专利名称：旋挖钻机钻杆带杆监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工程机械的监控系统，特别是一种旋挖钻机钻杆带杆监控系统。
背景技术：
旋挖钻机一般有行走主机、桅杆、钻杆和主卷扬系统，主卷扬系统包括主卷卷筒、 钢丝绳、主卷马达和主卷滑轮，桅杆安装在行走主机上，桅杆竖立后，钻杆位于桅杆的前侧， 在桅杆的上端连接有主卷滑轮，在行走主机上安装有主卷卷筒，主卷马达位于主卷卷筒的一侧，主卷扬的钢丝绳一端缠绕在主卷卷筒上，钢丝绳的另一端通过主卷滑轮与钻杆连接。旋挖钻机钻杆采用伸缩式钻杆，各节钻杆采用矩形牙嵌与其外面一节钻杆相配合，当牙嵌嵌合时能传递扭矩和轴向压力，牙嵌脱开时，各节钻杆可以自由伸缩。钻杆第一节(最外部一节)采用矩形牙嵌与动力头驱动套牙板相配合，钻杆最里面一节和主卷钢丝绳相连，主卷扬带动钻杆提升或下放，提升或下放时每节钻杆都是按照顺序收回或伸出。当提升钻杆时，某相邻两节钻杆牙嵌若未完全脱开，里面的钻杆未完全缩进相邻的钻杆，外面的那节钻杆(除芯节)被里面那节钻杆带起，造成了两节钻杆同时提升现象，即为钻杆带杆。当被带起的钻杆提升到一定高度，牙嵌会由于轻微的扰动脱开，导致外面的钻杆悬空以自由落体的速度落下。由于每节钻杆约重两吨，其从一定高度做自由落体运动砸到动力头上，会造成动力头和钻杆的严重损坏，若动力头和加压油缸连接处被冲击力破坏，动力头和钻杆将沿着桅杆导轨一起下落，从而可能造成机毁人亡的严重后果。
发明内容
本发明的目的是要提供一种旋挖钻机钻杆带杆监控系统，解决钻杆被带杆，钻杆悬空以自由落体的速度落下时，造成动力头和钻杆严重损坏的问题。本发明的目的是这样实现的该监控系统由控制装置和控制方法构成；所述的控制装置由销轴传感器、测深编码器、控制器、先导电磁阀、主卷扬系统及各连接导线组成，销轴传感器连接在主卷滑轮的中心处；测深编码器连接在主卷卷筒一侧的旋转轴上；销轴传感器和测深编码器的输出端均与控制器的输入端连接，控制器的输出端与先导电磁阀连接，先导电磁阀与主卷扬系统的主卷马达连接，控制器安装在电控箱内； 先导电磁阀安装在钻机车体上；所述的主卷扬系统，主卷马达与主卷卷筒连接，主卷卷筒通过钢丝绳与钻杆连接，钢丝绳在主卷滑轮凹槽中通过，主卷滑轮安装在主卷滑轮支架上；所述的销轴传感器安装在主卷滑轮的中心处，主卷滑轮连接在桅杆的顶端；销轴传感器的一端有一凹槽，挡板装入销轴传感器的凹槽位置，挡板通过挡板固定螺栓、垫圈固定到主卷滑轮支架上；所述的测深编码器通过编码器固定螺钉固定在封板上，编码器保护盒通过保护盒固定螺钉固定在封板上，封板同时通过保护盒固定螺钉固定在连接板的端部；连接杆的一端拧入旋转轴的中心螺纹孔中，连接杆的另一端套接有测深编码器，连接杆底部有一圆台， 连接杆固定锥销穿过连接杆底部的圆台与旋转轴的端部连接，连接板的内侧通过调心滚子轴承与旋转轴连接，连接板的外侧与主卷卷筒支架连接；旋转轴与主卷卷筒连接；测深编码器位于编码器保护盒内。所述的控制方法是销轴传感器实时检测主卷钢丝绳作用在销轴上的力，将检测的力转化为电信号进入控制器；测深编码器检测主卷转动圈数，将检测的数值转化为电信号进入控制器；在控制器内部根据销轴传感器采集的信号，计算出当前主卷的实际提升力， 根据测深编码器采集的信号和主卷转动一圈所缠绕的钢丝绳长度，计算出当前主卷放出的钢丝绳的总长度，从而得出钻杆的当前位置，根据钻杆的当前位置计算出主卷的理论提升力；对主卷的实际提升力和主卷的理论提升力进行比较，当主卷的实际提升力是主卷的理论提升力的两倍甚至更大时，根据钻杆提升原理可判断钻杆带杆，控制器输出电信号控制先导电磁阀，先导电磁阀控制主卷马达停止工作，从而禁止钻杆继续提升；人工操作钻杆反转解锁后再提升，再次采集信号比较、判断；经循环比较，当主卷的实际提升力和理论提升力基本相符时，允许继续提升钻杆。有益效果，由于采用了上述方案，把销轴传感器安装到主卷滑轮中心，挡板装入销轴传感器的凹槽位置，安装螺栓、垫圈，使挡板固定到主卷滑轮架上，防止销轴传感器的轴向窜动和周向旋转；编码器通过编码器固定螺钉固定在封板上，编码器保护盒通过保护盒固定螺钉固定在封板上，同时封板通过保护盒固定螺钉固定在旋转轴上；连接杆的一端拧入轴端支承的旋转轴中心的螺纹孔中，另一端装入测深编码器中，连接杆底部有一圆台，连接杆固定锥销穿过连接杆底部的圆台与旋转轴连接，以防止连接杆的螺纹松动退出；旋转轴随着卷筒旋转，测深编码器通过连接杆的旋转检测主卷卷筒的转动圈数从而检测钻杆当前位置；控制器分别采集销轴传感器和测深编码器的信号，经控制器内部比较、判断，输出信号控制先导电磁阀的开、关，从而控制主卷马达是否旋转。解决了钻杆被带杆，钻杆悬空以自由落体的速度落下时，造成动力头和钻杆严重损坏的问题，达到了本发明的目的。优点结构简单，有效监控钻杆带杆，不需再依靠操作机手的经验来判断钻杆是否带杆，可靠实用。解决了钻杆悬空以自由落体的速度落下时，造成动力头和钻杆严重损坏的问题。
图1为本发明的结构图。图2为本发明的销轴传感器装配图。图3为图2中的A-A向剖视结构图。图4为本发明的测深编码器安装图。图5为图4的A-A向剖视结构图。图6为本发明的连接杆结构图。图7为本发明的控制方法流程图。图中，1、主卷滑轮支架；2、主卷滑轮；3、挡板；4、垫圈；5、挡板固定螺栓；6、销轴传感器；7、主卷扬系统；8、钢丝绳；9、主卷马达；10、钻杆；11、先导电磁阀；12、控制器； 1-1、主卷卷筒；1-2、旋转轴；1-3、编码器固定螺钉；1-4、编码器保护盒；1-5、测深编码器； 1-6、连接杆；1-7、封板；1-8、保护盒固定螺钉；1-9、连接杆固定锥销；1-10、调心滚子轴承； 1-11、连接板；1-12、主卷卷筒支架。
具体实施例方式实施例1 旋挖钻机的主卷扬系统7包括主卷卷筒1-1、钢丝绳8、主卷马达9和主卷滑轮2，桅杆安装在行走主机上，桅杆竖立后，钻杆10位于桅杆的前侧，在桅杆的上端连接有主卷滑轮2，在行走主机上安装有主卷卷筒1-1，主卷马达位于主卷卷筒的一侧，主卷扬系统7的钢丝绳8 一端缠绕在主卷卷筒1-1上，钢丝绳8的另一端通过主卷滑轮2与钻杆10连接。该监控系统由控制装置和控制方法构成；所述的控制装置由销轴传感器6、测深编码器1-5、控制器12、先导电磁阀11、主卷扬系统7及各连接导线组成，销轴传感器6连接在主卷滑轮2的中心处；测深编码器1-5连接在主卷卷筒1-1 一侧的旋转轴上；销轴传感器6和测深编码器1-5的输出端均与控制器 12的输入端连接，控制器12的输出端与先导电磁阀11连接，先导电磁阀11与主卷扬系统 7的主卷马达9连接，控制器11安装在电控箱内；先导电磁阀11安装在钻机车体上；所述的主卷扬系统7，主卷马达9与主卷卷筒1-1连接，主卷卷筒1-1通过钢丝绳8与钻杆10连接，钢丝绳8在主卷滑轮2凹槽中通过，主卷滑轮2安装在主卷滑轮支架1上；所述的销轴传感器6安装在主卷滑轮2中心处，同时可作为主卷滑轮2的中心轴使用；主卷滑轮2连接在桅杆的顶端；销轴传感器6的一端有一凹槽，挡板3装入销轴传感器6的凹槽位置，挡板3通过挡板固定螺栓5、垫圈4固定到主卷滑轮支架1上；所述的测深编码器1-5通过编码器固定螺钉1-3固定在封板1-7上，编码器保护盒1-4通过保护盒固定螺钉1-8固定在封板1-7上，封板1-7同时通过保护盒固定螺钉1-8 固定在连接板1-11的端部；连接杆1-6的一端拧入旋转轴1-2的中心螺纹孔中，连接杆1-6 的另一端套接有测深编码器1-5，连接杆1-6底部有一圆台，连接杆固定锥销1-9穿过连接杆底部的圆台与旋转轴1-2的端部连接，连接板1-11的内侧通过调心滚子轴承1-10与旋转轴连接，连接板1-11的外侧与主卷卷筒支架连接；旋转轴1-2与主卷卷筒1-1连接；测深编码器1-5位于编码器保护盒1-4内。所述的控制方法是销轴传感器实时检测主卷钢丝绳作用在销轴上的力，将检测的力转化为电信号进入控制器；测深编码器检测主卷转动圈数，将检测的数值转化为电信号进入控制器，所述的控制器为现有技术；在控制器内部根据销轴传感器采集的信号，计算出当前主卷的实际提升力，根据测深编码器采集的信号和主卷转动一圈所缠绕的钢丝绳长度，计算出当前主卷放出的钢丝绳的总长度，从而得出钻杆的当前位置，根据钻杆的当前位置计算出主卷的理论提升力；对主卷的实际提升力和主卷的理论提升力进行比较，当主卷的实际提升力是主卷的理论提升力的两倍甚至更大时，根据钻杆提升原理可判断钻杆带杆，控制器输出电信号控制先导电磁阀，先导电磁阀控制主卷马达停止工作，从而禁止钻杆继续提升；人工操作钻杆反转解锁后再提升，再次采集信号比较、判断；经循环比较，当主卷的实际提升力和理论提升力基本相符时，允许继续提升钻杆。所述的控制原理是钻杆提升时，由内向外逐节收回，随着收回节数的增加，主卷钢丝绳受力逐渐增大。主卷的理论提升力等于收回的各节钻杆重力之和加上各节钻杆之间以及钻头和孔壁的摩擦力，各节钻杆之间以及钻头和孔壁的摩擦力相对于钻杆重量来说可作为定值。钻杆收回的节数和当前钻杆的提升高度相对应，钻杆为5节杆，每节杆长为L，钻深为h，提升高度为hi时，钻杆当前节数和提升高度之间的关系为n = (h-hl)/L (η取整)。式中若η < 1，取η = 1，即在提升最里面一节钻杆。此时主卷的理论提升力是最里面一节钻杆的重力加上摩擦力。若1<η<2，取η = 2，即此时在提升紧邻最里面一节的钻杆。此时主卷的理论提升力是最里面2节钻杆的重力之和加上摩擦力。依次类推，当取η =5时，即在提升最外面一节钻杆。此时主卷的理论提升力是5节钻杆的重力之和加上总的摩擦力。当提升钻杆最里面一节时，若钻杆带杆，主卷的实际提升力为两节钻杆的重力加摩擦力，而主卷的理论提升力是最里面一节钻杆的重力加上摩擦力，每节钻杆的重量基本相同，因此主卷的实际提升力至少是主卷理论提升力的两倍，远远大于主卷的理论提升力。
权利要求
1.一种旋挖钻机钻杆带杆监控系统，其特征是该监控系统的控制装置由销轴传感器、测深编码器、控制器、先导电磁阀、主卷扬系统及各连接导线组成，销轴传感器连接在主卷滑轮的中心处；测深编码器连接在主卷卷筒一侧的旋转轴上；销轴传感器和测深编码器的输出端均与控制器的输入端连接，控制器的输出端与先导电磁阀连接，先导电磁阀与主卷扬系统的主卷马达连接，控制器安装在电控箱内；先导电磁阀安装在钻机车体上；所述的主卷扬系统，主卷马达与主卷卷筒连接，主卷卷筒通过钢丝绳与钻杆连接，钢丝绳在主卷滑轮凹槽中通过，主卷滑轮安装在主卷滑轮支架上；所述的销轴传感器安装在主卷滑轮的中心处，主卷滑轮连接在桅杆的顶端；销轴传感器的一端有一凹槽，挡板装入销轴传感器的凹槽位置，挡板通过挡板固定螺栓、垫圈固定到主卷滑轮支架上；所述的测深编码器通过编码器固定螺钉固定在封板上，编码器保护盒通过保护盒固定螺钉固定在封板上，封板同时通过保护盒固定螺钉固定在连接板的端部；连接杆的一端拧入旋转轴的中心螺纹孔中，连接杆的另一端套接有测深编码器，连接杆底部有一圆台，连接杆固定锥销穿过连接杆底部的圆台与旋转轴的端部连接，连接板的内侧通过调心滚子轴承与旋转轴连接，连接板的外侧与主卷卷筒支架连接；旋转轴与主卷卷筒连接；测深编码器位于编码器保护盒内。
2.一种旋挖钻机钻杆带杆监控系统，其特征是该监控系统的控制方法是销轴传感器实时检测主卷钢丝绳作用在销轴上的力，将检测的力转化为电信号进入控制器；测深编码器检测主卷转动圈数，将检测的数值转化为电信号进入控制器；在控制器内部根据销轴传感器采集的信号，计算出当前主卷的实际提升力，根据测深编码器采集的信号和主卷转动一圈所缠绕的钢丝绳长度，计算出当前主卷放出的钢丝绳的总长度，从而得出钻杆的当前位置，根据钻杆的当前位置计算出主卷的理论提升力；对主卷的实际提升力和主卷的理论提升力进行比较，当主卷的实际提升力是主卷的理论提升力的两倍甚至更大时，根据钻杆提升原理可判断钻杆带杆，控制器输出电信号控制先导电磁阀，先导电磁阀控制主卷马达停止工作，从而禁止钻杆继续提升；人工操作钻杆反转解锁后再提升，再次采集信号比较、判断；经循环比较，当主卷的实际提升力和理论提升力基本相符时，允许继续提升钻杆。
全文摘要
一种旋挖钻机钻杆带杆监控系统，属于工程机械的监控系统。该监控系统由销轴传感器、测深编码器、控制器、先导电磁阀、主卷扬系统组成，销轴传感器连接在主卷滑轮的中心处；测深编码器连接在主卷卷筒一侧的旋转轴上；销轴传感器和测深编码器的输出端均与控制器的输入端连接，控制器的输出端与先导电磁阀连接，先导电磁阀与主卷扬系统的主卷马达连接，控制器安装在电控箱内；先导电磁阀安装在钻机车体上；所述的主卷扬系统，主卷马达与主卷卷筒连接，主卷卷筒通过钢丝绳与钻杆连接，钢丝绳在主卷滑轮凹槽中通过，主卷滑轮安装在主卷滑轮支架上；优点结构简单，有效监控钻杆带杆，不需再依靠操作机手的经验来判断钻杆是否带杆，可靠实用。
文档编号E21B44/00GK102359366SQ201110252598
公开日2012年2月22日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者何经纬, 刘玉涛, 宋雨, 崔刚, 张忠海, 彭秀芹, 朱军帅, 温建波, 牟会春, 王卿权, 范鹏, 谭英林, 郭连丰, 陈以田 申请人:徐州徐工基础工程机械有限公司