制装置14控制所述入岩钻 机的钻斗01上提。需要指出的是，上述位置基准值的数值为一种具体的实施方式，其与深度检测值 的具体比例关系不应受到本说明书的限制；在实际使用过程中，上述位置基准值可以根据 实际的使用要求确定，其与深度检测值的比例关系也应根据实际工作中的要求具体确定。上述位置传感器11可以安装于钻斗01上，也可以安装于钻杆的适当位置，在一般 情况下，上述钻斗与钻斗01的各参数的测量值大体相同，或者相差固定的数值。在入岩钻机的破岩过程中，操作手向入岩钻机输入开始工作的指令，钻杆以适当 的速度下降，同时，位置传感器实时检测入岩钻机的钻斗深度位置并将检测到的位置信号 输入至控制装置；控制装置接收到上述位置信号后，分别将检测到的位置信号与相应的位 置基准值相比较，当检测到的深度位置值大于或者等于位置基准值时，控制装置控制入岩 钻机的钻斗上提。这样，通过本发明所提供的控制系统能够自动完成入岩动作，从而有效地 降低了操作人员的劳动强度，当地质条件恶劣到无法完成入岩动作时，也会在满足某种条 件下自动停止入岩动作，这样也有效的避免了对整机的损坏；同时，众所周知的，自动控制 系统的控制精度和工作效率均显著地高于人工控制系统，从而提高了入岩钻机的入岩精度 和入岩效率。请参考图7，图7为本发明所提供用于入岩钻机的控制方法第二种具体实施方式
的流程图。在第二种具体实施方式
中，本发明所提供的用于入岩钻机的控制方法，可以包括 以下步骤步骤S21 检测所述入岩钻机的钻斗01的深度位置，并得到相应的位置信号；步骤S22 比较钻斗01的深度位置与位置基准值，若深度位置大于或者等于所述 位置基准值，转向步骤S13 ；若否，转向步骤S14 ；步骤S23 控制所述钻斗01上提；步骤S24 控制所述钻斗01下压，并返回步骤S21，同时转向步骤S25及后续步骤；步骤S25 检测钻斗压力；步骤S26 比较钻斗压力与最大压力值；若钻斗压力大于或者等于最大压力值，转 向步骤S27，若否，转向步骤S28 ；步骤S27 控制钻斗01上提；步骤S28 控制主卷扬02增加钻斗压力，并返回步骤S25。需要指出的是，上述入岩深度的检测和钻斗压力的检测可以均为实时检测的，两 参数的检测顺序不局限于上述实施例中的顺序，两个检测过程可以同时进行，也可以将压 力的检测设置与深度检测之前进行，两参数的具体检测顺序不应受到本说明书的限制。上述钻斗01停止入岩，可以通过控制钻斗01停止转动的方式，也可以通过钻斗01上提的方式实现钻斗01停止入岩的动作。上述压力传感器12可以通过检测加压压力值，来检测钻斗压力，此时压力基准值 为最大加压压力值，上述第一预定关系为，加压压力值大于或者等于最大加压压力值。
显然地，上述压力传感器12也不局限于通过检测钻斗01的加压压力来间接得到 钻斗压力的测量值，也可以通过测量能够直接或者间接得到钻斗压力的其他形式的参数值。上述压力传感器12可以安装于钻斗01上，也可以安装于钻杆的适当位置，在一般 情况下，上述钻斗与钻斗01上的压力的测量值大体相同，或者相差固定的数值。需要指出的是，入岩钻机在入岩的过程中，施加于钻斗01以及钻杆上的压力为脉 冲形式，以避免钻斗01或者钻杆在破岩过程中发生刚性破坏。请参考图8，图8为本发明所提供用于入岩钻机的控制方法第三种具体实施方式
的流程图。在第三种具体实施方式
中，本发明所提供的用于入岩钻机的控制方法，可以包括 以下步骤步骤S31 检测所述入岩钻机的钻斗01的深度位置，并得到相应的位置信号；步骤S32 比较钻斗01的深度位置与位置基准值，若深度位置大于或者等于所述 位置基准值，转向步骤S33 ；若否，转向步骤S34;步骤S33 控制所述钻斗01上提；步骤S34 控制所述钻斗01下压，并返回步骤S31，同时转向步骤S35及后续步骤；步骤S35 检测钻斗旋转力；步骤S36 比较钻斗旋转力与旋转力基准值；若钻斗旋转力大于或者等于旋转力 基准值，转向步骤S37，若否，转向步骤S38 ；步骤S37 控制钻斗01上提；步骤S38 通过提高马达03的转速，提高钻斗旋转力，并返回步骤S35。需要指出的是，上述入岩深度的检测和钻斗旋转力的检测可以均为实时检测的， 两参数的检测顺序不局限于上述实施例中的顺序，两个检测过程可以同时进行，也可以将 旋转力的检测设置与深度检测之前进行，两参数的具体检测顺序不应受到本说明书的限 制。上述旋转力传感器13可以通过检测钻斗扭矩，来检测所述钻斗旋转力，相应地， 旋转力基准值为最大扭矩值；此时上述第二预定关系可以为，钻斗扭矩的测量值大于最大 扭矩值。显然地，上述旋转力传感器也不局限于通过检测钻斗扭矩来间接得到钻斗旋转力 的测量值，也可以通过测量能够直接或者间接得到钻头旋转力的其他形式的参数值。上述旋转力传感器13可以安装于钻斗01上，也可以安装于钻杆的适当位置，在一 般情况下，上述钻斗与钻斗01的扭矩的测量值大体相同，或者相差固定的数值。需要指出的是，入岩钻机在入岩的过程中，施加于钻斗01以及钻杆上旋转力也为 脉冲形式，以避免钻斗01或者钻杆在破岩过程中发生刚性破坏。请参考图9，图9为本发明所提供用于入岩钻机的控制方法第四种具体实施方式
的流程图。
在第四种具体实施方式
中，本发明所提供的用于入岩钻机的控制方法，可以包括以下步骤步骤S41 检测所述钻斗01的转速，并得到速度信号；步骤S42 接收所述速度信号，并与速度基准值相比较，所述钻斗01转速的测量值大于或者等于所述速度基准值时，转向步骤S43及后续步骤；若否，返回步骤S41 ；步骤S43 检测所述入岩钻机的钻斗01的深度位置，并得到相应的位置信号；步骤S44 比较钻斗01的深度位置与位置基准值，若深度位置大于或者等于最大钻斗深度值的三分之二倍，转向步骤S45 ；若否，转向步骤S46 ；步骤S45 控制所述钻斗01上提；步骤S46 控制所述钻斗01下压，并返回步骤S43，同时转向步骤S47及后续步骤；步骤S47 检测钻斗压力；步骤S48 比较钻斗压力与最大压力值；若钻斗旋转力大于或者等于最大压力值， 转向步骤S49，若否，转向步骤S410 ；步骤S49 控制钻斗01上提；步骤S410 控制转卷扬02提高钻斗压力，并返回步骤S47，同时转向步骤S411及 后续步骤；步骤S411 检测钻斗旋转力；步骤S412 比较钻斗旋转力与旋转力基准值；若钻斗旋转力大于或者等于旋转力 基准值，转向步骤S413，若否，转向步骤S414 ；步骤S413 控制钻斗01上提；步骤S414 提高钻斗旋转力，并返回步骤S411。在上述具体实施方式
中，首先检测 钻斗的转速，当转速达到某一事先输入的速度基准值时，再开始检测钻斗的深度位置，通过 上述钻斗转速信号的检测，并将该速度检测信号运用于控制系统中，增加了控制系统中的 数据采集量，从而进一步提高了系统的控制精度。还可以对本发明所提供的控制方法进行进一步的改进。请参考图10，图10为本发明所提供用于入岩钻机的控制方法第五种具体实施方 式的流程图。在第五种具体实施方式
中，本发明所提供的控制方法可以包括以下步骤步骤S51 检测所述入岩钻机的主卷扬拉力，并得到相应的拉力信号；步骤S52 比较所述主卷扬拉力与主卷扬拉力的最小值，当主卷扬拉力的测量值 小于主卷扬拉力的最小值时，转向步骤S53 ；若否，转向步骤S54;步骤S53 控制所述钻斗01加速转动，并转入步骤S55及后续步骤；步骤S54 控制所述入岩钻机的钻杆以适当的速度下放，并返回步骤S51 ；步骤S55 检测所述钻斗01的转速，并得到速度信号；步骤S56 接收所述速度信号，并与速度基准值相比较，所述钻斗01转速的测量值大于或者等于所述速度基准值时，转向步骤S57及后续步骤；若否，返回步骤S55 ；步骤S57 检测所述入岩钻机的钻斗01的深度位置，并得到相应的位置信号；步骤S58 比较钻斗01的深度位置与位置基准值，若深度位置大于或者等于最大钻斗深度值的三分之二倍，转向步骤S59 ；若否，转向步骤S510 ；
步骤S59 控制所述钻斗01上提；步骤S510 控制所述钻斗01下压，并返回步骤S57，同时转向步骤S511及后续步 骤；步骤S511 检测钻斗压力；步骤S512:比较钻斗压力与最大压力值；若钻斗旋转力大于或者等于最大压力 值，转向步骤S513，若否，转向步骤S514 ；步骤S513 控制钻斗01上提；步骤S514 控制转卷扬02提高钻斗压力，并返回步骤S511，同时转向步骤S515及后续步骤；步骤S515 检测钻斗旋转力；步骤S516 比较钻斗旋转力与旋转力基准值；若钻斗旋转力大于或者等于旋转力 基准值，转向步骤S517，若否，转向步骤S518 ；步骤S517 控制钻斗01上提；步骤S518 提高钻斗旋转力，并返回步骤S515。当输入开始自动入岩命令后，主卷扬开始自动下放，此时拉力传感器实时检测钢 丝绳拉力，当所测到的拉力值小于预定的拉力最小值时(表示钻斗已经触地)，主卷扬停止 下放并提升适当的高度(一般可以为0. 5米左右)，然后钻斗开始加速旋转，接近开关实时 检测动力头的转速(反应钻斗的转速)，当检测到钻斗转速达到预定转速后，钻斗以近似自 由落体运动下放0.5米以撞击岩层，然后加压装置开始加压，动力头以一定扭矩旋转，一定 时间后，检测到所述钻斗01的深度位置的测量值大于或者等于三分之二倍的最大深度值、 或所述钻斗扭矩的测量值大于最大扭矩值，或所述入岩钻机的加压压力的测量值大于最大 加压压力值时，所述控制装置14控制所述钻斗01停止入岩。然后判断上述三种关系中是 哪一种达到所述要求，如果所述钻斗01的深度位置的测量值大于或者等于三分之二倍的 最大深度值，则钻机动力头加压上提、回转甩土，完成自动入岩操作；如果所述钻斗扭矩的 测量值大于最大扭矩值，或所述入岩钻机的加压压力的测量值大于最大加压压力值，则给 出报警，提示无法完成入岩，强行完成可能损坏设备。如果检测不到以上三种关系中的任意 一种，则重复主卷扬触地后的一系列动作。以上对本发明所提供的一种入岩钻机及其控制系统和控制方法进行了详细介绍。 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用 于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也 落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
一种用于入岩钻机的控制系统，其特征在于，包括位置传感器(11)，用于实时检测钻斗的深度位置，并得到相应的位置信号；控制装置(14)，用于实时接收所述位置信号，并将所述钻斗(01)的深度位置与位置基准值相比较，当所述深度位置大于或者等于所述位置基准值时，所述控制装置(14)控制所述入岩钻机的钻斗(01)上提。
2.根据权利要求1所述的用于入岩钻机的控制系统，其特征在于，所述位置基准值为 三分之二倍的最大入岩深度值。
3.根据权利要求1所述的用于入岩钻机的控制系统，其特征在于，还包括 压力传感器(12)，用于实时检测所述钻斗的压力，并得到相应的压力信号；所述控制装置(14)接收所述压力信号，并将检测到的钻斗压力与压力基准值相比较， 当所述钻斗压力与所述压力基准值达到第一预定关系时，所述控制装置(14)控制所述钻 斗(01)停止入岩。
4.根据权利要求3所述的用于入岩钻机的控制系统，其特征在于，所述压力传感器(12)通过检测加压压力值，获得所述钻斗压力，所述压力基准值为最大加压压力值；所述 第一预定关系为，所述加压压力值大于或者等于所述最大加压压力值。
5.根据权利要求1所述的用于入岩钻机的控制系统，其特征在于，还包括 旋转力传感器(13)，用于实时检测钻斗旋转力，并得到相应的旋转力信号；所述控制装置(14)将所述钻斗旋转力与旋转力基准值相比较，所述钻斗旋转力与所 述旋转力基准值达到第二预定关系时，所述控制装置(14)控制所述钻斗(01)停止入岩。
6.根据权利要求5所述的用于入岩钻机的控制系统，其特征在于，所述旋转力传感器(13)通过检测钻斗扭矩，获得所述钻斗旋转力，所述旋转力基准值为最大扭矩值；所述第 二预定关系为，所述钻斗扭矩的测量值大于最大扭矩值。
7.根据权利要求1至6任一项所述的用于入岩钻机的控制系统，其特征在于，还包括 速度传感器(15)；所述速度传感器(15)用于检测所述钻斗(01)的转速，并将得到的速度 信号传送至所述控制装置(14)；在所述位置传感器(11)检测所述钻斗(01)的深度位置之 前，所述控制装置(14)接收所述速度信号，并与速度基准值相比较，当所述钻斗转速的测 量值大于或者等于所述速度基准值时，所述控制装置(14)控制主卷扬(02)提高加压压力。
8.根据权利要求1至6任一项所述的用于入岩钻机的控制系统，其特征在于，还包括拉 力传感器(16)；所述拉力传感器(16)用于检测主卷扬拉力，并将得到的拉力信号输送至所 述控制装置(14)；在所述速度传感器(15)检测所述钻斗转速之前，所述控制装置(14)接 收所述拉力信号，并与主卷扬拉力的最小值相比较，当所述主卷扬拉力的测量值小于主卷 扬拉力的最小值时，所述控制装置(14)控制所述钻斗(01)提高转速。
9.一种入岩钻机，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的控制系统。
10.一种用于入岩钻机的控制方法，包括以下步骤31)检测步骤；检测所述入岩钻机的钻斗(01)的深度位置；32)比较步骤；比较所述钻斗(01)的深度位置与位置基准值，若所述深度位置大于或 者等于所述位置基准值，转向步骤33)；若否，转向步骤34)；33)控制所述钻斗(01)上提；34)控制所述钻斗(01)下压，并返回步骤31)。
11.根据权利要求10所述的用于入岩钻机的控制方法，其特征在于，所述位置基准值 为三分之二倍的最大入岩深度值。
12.根据权利要求10所述的用于入岩钻机的控制方法，其特征在于， 所述检测步骤31)中还实时检测所述钻斗的压力；所述比较步骤32)中还比较钻斗压力与压力基准值；当所述钻斗压力与所述压力基准 值达到第一预定关系时，转向步骤41)；若否，转向步骤42)；41)控制所述钻斗(01)停止入岩；42)控制所述入岩钻机的主卷扬(02)增加钻斗压力。
13.根据权利要求3所述的用于入岩钻机的控制系统，其特征在于，所述压力传感器 (12)通过检测加压压力值，检测所述钻斗压力，所述压力基准值为最大加压压力值；所述 第一预定关系为，所述加压压力值大于或者等于所述最大加压压力值。
14.根据权利要求10所述的用于入岩钻机的控制方法，其特征在于， 所述检测步骤31)中还实时检测钻斗旋转力；所述比较步骤32)中还比较所述钻斗旋转力与旋转力基准值，当所述钻斗旋转力与所 述旋转力基准值达到第二预定关系时，转向步骤51)；若否，转向步骤52)；51)控制所述钻斗(01)停止入岩；52)控制所述钻斗的马达，提高所述钻斗旋转力。
15.根据权利要求14所述的用于入岩钻机的控制方法，其特征在于，所述旋转力传感 器(13)通过检测钻斗扭矩，检测所述钻斗旋转力，所述旋转力基准值为最大扭矩值；所述 第二预定关系为，所述钻斗扭矩的测量值大于最大扭矩值。
16.根据权利要求10至15任一项所述的用于入岩钻机的控制方法，其特征在于，在所 述步骤31)之前还包括以下步骤21)检测所述钻斗(01)的转速，并得到速度信号；22)接收所述速度信号，并与速度基准值相比较，所述钻斗(01)转速的测量值大于或 者等于所述速度基准值时，转向步骤23)；若否，转向步骤24)；23)控制所述入岩钻机的主卷扬(02)提高加压压力，并在适当的时间间隔后转入步骤31)；24)控制所述钻斗(01)提高转速，并转向步骤21)。
17.根据权利要求16所述的用于入岩钻机的控制方法，其特征在于，所述步骤21)之前 还包括以下步骤11)检测所述入岩钻机的主卷扬拉力，并得到相应的拉力信号；12)比较所述主卷扬拉力与主卷扬拉力的最小值，当主卷扬拉力的测量值小于主卷扬 拉力的最小值时，转向步骤13)；若否，转向步骤14)；13)控制所述钻斗(01)加速转动，并转入步骤21)；14)控制所述钻斗(01)以适当的速度下放，并转向步骤11)。
全文摘要
本发明公开了一种用于入岩钻机的控制系统，包括用于检测钻斗的深度位置的位置传感器(11)，用于检测钻斗加压压力的压力传感器(12)，用于检测钻斗旋转力的旋转力传感器(13)，以及控制装置(14)；控制装置(14)用于接收所述位置信号、所述压力信号以及所述旋转力信号，并分别与位置基准值、压力基准值以及旋转力基准值相比较，根据比较结果和预定策略等控制所述钻斗(01)自动入岩。该控制系统能够自动完成入岩动作，从而降低了操作人员的劳动强度，并提高了入岩钻机的入岩精度和入岩效率。本发明还公开了一种包括上述控制系统的入岩钻机，以及应用上述控制系统的控制方法。
文档编号E21B44/02GK101798916SQ201010115470
公开日2010年8月11日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日
发明者冯志雄, 刘振岳 申请人:北京市三一重机有限公司