旋挖钻机带杆监测方法、控制器、装置和旋挖钻机与流程

本发明涉及旋挖钻机领域，特别是涉及一种旋挖钻机带杆监测方法、控制器、装置和旋挖钻机。

背景技术：

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，主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。

钻杆是旋挖钻机实现深孔钻进的重要机构之一。钻杆设置于旋挖钻机的动力头和钻头之间，用于传递扭矩、轴向压力等载荷。钻杆通常包括同轴嵌套设置的多个节杆。目前，旋挖钻机在工作过程中由于操作不当或其他问题经常会发生带杆故障，即主卷扬提升过程中内杆还未完全缩回到外杆内部的情况下，外杆由于卡滞或其他因素而被提前提升。带杆操作的危害有：如果外界有些许扰动而使得外杆卡滞情况消失，则外杆就会以自由落体向下跌落，对主卷扬钢丝绳、主卷扬减速机和马达以及动力头造成重大的损坏。因此，要及时监测到带杆的发生，并及时采取措施。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种准确监测带杆发生的旋挖钻机带杆监测方法、控制器、装置和旋挖钻机。

一种旋挖钻机带杆监测方法，旋挖钻机包括动力头、设于动力头上的钻杆和设于钻杆末端的钻头，所述旋挖钻机带杆监测方法包括：

判断旋挖钻机的主卷扬是否上升，如果是则获取旋挖钻机的钻头伸缩长度S，以及动力头受力F，并判断钻头伸缩长度S和动力头受力F是否满足：Li+1+Li+2+...+Ln<S≤Li+Li+1+Li+2+...Ln，且F<G+Ki+1+Ki+2...+Kn，如果满足，则确定旋挖钻机发生带杆，其中，钻杆包括n根依次套接的节杆，L1、L2、…、Li、…、Ln依次为第一根节杆、第二根节杆…第i根节杆…第n根节杆的长度，G为动力头总成的重量，K1、K2…Ki…Kn依次为第一根节杆、第二根节杆…第i跟节杆…第n根节杆的重量，第一根节杆为最内侧节杆，第n跟节杆为最外侧节杆。

在其中一实施例中，所述旋挖钻机带杆监测方法还包括带杆报警步骤，当确定钻杆发生带杆时，发出报警。

在其中一实施例中，所述获取旋挖钻机的钻头伸缩长度S，以及动力头受力F具体为：通过设于动力头上的接收器接收到的设于第一根节杆远离第二根节杆的一端发射器的信号获取旋挖钻机的钻头伸缩长度S，S最大为L1+L2+L3+...+Ln-1+Ln，S最小为0；动力头受力F通过设置于动力头连接销处的测力传感器获得。

在其中一实施例中，所述判断钻头伸缩长度S和动力头受力F是否满足Li+1+Li+2+...+Ln<S≤Li+Li+1+Li+2+...Ln，且F<G+Ki+1+Ki+2...+Kn，如果满足，则确定旋挖钻机发生带杆具体包括步骤：

S501，判断是否满足L2+L3+...+Ln-1+Ln<S≤L1+L2+L3...+Ln-1+Ln，如果是，则进入步骤S503，如果否，则进入步骤S505；

S503，判断是否满足F<G+K1+K2+K3...+Kn-1+Kn，如果是，则确定旋挖钻机发生带杆，如果否，则确定旋挖钻机不带杆；

S505，判断是否满足L3+L4...+Ln-1+Ln<S≤L2+L3+L4...+Ln-1+Ln，如果是，则进入步骤S507，如果否，则进入步骤S509；

S507，判断是否满足F<G+K2+K3+K4...+Kn-1+Kn，如果是，则确定旋挖钻机发生带杆，如果否，则确定旋挖钻机不带杆；

S509，判断是否满足L4+L5...+Ln-1+Ln<S≤L3+L4+L5...+Ln-1+Ln，依此类推，直到进入步骤Sn；

Sn，判断是否满足Ln<S≤Ln-1+Ln，如果是，则进入Sm+1，如果否，则进入步骤S300；

Sm+1，判断是否满足F<G+Kn，如果是，则确定旋挖钻机发生带杆，如果否，则确定旋挖钻机不带杆。

一种旋挖钻机带杆监测控制器，旋挖钻机包括动力头、设于动力头上的钻杆和设于钻杆末端的钻头，所述旋挖钻机带杆监测控制器包括获取模块和处理模块，所述获取模块用于获取旋挖钻机的钻头伸缩长度S以及动力头受力F，并发送给所述处理模块，所述处理模块用于根据钻头伸缩长度S和动力头受力F是否满足Li+1+Li+2+...+Ln<S≤Li+Li+1+Li+2+...Ln，以及

F<G+Ki+1+Ki+2...+Kn，判断旋挖钻机是否带杆，如果钻头伸缩长度S和动力头受力F是否满足：Li+1+Li+2+...+Ln<S≤Li+Li+1+Li+2+...Ln，且

F<G+Ki+1+Ki+2...+Kn，则确定旋挖钻机发生带杆。其中，钻杆包括n根依次套接的节杆，L1、L2、…、Li、…、Ln依次为第一根节杆、第二根节杆…第i根节杆…第n根节杆的长度，G为动力头总成的重量，K1、K2…Ki…Kn依次为第一根节杆、第二根节杆…第i跟节杆…第n根节杆的重量，第一根节杆为最内侧节杆，第n跟节杆为最外侧节杆。

在其中一实施例中，所述旋挖钻机带杆监测控制器还包括输出模块，所述输出模块用于在所述处理模块判定旋挖钻机带杆时输出带杆警报信号。

在其中一实施例中，所述处理模块具体包括第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块……和第m处理模块，所述第一处理模块用于判断是否满足L2+L3+...+Ln-1+Ln<S≤L1+L2+L3...+Ln-1+Ln，如果满足

L2+L3+...+Ln-1+Ln<S≤L1+L2+L3...+Ln-1+Ln，则所述第二处理模块判定是否满足F<G+K1+K2+K3...+Kn-1+Kn，如果不满足满足

L2+L3+...+Ln-1+Ln<S≤L1+L2+L3...+Ln-1+Ln，则所述第三处理模块判断是否满足L3+L4...+Ln-1+Ln<S≤L2+L3+L4...+Ln-1+Ln；如果所述第二处理模块判断满足F<G+K1+K2+K3...+Kn-1+Kn，则确定旋挖钻机发生带杆，如果不满足

F<G+K1+K2+K3...+Kn-1+Kn，则确定旋挖钻机不带杆；如果第三处理模块判断满足L3+L4...+Ln-1+Ln<S≤L2+L3+L4...+Ln-1+Ln，则所述第四处理模块判断是否满足F<G+K2+K3+K4...+Kn-1+Kn，如果不满足

L3+L4...+Ln-1+Ln<S≤L2+L3+L4...+Ln-1+Ln，则所述第五处理模块判断是否满足L4+L5...+Ln-1+Ln<S≤L3+L4+L5...+Ln-1+Ln，依此类推…第m处理模块判断是否满足Ln<S≤Ln-1+Ln，如果是，则第m+1处理模块判断是否满足F<G+Kn，如果第m+1处理模块判断满足F<G+Kn则确定旋挖钻机发生带杆，如果否，则确定旋挖钻机不带杆。

一种旋挖钻机带杆监测装置，包括采集模块和上述旋挖钻机带杆监测控制器，所述采集模块用于采集旋挖钻机的钻头伸缩长度S，以及动力头受力F，且所述采集模块连接于所述获取模块，以将所述采集模块采集的所述钻头伸缩长度S和动力头受力F传输给所述获取模块。

在其中一实施例中，所述采集模块包括安装在钻头处的发射器、安装在动力头总成上的接收器和安装在动力头连接销处的测力传感器，发射器和接收器用于获取钻头伸缩长度S，测量传感器用于获取动力头受力F；或者，所述旋挖钻机带杆监测装置还包括报警模块，用于接收旋挖钻机监测控制器的所述输出模块输出的带杆警报信号，并发出警报；或者，所述旋挖钻机带杆监测装置还包括主卷扬上升控制模块，用于控制主卷扬上升或停止上升，主卷扬上升控制模块连接于所述输出模块，并在所述输出模块输出带杆警报信号时控制主卷扬停止上升。

一种旋挖钻机，包括上述旋挖钻机带杆监测装置。

通过本发明的旋挖钻机带杆监测方法、控制器、装置及旋挖钻机，可准确监测旋挖钻机是否发生带杆，同时，由于是通过判断动力头受力F是否满足相关条件来确定是否带杆，与检测主卷扬钢丝绳拉力来判断是否带杆的方法相比更加可靠，可以排除钻头底部吸空、塌孔或者钻头卡孔等非正常情况对判断精度的影响，因为用此方法钻头底部吸空、塌孔或者钻头卡孔的外界干扰力只会作用在主卷扬提升钢丝绳上，从而排除了误报警的可能性。

附图说明

图1为本发明一实施例的旋挖钻机带杆监测方法的流程示意图；

图2为旋挖钻机的动力头的一角度结构示意图；

图3为旋挖钻机的动力头的另一角度结构示意图；

图4为图1所示旋挖钻机带杆监测方法的部分子流程的流程图；

图5为本发明旋挖钻机带杆监测装置的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，本发明一实施例的旋挖钻机带杆监测方法用于监测旋挖钻机是否发生带杆，旋挖钻机包括动力头、设于动力头上的钻杆和设于钻杆末端的钻头，该旋挖钻机带杆监测方法包括：

S100，判断旋挖钻机的主卷扬是否上升，如果是则进入步骤S300；具体地，通过主卷扬上升先导压力传感器检测主卷扬是否在上升。

S300，获取旋挖钻机的钻头伸缩长度S，以及动力头受力F；

S500，判断钻头伸缩长度S和动力头受力F是否满足：

Li+1+Li+2+...+Ln<S≤Li+Li+1+Li+2+...Ln，且F<G+Ki+1+Ki+2...+Kn，如果满足，则确定旋挖钻机发生带杆，其中，钻杆包括n根依次套接的节杆，L1、L2、…、Li、…、Ln依次为第一根节杆、第二根节杆…第i根节杆…第n根节杆的长度，G为动力头总成的重量，K1、K2…Ki…Kn依次为第一根节杆、第二根节杆…第i跟节杆…第n根节杆的重量，第一根节杆为最内侧节杆，第n跟节杆为最外侧节杆。

通过本旋挖钻机带杆监测方法，可准确监测旋挖钻机是否发生带杆，同时，由于是通过判断动力头受力F是否满足相关条件来确定是否带杆，与检测主卷扬钢丝绳拉力来判断是否带杆的方法相比更加可靠，可以排除钻头底部吸空、塌孔或者钻头卡孔等非正常情况对判断精度的影响，因为用此方法钻头底部吸空、塌孔或者钻头卡孔的外界干扰力只会作用在主卷扬提升钢丝绳上，从而排除了误报警的可能性。本旋挖钻机带杆监测方法，可适应于机锁式钻杆，也适应于摩阻式钻杆。

本实施例中，该旋挖钻机带杆监测方法还包括步骤：

S700，带杆报警。当确定钻杆发生带杆时，发出报警以提醒操作人员。具体地，可采用声、光等方式报警，例如旋挖钻机的显示屏文字提醒、蜂鸣器警报、警报灯闪烁灯。还可以直接控制主卷扬上升先导阀失电，强制操作人员停止继续操作。

本实施例中，步骤S300具体为：如图2所示，通过设于动力头上的接收器302接收到的设于第一根节杆远离第二根节杆的一端发射器304的信号获取旋挖钻机的钻头伸缩长度S，S最大为L1+L2+L3+...+Ln-1+Ln，S最小为0；如图3所示，动力头受力F通过设置于动力头连接销处的测力传感器306获得，本实施例中共有4个测力传感器设于4个不同的动力头连接销处。通过使用安装在钻头处的发射器和安装在动力头总成上的接收器，提高了测深精度，而且钻头校零位置可以任意设定，操作方便；通过在动力头连接销处设置测力传感器来获得动力头总成和钻杆总重之和的测力方式，避免了钻杆和传感器直接接触，抗震性和稳定性较好，测力传感器使用寿命也较长。动力头受力F为4个测力传感器测得的力的和。

如图4所示，本实施例中，步骤S500具体包括步骤：

S501，判断是否满足L2+L3+...+Ln-1+Ln<S≤L1+L2+L3...+Ln-1+Ln，如果是，则进入步骤S503，如果否，则进入步骤S505；

S503，判断是否满足F<G+K1+K2+K3...+Kn-1+Kn，如果是，则确定旋挖钻机发生带杆，如果否，则确定旋挖钻机不带杆；

S505，判断是否满足L3+L4...+Ln-1+Ln<S≤L2+L3+L4...+Ln-1+Ln，如果是，则进入步骤S507，如果否，则进入步骤S509；

S507，判断是否满足F<G+K2+K3+K4...+Kn-1+Kn，如果是，则确定旋挖钻机发生带杆，如果否，则确定旋挖钻机不带杆；

S509，判断是否满足L4+L5...+Ln-1+Ln<S≤L3+L4+L5...+Ln-1+Ln，依此类推，直到进入步骤Sn；

Sn，判断是否满足Ln<S≤Ln-1+Ln，如果是，则进入Sm+1，如果否，则进入步骤S300；

Sm+1，判断是否满足F<G+Kn，如果是，则确定旋挖钻机发生带杆，如果否，则确定旋挖钻机不带杆。

可以理解，上述步骤S500的具体顺序可以调换，例如先判断动力头受力F是否满足相关条件，再判断钻头伸缩长度是否满足相关条件，具体地，在其他实施例中，步骤S500还可以为：

S601，判断是否满足

G+K2+K3...+Kn-1+Kn<F≤G+K1+K2+K3...+Kn-1+Kn，如果是，进入步骤S603，如果否，进入步骤S605；

S603，判断是否满足L2+L3+...+Ln-1+Ln<S≤L1+L2+L3...+Ln-1+Ln，如果是，确定旋挖钻机发生带杆，如果否，确定旋挖钻机不带杆；

S605，判断是否满足

G+K3+K4...+Kn-1+Kn<F≤G+K2+K3+K4...+Kn-1+Kn，如果是，则进入步骤S607，如果否，则进入步骤S609；

S607，判断是否满足L3+L4...+Ln-1+Ln<S≤L2+L3+L4...+Ln-1+Ln，如果是，确定旋挖钻机发生带杆，如果否，确定旋挖钻机不带杆；

S609，判断是否满足G+K4+K5...+Kn-1+Kn<F≤G+K3+K4+K5...+Kn-1+Kn，依此类推……。

如图5所示，本发明还提供一种旋挖钻机带杆监测控制器用于监测旋挖钻机是否发生带杆，旋挖钻机包括动力头、设于动力头上的钻杆和设于钻杆末端的钻头，该旋挖钻机带杆监测控制器包括获取模块501和处理模块503，获取模块501用于获取旋挖钻机的钻头伸缩长度S以及动力头受力F，并发送给处理模块503，处理模块503用于根据钻头伸缩长度S和动力头受力F是否满足Li+1+Li+2+...+Ln<S≤Li+Li+1+Li+2+...Ln，以及F<G+Ki+1+Ki+2...+Kn，判断旋挖钻机是否带杆，如果钻头伸缩长度S和动力头受力F是否满足：Li+1+Li+2+...+Ln<S≤Li+Li+1+Li+2+...Ln，且F<G+Ki+1+Ki+2...+Kn，则确定旋挖钻机发生带杆。其中，钻杆包括n根依次套接的节杆，L1、L2、…、Li、…、Ln依次为第一根节杆、第二根节杆…第i根节杆…第n根节杆的长度，G为动力头总成的重量，K1、K2…Ki…Kn依次为第一根节杆、第二根节杆…第i跟节杆…第n根节杆的重量，第一根节杆为最内侧节杆，第n跟节杆为最外侧节杆。

通过本旋挖钻机带杆监测控制器，可准确监测旋挖钻机是否发生带杆，同时，由于是通过判断动力头受力F是否满足相关条件来确定是否带杆，与检测主卷扬钢丝绳拉力来判断是否带杆的方法相比更加可靠，可以排除钻头底部吸空、塌孔或者钻头卡孔等非正常情况对判断精度的影响，因为用此方法钻头底部吸空、塌孔或者钻头卡孔的外界干扰力只会作用在主卷扬提升钢丝绳上，从而排除了误报警的可能性。本旋挖钻机带杆监测控制器，可适应于机锁式钻杆，也适应于摩阻式钻杆。

本实施例中，该旋挖钻机带杆监测控制器还包括输出模块505，输出模块505用于在处理模块503判定旋挖钻机带杆时输出带杆警报信号。

本实施例中，处理模块505具体包括第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块……和第m处理模块，第一处理模块用于判断是否满足L2+L3+...+Ln-1+Ln<S≤L1+L2+L3...+Ln-1+Ln，如果满足L2+L3+...+Ln-1+Ln<S≤L1+L2+L3...+Ln-1+Ln，则第二处理模块判定是否满足F<G+K1+K2+K3...+Kn-1+Kn，如果不满足满足L2+L3+...+Ln-1+Ln<S≤L1+L2+L3...+Ln-1+Ln，则第三处理模块判断是否满足L3+L4...+Ln-1+Ln<S≤L2+L3+L4...+Ln-1+Ln；如果第二处理模块判断满足F<G+K1+K2+K3...+Kn-1+Kn，则确定旋挖钻机发生带杆，如果不满足F<G+K1+K2+K3...+Kn-1+Kn，则确定旋挖钻机不带杆；如果第三处理模块判断满足L3+L4...+Ln-1+Ln<S≤L2+L3+L4...+Ln-1+Ln，则第四处理模块判断是否满足F<G+K2+K3+K4...+Kn-1+Kn，如果不满足L3+L4...+Ln-1+Ln<S≤L2+L3+L4...+Ln-1+Ln，则第五处理模块判断是否满足L4+L5...+Ln-1+Ln<S≤L3+L4+L5...+Ln-1+Ln，依此类推…第m处理模块判断是否满足Ln<S≤Ln-1+Ln，如果是，则第m+1处理模块判断是否满足F<G+Kn，如果第m+1处理模块判断满足F<G+Kn则确定旋挖钻机发生带杆，如果否，则确定旋挖钻机不带杆。

可以理解，上述处理模块503还可先判断动力头受力F是否满足相关条件，再判断钻头伸缩长度是否满足相关条件。

如图5所示，本发明还提供一种旋挖钻机带杆监测装置，包括采集模块300、上述旋挖钻机监测控制器和报警模块700，采集模块300用于采集旋挖钻机的钻头伸缩长度S，以及动力头受力F，且采集模块300连接于获取模块501，以将采集模块300采集的钻头伸缩长度S和动力头受力F传输给获取模块501；报警模块700用于连接输出模块505，以接收旋挖钻机监测控制器的输出模块505输出的带杆警报信号，并发出警报。当确定钻杆发生带杆时，发出报警以提醒操作人员。具体地，可采用声、光等方式报警，例如旋挖钻机的显示屏文字提醒、蜂鸣器警报、警报灯闪烁灯。

本实施例中，该旋挖钻机监测装置还包括主卷扬检测模块100，用于检测旋挖钻机的主卷扬是否上升。具体地，通过主卷扬上升先导压力传感器检测主卷扬是否在上升。

本实施例中，该采集模块300包括安装在钻头处的发射器、安装在动力头总成上的接收器和安装在动力头连接销处的测力传感器，发射器和接收器用于获取钻头伸缩长度S，测量传感器用于获取动力头受力F。本实施例中共有4个测力传感器设于4个不同的动力头连接销处。通过使用安装在钻头处的发射器和安装在动力头总成上的接收器，提高了测深精度，而且钻头校零位置可以任意设定，操作方便；通过在动力头连接销处设置测力传感器来获得动力头总成和钻杆总重之和的测力方式，避免了钻杆和传感器直接接触，抗震性和稳定性较好，测力传感器使用寿命也较长。

本实施例中，该旋挖钻机带杆监测装置还包括主卷扬上升控制模块800，用于控制主卷扬上升或停止上升，主卷扬上升控制模块800连接于输出模块505，并在输出模块505输出带杆警报信号时控制主卷扬停止上升。具体地，主卷扬上升控制模块800可为主卷扬上升先导阀，主卷扬上升先导阀失电则主卷扬停止上升。

本实施例中，该旋挖钻机带杆监测装置还包括交互装置900，用于设置每一根节杆的重量K1、K2…Ki…Kn，每一根节杆的长度L1、L2、…、Li、…、Ln，以及动力头总成的重量G。交互装置900可以为触控显示屏或键盘等。

本发明还提供一种旋挖钻机，包括上述旋挖钻机带杆监测装置。

以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。