一种铁路工程勘探用取芯钻机钻压调节方法与流程

本发明属于液压控制技术领域，特别是涉及一种铁路工程勘探用取芯钻机钻压调节方法。

背景技术：

如图1所示取芯钻机：动力头1与给进油缸2的缸体连为一体，动力头1前端连钻杆3，钻杆每根1.5米长，随着孔深的增加，需要不停的加钻杆，钻杆的最前端连接钻头4。通过给进油缸2的收缩，为钻头4提供压力，完成钻进工作，而且孔内通常有水，水的作用是对钻头进行润滑以及冷却。因为钻头所应承受的正压力为1.5-3吨，压力低了，无法钻进，压力高了，钻头无法承受，会损坏。

目前常用的控制方法是：通过调节给进油缸的进油压力，来控制钻压，由钻头所承受的压力(钻压)＝给进油缸给进压力+钻杆重量-孔内水的浮力，其中孔内水的浮力较小，可忽略不计。随着孔深的增加，钻杆重量也在增加，为了保证钻压恒定，就必须随时通过增加的钻杆重量来计算出所需要的给进油缸的进油压力，因此在转进过程中需要不断调整给进油缸的压力。此方法的缺点是：计算复杂，一旦计算错误，将会影响效率，甚至会损坏钻头，从而造成孔内事故，而且每加一根钻杆就需要调节一次，操作不便。

因此，如何解决上述问题成为本领域人员研究的重点。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种铁路工程勘探用取芯钻机钻压调节方法，

本发明的实施例是这样实现的：

一种铁路工程勘探用取芯钻机钻压调节方法，包括以下步骤：

1)在给进油缸的回油管上设置用于控制所述给进油缸回油速度的节流阀，在所述给进油缸和所述节流阀之间设置有用于检测给进油缸回油压力的压力传感器；

2)由公式：钻压＝给进油缸进油压力+回油压力，其中所述回油压力＝钻杆重量-孔内水的浮力-节流阀产生的背压；

2.1)钻探前，设置恒定给进油缸进油压力；

2.2)钻探过程中，控制所述节流阀的开闭程度,以改变所述节流阀产生的背压，使节流阀产生的背压等于钻杆重量，以维持给进油缸回油管处回油压力恒定，从而实现钻压恒定。

进一步地，由所述公式钻压＝钻压＝给进油缸进油压力+回油压力，所述回油压力＝钻杆重量-孔内水的浮力-节流阀产生的背压，可知：随着钻杆质量增加，节流阀产生的背压增大，则节流阀开合度减小，当所述压力传感器测得回油压力达到指定的恒定值时，控制节流阀停止开合。

进一步地，每次钻探前，设定给进油缸给进速度为0.5米/分钟-1米/分钟，动力头转速为800rpm-1000rpm，动力头液压马达工作压力为5mpa-10mpa。

进一步地，动力头液压马达工作压力用于驱动动力头转动。

进一步地，钻探过程中，当动力头液压马达工作压力低于5mpa时，提高给进油缸进给速度，提高动力头转速。

进一步地，当动力头转速提高至1500rpm时，动力头液压马达工作压力仍低于5mpa，维持动力头转速1500rpm不变,给进油缸给进速度维持1米/分钟不变，动力头持续钻进。

进一步地，钻探过程中，当动力头液压马达工作压力高于10mpa时，降低给进油缸进给速度，降低动力头转速。

进一步地，当动力头转速降低至600rpm时，动力头液压马达工作压力仍高于10mpa，维持动力头转速600rpm不变，给进油缸给进速度维持0.2米/分钟不变，动力头持续钻进。

本发明的有益效果是：

本发明由公式：钻压＝给进油缸进油压力+回油压力，所述回油压力＝钻杆重量-孔内水的浮力-节流阀产生的背压，可知：通过控制节流阀的开闭度，进而改变节流阀产生的背压，使得节流阀产生的背压用于抵消钻杆重量，因此，维持恒定的给进油缸进油压力，便可保证钻压恒定，故每次增加钻杆后，无需再次调节给进油缸进油压力，节流阀会自动调节背压用于抵消钻杆重量，以维持恒定的钻压，操作方便，施工安全。

附图说明

图1是本发明取芯钻机的结构简图；

图2是本发明的结构原理简图。

图标：1-动力头，2-给进油缸，3-钻杆，4-钻头,5-压力传感器，6-节流阀。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

本实施例提供一种铁路工程勘探用取芯钻机钻压调节方法，包括以下步骤：

1)在给进油缸2的回油管上安装用于控制所述给进油缸2回油速度的节流阀6，在所述给进油缸2和所述节流阀6之间安装有用于检测给进油缸2回油压力的压力传感器5，压力传感器5以及节流阀6均与钻机的控制系统相连，压力传感器5将测得压力值反馈至控制系统，控制系统控制节流阀的开合度；

2)由公式：钻压＝给进油缸进油压力+回油压力，其中所述回油压力＝钻杆重量-孔内水的浮力-节流阀产生的背压，可知：当给定恒定的给进油缸进油压力后，要实现维持恒定的钻压，因此需回油压力恒定，由回油压力＝钻杆重量-孔内水的浮力-节流阀产生的背压，可知，在孔内水的浮力忽略不计的情况下，随着不断钻进，需要不断增加钻杆长度，钻杆质量也就不断增加，为保证回油压力恒定，因此，节流阀产生的背压也应该不断增加，则节流阀的开合度应该减小；故：

2.1)在每次更换完钻杆3后，钻探未进行之前，设置恒定给进油缸进油压力、给进油缸的给进速度、动力头转速、动力头液压马达工作压力以及钻压；

2.2)钻探过程中，启动给进油缸2，由于更换增加了钻杆，因此钻杆质量增加，故为了维持恒定钻压，节流阀产生的背压需要相应增加，因此钻机会控制节流阀减小开合度，使节流阀产生的背压等于钻杆的质量，当压力传感器5检测到回油压力恢复到设定的恒定值时，钻机会控制节流阀停止开合，以实现钻压恒定。

本实例中，设置给进油缸进油压力为a＝18mpa，回油压力为b，钻压为c＝11mpa，由于a-b＝c,a和c恒定，故b恒定，由公式回油压力＝钻杆重量-孔内水的浮力-节流阀产生的背压，可知：每次钻杆质量增加后，回油压力会相应增加，为了维持回油压力的恒定，故节流阀产生的背压也要相应增加，因此，钻机需要控制节流阀开合度减少，在节流阀开合度变化过程中，背压逐渐增大，当压力传感器实时检测回油压力值并反馈至钻机的控制系统，当测得回油压力恢复到b值后，钻机控制节流阀停止开合，此时维持恒定钻压钻进，这样每次更换钻杆，钻机都会控制节流阀开合度变化，使节流阀产生的背压等于钻杆质量，以保证钻压恒定。实施例中涉及压力传感器的信号反馈、以及钻机对节流阀开合度的控制均是本领域技术人员可以从现有技术中获知的。

由于钻压恒定，在钻进过程中，不同岩层，钻头转速会发生相应变化，例如浮土层，动力头转速600-800rpm；坚实的泥灰岩，动力头转速800-1000rpm，非常坚硬的白云岩等动力头转速1200-1500rpm，因此：

每次钻探前，设定给进油缸的给进速度为0.5米/分钟-1米/分钟，动力头的转速为800rpm-1000rpm，动力头的液压马达工作压力为5mpa-10mpa，该动力头的液压马达工作压力用于驱动动力头转动；

钻探过程中，当动力头的液压马达工作压力低于5mpa时，提高给进油缸的进给速度，提高动力头的转速，当动力头的转速提高至1500rpm时，动力头的液压马达工作压力仍低于5mpa，维持动力头的转速1500rpm不变,给进油缸的给进速度维持1米/分钟不变，动力头持续钻进；

钻探过程中，当动力头的液压马达工作压力高于10mpa时，降低给进油缸的进给速度，降低动力头的转速，当动力头的转速降低至600rpm时，动力头的液压马达工作压力仍高于10mpa，维持动力头的转速600rpm不变，给进油缸的给进速度维持0.2米/分钟不变，动力头持续钻进。

采用本钻压调节方法，在钻探前预先设定恒定足够的给进油缸进油压力以及钻压后，钻探过程中通过钻机的控制系统调节节流阀的开合度大小以产生背压用以抵消钻杆的质量，使得回油压力维持恒定，进而保证了钻进过程中无需随时调节给进油缸进油压力，操作方便，施工安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。