一种自动定位钻孔凿岩台车钻臂控制系统的制作方法

所属技术领域

本发明涉及一种自动定位钻孔凿岩台车钻臂控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

随着煤矿工业的不断发展，岩巷的快速掘进已成为安全高效矿井建设的关键，而岩巷掘进机械化是实现快速掘进的有效途径。凿岩台车是目前岩巷掘进的主要机械设备，但目前凿岩台车的控制方式绝大部分是人工手动控制，导致了在施工过程中存在安全隐患、效率低下及巷道成型差等缺陷。电脑控制自动定位钻孔凿岩台车具有钻孔定位精确、远程自动控制及高效钻孔等特点,能有效克服普通凿岩台车施工过程的缺陷。

技术实现要素：

本发明提出了一种自动定位钻孔凿岩台车钻臂控制系统，该系统能满足自动定位钻孔凿岩台车的控制性能需求，为自动定位钻孔凿岩台车的设计提供了理论依据和方法。

本发明所采用的技术方案是：

所述自动定位钻孔凿岩台车采用上下位机结构形式。上位机与下位机通过pc适配器进行通讯。上位机采用工业级单板电脑完成炮眼布置图输入、车体定位、孔序规划及运动学求解等，并将最终求解的各个关节变量值向下位机发出并作为下位机闭环控制的目标值。下位机采用可编程控制器(plc)完成钻臂信息的采集处理、动作序列生成及目标参数追随控制等。在关节参数追随控制过程中，采用电液比例闭环控制技术实现钻臂快速、稳定及精确的自动定位。

所述控制系统采用三通比例减压阀控制比例换向阀的先导腔压力，从而实现各个关节的位置伺服控制。比例换向阀采用负载敏感比例液控多路换向阀，各个油缸的驱动压力通过ls溢流阀单独设定，通过缓冲补油阀可以有效地克服钻臂调姿过程中的晃动，通过梭阀网络与负载敏感液压泵的配合控制，实现钻臂液压控制系统的容积节流调速特性，从而使节流调速的输出流量与比例减压阀的输入信号成线性关系。

本发明的有益效果是：该系统能满足自动定位钻孔凿岩台车的控制性能需求，为自动定位钻孔凿岩台车的设计提供了理论依据和方法。

附图说明

图1是本发明的控制系统框图。

图2是本发明的比例阀控液压缸控制系统图。

图3是本发明的闭环控制系统框图。

图4是本发明的岩钻进控制系统。

图中：1．三通比例减压阀；2．平衡阀；3．液压缸；4、8．缓冲补油阀；5．ls溢流阀；6．比例换向阀；7．压力补偿器；8．平衡阀；9．推进油缸；10．液控换向阀；11．液阻；12．单向阀；13．比例减压阀；14．测压接头；15．顺序阀；16．比例溢流阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，自动定位钻孔凿岩台车采用上下位机结构形式。上位机与下位机通过pc适配器进行通讯。上位机采用工业级单板电脑完成炮眼布置图输入、车体定位、孔序规划及运动学求解等，并将最终求解的各个关节变量值向下位机发出并作为下位机闭环控制的目标值。下位机采用可编程控制器(plc)完成钻臂信息的采集处理、动作序列生成及目标参数追随控制等。在关节参数追随控制过程中，采用电液比例闭环控制技术实现钻臂快速、稳定及精确的自动定位。

如图2，钻臂在自动定位钻孔过程中，主要工作过程：通过钻臂上各个关节的移动或转动使钎头定位至需要钻孔的位置和姿态．然后通过控制推进油缸及凿岩机各参数来实现高效钻孔。控制系统采用三通比例减压阀控制比例换向阀的先导腔压力，从而实现各个关节的位置伺服控制。比例换向阀采用负载敏感比例液控多路换向阀，各个油缸的驱动压力通过ls溢流阀单独设定，通过缓冲补油阀可以有效地克服钻臂调姿过程中的晃动，通过梭阀网络与负载敏感液压泵的配合控制，实现钻臂液压控制系统的容积节流调速特性，从而使节流调速的输出流量与比例减压阀的输入信号成线性关系。

如图3，台车在凿岩钻孔作业时，由于岩石性质的多样性，如遇到裂缝、溶洞或者岩石性质差异太大的过渡区时，正在钻孔工作的钎头容易被卡死，钻孔作业将被迫停止。凿岩钻孔过程中凿岩机的推进压力、冲击压力、钎转速度及推进速度必须与岩石特性相匹配，否则会出现卡钻、断钎杆及钻孔不精确的现象，严重影响台车的工作效率及钻孔精度。所以凿岩机及推进控制系统需要具有防卡钎功能和自动调节推进压力、冲击压力、钎转速度及推进速度等参数的功能。

如图4，系统通过比例减压阀控制系统的推进压力。由比例溢流阀控制系统的冲击压力，钎转速度与推进速度由相应的比例多路阀控制。顺序阀、液压阻尼及液控换向阀等组成液压防卡钎功能。原理：当发生卡钎趋势时。钎转油路压力逐渐或陡然上升，钎转压力信号通过a口作用于顺序阀的入口，当钎转压力达到顺序阀的设定值(卡钎压力点)时。顺序阀打开，钎转压力作用于液控换向阀使其换向。这时推进油缸后退，钎转油压下降至低于卡钎压力点，顺序阀关闭，防卡钎阀在弹簧力的作用下自动复位，推进油缸切换为前进状态。如此往复修复炮孔。直至钎头通过卡钎区域，凿岩机将恢复正常的钻孔作业。

技术特征：

技术总结
一种自动定位钻孔凿岩台车钻臂控制系统，采用三通比例减压阀控制比例换向阀的先导腔压力，从而实现各个关节的位置伺服控制。该系统能满足自动定位钻孔凿岩台车的控制性能需求，为自动定位钻孔凿岩台车的设计提供了理论依据和方法。

技术研发人员：何志杰
受保护的技术使用者：何志杰
技术研发日：2016.06.21
技术公布日：2017.12.29