一种潜式钻机自适应平衡的方法及其装置与流程

本发明涉及一种潜式钻机自适应平衡的方法及其装置，尤其涉及一种面向狭窄隧道或矿井作业面基于平衡支撑装置实现自适应平衡的方法及其装置。
背景技术：
：潜孔钻机通常工作在狭窄的隧道或者用于矿井底部打孔注浆，且底部工作空间狭窄，能见度差，加上有些打孔岩壁并不是垂直面，而是有一定斜角的斜面，故钻机在极限位置工作时候就容易失去平衡。一般钻机的支撑是通过钻机机身前后左右对称布置的4条支撑腿来维持作业时候的整机平衡，但此种支撑方式只能满足钻机重心投影点位于支撑腿投影点所两两连接构成的四边形区域内的情况。如果重心一旦超出该四边形所框定范围，则势必会导致钻机两侧受力不平衡，引发侧翻事故。通常的方法，是在钻机机身两侧加上固定支撑腿，扩大支撑范围，提高整机的稳定性。但是，上述方法不适用于在狭窄隧道或者矿井内作业的潜式钻机，必须根据实际的工况条件，设计专门的装置，来实现钻机的自适应平衡。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种潜式钻机自适应平衡的方法及其对应的支撑装置，以实现潜式钻机在狭窄隧道或矿井内作业，不同复杂工况条件下的自适应平衡。为了实现上述的发明目的，设计了包括下述步骤的潜式钻机自适应平衡方法：(1)利用激光测距仪与角位移传感器实时获取隧道岩壁钻孔工作面的位置信息；(2)基于该位置信息，通过钻臂偏转角度和伸长距离的计算，确定钻机重心的偏移；(3)针对性控制钻机左右两侧的可调平衡支撑装置做相应的转动，增大支撑范围，实现钻机在工作中的自适应平衡。上述激光测距仪优选相位式，精度为±1mm的仪器，选取的角位移传感器精度为±0.5°，并且该可调平衡支撑装置能够提供的最大支撑力为15000n。实现上述一种潜式钻机自适应平衡的支撑装置，包括机身(25)、车架(16)、激光测距仪(1)、角位移传感器(2)、横梁耳板(4)、横梁销轴(5)、支撑横梁(6)、螺栓(8)、支撑油缸(9)、锯齿形支撑爪(10)、支撑油缸耳板(11)、支撑油缸销轴(12)、偏转油缸(13)、偏转销轴(14)、偏转油缸耳板(15)、中控器(17)及初始支撑装置；所述激光测距仪(1)、角位移传感器(2)固定在机身(25)上方，分别通过数据线与中控器(17)连接；所述车架(16)有两个，对称分列于机身左右两侧；所述横梁耳板(4)焊接固定在车架(16)上；所述支撑横梁(6)一端通过横梁销轴(5)与横梁耳板(4)连接，另一端通过螺栓(8)与支撑油缸(9)连接；所述支撑油缸耳板(11)焊接固定在支撑油缸侧壁上；所述偏转油缸(13)活塞杆末端通过支撑油缸销轴(12)连接在支撑油缸耳板(11)上；所述支撑油缸(9)活塞杆末端焊接锯齿形支撑爪(10)；所述偏转油缸耳板(15)焊接固定于车架(16)上；偏转油缸(13)缸筒侧是通过偏转油缸销轴(14)连接偏转油缸耳板(15)，以此带动支撑油缸(9)的转动。上述发明装置的进一步设计在于，所述初始支撑装置主要由前支撑腿(3)与后支撑腿(18)组成，前支撑腿(3)位于钻机最前部的两侧履带中间，后支撑腿(18)则安装于钻机后方，与两侧履带位置对齐。上述发明装置的进一步设计在于，所述支撑横梁(6)在靠近支撑油缸(9)一端的螺栓连接板处两侧对称焊接4个加强筋(7)。上述发明装置的进一步设计在于，所述车架(16)底面与地面的距离至少30cm以上。上述发明装置的进一步设计在于，所述偏转油缸(13)采用数字液压缸，其活塞杆最大外伸长度为100cm。对于上述支撑装置，由于偏转油缸(13)靠近缸筒侧是通过偏转油缸销轴(14)连接偏转油缸耳板(15)的，而偏转油缸耳板(15)是固定焊接于钻机履带横梁(16)之上的，故偏转油缸(13)存在转动自由度，而支撑油缸(9)也是存在转动自由度的，故可以通过偏转油缸(13)的外伸端外伸动作来带动支撑油缸(9)做回转运动，以此来确定锯齿型支撑爪(10)的支撑位置。本发明具有的有益效果是：(1)本发明方法的装置采用的激光测距仪、角位移传感器，可以快速准确获取钻机作业面的位置信息，实现在线获取信息，及时反馈。(2)本发明方法的装置采用的偏转油缸和支撑油缸，反应及时，可以实现快速偏转，高速支撑定位，实现自适应平衡工作状态，增大钻机的作业范围，提高钻机的工作效率。(3)本发明方法的装置可以根据钻机需要确定支撑装置是否伸出，结构更加紧凑，适用于狭窄的隧道。(4)本发明方法的装置结构简单，易于安装维修。附图说明图1是本发明的潜式钻机自适应平衡装置的结构示意图；图2是本发明的潜式钻机自适应平衡装置偏转油缸与支撑油缸的油路控制图；其中：1、激光测距仪，2、角位移传感器，3、前支撑腿，4、横梁耳板，5、横梁销轴，6、支撑横梁，7、螺栓，8、加强筋，9、支撑油缸，10、锯齿型支撑爪，11、支撑耳板，12、支撑销轴，13、偏转油缸，14、偏转销轴，15、偏转耳板，16、台车架，17、中控器，18、后支撑腿，19、偏转油缸液压泵，20、支撑油缸液压泵，21、过滤网，22、油箱，25、机身。具体实施方式以下结合附图与具体实施例对本发明装置做进一步详细说明。如图1所示，激光测距仪(1)，角位移传感器(2)与中控器(17)通过数据输入线相互连接，而中控器(17)与数字偏转油缸(13)和支撑油缸(9)处的三位四通电磁换向阀通过数据输出线连接。所述横梁耳板(4)通过焊接固定在钻机履带横梁(16)上，所述支撑横梁(6)一端通过横梁销轴(5)连接横梁耳板(4)，另一端通过螺栓(8)刚性连接支撑油缸(9)。支撑油缸(9)下方伸出端底部焊接锯齿形支撑爪(10)。支撑油缸耳板(11)焊接固定在支撑油缸上，偏转油缸(13)外伸端处通过支撑油缸销轴(12)连接在支撑油缸耳板(11)上。偏转油缸耳板(15)焊接固定于履带横梁(16)上，而偏转油缸(13)缸筒侧是通过偏转油缸销轴(14)连接偏转油缸耳板(15)，以此带动支撑油缸(9)的转动。支撑横梁(6)在靠近支撑油缸(9)一端的螺栓连接板处两侧对称焊接4个加强筋(7)，以提高其刚度。履带横梁(28)，应该可靠焊接固定于钻机履带外侧，并且近地一侧距离地面至少30cm以上。为了使得支撑装置能可靠伸出，要求两侧支撑装置处于初始位置时的支撑横梁(6)与偏转油缸(13)并不处于同一直线上，否则会因为存在死点，支腿无法可靠伸出；并且在偏转油缸(13)外伸端达到最大外伸距离时，支撑横梁(6)能够转动到与钻机行进方向呈90°角处，此时抗侧翻能力最强。对于初始支撑装置进一步结构设计是这样的，该初始支撑装置主要由前支撑腿(3)与后支撑腿(18)组成，前支撑腿(3)位于钻机最前部的两侧履带中间，后支撑腿(18)则安装于钻机后方，与两侧履带处平齐。对于控制油路循环系统进一步结构设计是这样的，如图2所示，油液从油箱(22)，经过滤网(21)，分别经过偏转油缸液压泵(19)和支撑油缸液压泵(20)两条支路，到达各自的执行元件偏转油缸(13)与支撑油缸(9)。在偏转油缸支路上，由于执行元件偏转油缸(13)采用数字液压缸，所以其行程距离可调，同时该支路上不需要其他的液压元件对其进行控制。在支撑油缸支路上，油液经过支撑油缸液压泵后通过一个三位四通电磁换向阀，再经过由两个液控单向阀组成的液压锁后，驱动支撑油缸(9)的工作。对于中控器(17)进一步的设计是这样的，由于影响重心的主要因素为钻孔岩壁工作面距离钻机本体的偏角，所以钻机本体距离工作面的距离大小可以作为次要因素。因此，可以将距离参数l经过数据处理等效为相应的偏转角度β，等效计算公式如下：β＝l/0.2(1)其中，l为激光测距仪测得钻机本体距离工作面的距离(单位：m)。平衡支撑装置实际所需偏转角度γ的计算公式如下：γ＝|α|+β(2)其中，α为角位移传感器测得的角度值(单位：°)。接着将获得的γ角度值与表1中的数据进行比较，以此确定支撑装置的支撑状态。当γ的值小于30°的时候，支撑装置不工作，外伸距离为0；由于偏转油缸采用数字液压缸，故随着γ值的升高，偏转油缸(13)外伸距离也随之自适应的增加；当γ的值大于85°时，偏转油缸(13)外伸距离达到最大。潜式钻机自适应平衡装置偏转油缸活塞杆伸出距离与偏转角度对应数据表平衡支撑装置实际所需偏转角度γ(°)偏转油缸伸出端伸出距离(mm)0-30030-4020040-5040050-6055060-7070070-80850>801000表1以下实施例是利用上述实施例所述装置进行钻机自适应平衡支撑的过程：实施例1首先将钻机行进到需要打孔岩壁附近，接着使初始支撑装置的前支撑腿(3)与后支撑腿(18)先支撑着地。然后利用激光测距仪(1)与角位移传感器(2)实时获取隧道岩壁钻孔工作面的位置信息，例如测得距离为1.5m，角度为20°，由上述算法可得角度值γ为27.5°。查表3可知该角度小于30°，故中控器(17)无驱动信号输出。液压泵不工作，故支撑装置保持初始状态。此时处于不需要启动自适应平衡装置的工作状态。实施例2首先将钻机行进到需要打孔岩壁附近，接着使初始支撑装置的前支撑腿(3)与后支撑腿(18)先支撑着地。然后利用激光测距仪(1)与角位移传感器(2)实时获取隧道岩壁钻孔工作面的位置信息，例如测得距离为2.5m，角度为40°，由上述算法可得角度值γ为52.5°，查表3可知该角度处于50°-60°区间内，故有驱动信号输出。具体步骤如下：(1)液压泵工作，首先中控器(17)驱动偏转油缸(13)外伸端外伸55cm；(2)偏转油缸工作行程结束后，支撑油缸(9)才开始工作，使锯齿型支撑爪(10)支撑着地。此时支撑装置处于外伸中间程度工作状态。实施例3首先将钻机行进到需要打孔岩壁附近，接着使初始支撑装置的前支撑腿(3)与后支撑腿(18)先支撑着地。然后利用激光测距仪(1)与角位移传感器(2)实时获取隧道岩壁钻孔工作面的位置信息，例如测得距离为4m，角度为70°，由上述算法可得角度值γ为90°，查表3可知该角度处于超过80°区间内，故有驱动信号输出。体步骤如下：(1)液压泵工作，故首先中控器(17)驱动偏转油缸(13)外伸端外伸100cm(达到最大工作行程处)。(2)等偏转油缸工作行程结束后支撑油缸(9)才开始工作，使锯齿型支撑爪(10)支撑着地。此时支撑装置处于外伸极限程度工作状态。当前第1页12