進(jìn)；
鉆進(jìn)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加壓壓力和動(dòng)力頭扭矩，并結(jié)合臨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)傳輸給CPU邏輯控制單元計(jì)算出當(dāng)前施工的鉆具現(xiàn)時(shí)實(shí)際鉆進(jìn)地層；
5)CPU邏輯控制單元檢索施工數(shù)據(jù)庫(kù)中的施工方案，如圖3所示，根所當(dāng)前施工的鉆具現(xiàn)時(shí)實(shí)際鉆進(jìn)地層，選擇鉆進(jìn)模式，并調(diào)用相對(duì)應(yīng)的施工方案;在CPU邏輯控制單元分析計(jì)算過(guò)程中，實(shí)時(shí)的把結(jié)果通過(guò)CPU通訊控制單元傳輸給顯示界面實(shí)時(shí)顯示；
6)CPU比例閥驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)CPU邏輯控制單元提供的最適合當(dāng)前地層的施工方案，驅(qū)動(dòng)加壓油缸、動(dòng)力頭馬達(dá)和主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)工作實(shí)現(xiàn)施工方案；
7)在整個(gè)自動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，因施工地層復(fù)雜多變，控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)變化，判斷鉆具從一種地層到另一種地層，地層變化控制系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換相應(yīng)的施工方案。例如從人工填土層鉆進(jìn)到淤泥層，如圖3所示需要控制系統(tǒng)自動(dòng)從人工填土層工作模式轉(zhuǎn)換到淤泥層工作模式，相應(yīng)的施工方案也轉(zhuǎn)換。整個(gè)自動(dòng)鉆進(jìn)施工中，循環(huán)執(zhí)行以上過(guò)程。
[0022]需要說(shuō)明的是上述實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上所作出的等同變換或替代均落入本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種根據(jù)地層自動(dòng)控制鉆進(jìn)的旋挖鉆機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述旋挖鉆機(jī)控制系統(tǒng)包括鉆具，帶動(dòng)所述鉆具鉆進(jìn)的鉆桿，拉動(dòng)所述鉆桿上下動(dòng)作的主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩，與所述主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩連接的主卷?yè)P(yáng)，與所述主卷?yè)P(yáng)連接的主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)，與所述主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)連接的主卷?yè)P(yáng)比例電磁閥，驅(qū)動(dòng)所述鉆桿旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的動(dòng)力頭，與所述動(dòng)力頭連接的動(dòng)力頭液壓馬達(dá)，與所述液壓馬達(dá)連接的動(dòng)力頭電液比例閥，與所述動(dòng)力頭連接的加壓油缸，與所述加壓油缸連接的加壓電液比例閥；與所述主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩連接的主卷?yè)P(yáng)拉力傳感器，用于獲取所述鋼絲繩所受的拉力；與所述主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩連接的測(cè)深傳感器，用于測(cè)量所述鋼絲繩下放的長(zhǎng)度與速度，獲取鉆孔的速度、深度與鉆具的位置;與所述動(dòng)力頭連接的動(dòng)力頭扭矩傳感器，用于測(cè)量所述動(dòng)力頭馬達(dá)的動(dòng)作壓力，通過(guò)計(jì)算獲取所述動(dòng)力頭的扭矩變化數(shù)據(jù);與所述加壓油缸連接的加壓壓力傳感器，用于測(cè)量所述加壓油缸的壓力變化，獲取所述加壓油缸對(duì)所述動(dòng)力頭的加壓力變化數(shù)據(jù)，與所述主卷?yè)P(yáng)拉力傳感器、測(cè)深傳感器、動(dòng)力頭扭矩傳感器、加壓壓力傳感器連接的控制器通過(guò)收集和分析所述拉力傳感器、測(cè)深傳感器、動(dòng)力頭扭矩傳感器、加壓壓力傳感器的數(shù)據(jù)并結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)分析再驅(qū)動(dòng)所述主卷?yè)P(yáng)比例電磁閥、動(dòng)力頭比例電磁閥和加壓比例電磁閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)旋挖鉆機(jī)根據(jù)地層自動(dòng)控制鉆進(jìn)功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的根據(jù)地層自動(dòng)控制鉆進(jìn)的旋挖鉆機(jī)控制系統(tǒng)，其所述所控制器包括:信號(hào)采集單元、邏輯控制單元A、邏輯控制單元B、通訊控制單元以及比例閥驅(qū)動(dòng)單元五個(gè)部份，其中，所述信號(hào)采集單元，用于收集加壓壓力傳感器、主卷?yè)P(yáng)拉力傳感器、動(dòng)力頭扭矩傳感器以及測(cè)深傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù);所述邏輯控制單元A，用于對(duì)比分析判斷鉆具現(xiàn)時(shí)實(shí)際鉆進(jìn)地層;所述通訊控制單元，用于將信息發(fā)送到顯示界面;所述邏輯控制單元B，用于檢索施工數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)用施工方案，通過(guò)所述比例閥驅(qū)動(dòng)單元，控制加壓油缸、動(dòng)力頭馬達(dá)以及主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)動(dòng)作。3.根據(jù)地層自動(dòng)控制鉆進(jìn)的旋挖鉆機(jī)控制系統(tǒng)的建立方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 1)建立施工數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)淤泥地層、人工填土層、黏土地層、砂土層、碎、卵石地層、泥巖地層、礫巖、砂巖地層、石灰?guī)r地層、硬質(zhì)巖地層等，旋挖鉆機(jī)最有效的施工方法，分別整理并建立數(shù)據(jù)庫(kù)，主要有兩個(gè)方面的內(nèi)容，第一是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，鉆機(jī)如何自動(dòng)測(cè)量是在那種地層施工，第二是施工數(shù)據(jù)庫(kù)； 2)植入數(shù)據(jù)庫(kù)到旋挖鉆機(jī)的控制系統(tǒng)中； 3)施工過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的動(dòng)力頭扭矩、加壓壓力的變化數(shù)據(jù)輸入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合地質(zhì)報(bào)告自動(dòng)判斷正在鉆進(jìn)的是何種地層； 4)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出的地層信息輸入施工數(shù)據(jù)庫(kù)； 5)施工數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用相應(yīng)的施工方案驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭，加壓油缸及主卷動(dòng)作達(dá)到最佳鉆進(jìn)效果; 6)整機(jī)各項(xiàng)施工數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到中央控制部分，以備數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)改進(jìn)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的根據(jù)地層自動(dòng)控制鉆進(jìn)的旋挖鉆機(jī)控制系統(tǒng)的建立方法，其特征在于，所述步驟I)中的具體步驟如下，11)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)程， (111)收集地層特征，形成各地層特征子集， (112)修建實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，直徑5M，從地表向下5至1M的圓柱形，每種地層一個(gè)，建成單一地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，如淤泥地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、人工填土層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、黏土地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、砂土層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、碎、卵石地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、泥巖地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、礫巖實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、砂巖地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、石灰?guī)r地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、硬質(zhì)巖地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)等； (1113)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，旋挖鉆分別在單一地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地施工，在10KN的標(biāo)準(zhǔn)加壓力和.220KN.m的標(biāo)準(zhǔn)扭矩下:通過(guò)所述測(cè)深傳感器，獲取鉆孔的速度數(shù)據(jù)△ V;通過(guò)所述動(dòng)力頭扭矩傳感器，獲得所述動(dòng)力頭的扭矩變化數(shù)據(jù)A P;通過(guò)所述加壓壓力傳感器，獲取所述加壓油缸對(duì)所述動(dòng)力頭的加壓力變化數(shù)據(jù)A N，通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，進(jìn)入所述控制器的信號(hào)采集單元，形成變化曲線存儲(chǔ)到相對(duì)應(yīng)地層的子數(shù)據(jù)庫(kù)； (1114)各地層特征子集與各種地層的子數(shù)據(jù)庫(kù)組合成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)； 12)施工數(shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)程； (121)修建實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，直徑5M，從地表向下5至1M的圓柱形，每種地層一個(gè)，建成單一地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，如淤泥地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、人工填土層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、黏土地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、砂土層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、碎、卵石地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、泥巖地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、礫巖實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、砂巖地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、石灰?guī)r地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、硬質(zhì)巖地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)等； (122)旋挖鉆分別在單一地層實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地施工，結(jié)合施工工法，通過(guò)控制器手動(dòng)調(diào)節(jié)三個(gè)比例電磁閥的驅(qū)動(dòng)電流數(shù)據(jù)即與所述主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)連接的主卷?yè)P(yáng)比例電磁閥，與所述液壓馬達(dá)連接的動(dòng)力頭電液比例閥，與所述加壓油缸連接的加壓電液比例閥；使鉆進(jìn)速度和鉆孔質(zhì)量最佳，收集此時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，進(jìn)入所述控制器的邏輯控制單元B，形成對(duì)應(yīng)地層的驅(qū)動(dòng)方案，存儲(chǔ)到相對(duì)應(yīng)地層的鉆進(jìn)模式子數(shù)據(jù)庫(kù)， (123)各種地層的鉆進(jìn)模式子數(shù)據(jù)庫(kù)組成施工數(shù)據(jù)庫(kù)。5.根據(jù)地層自動(dòng)控制鉆進(jìn)的旋挖鉆機(jī)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法如下， .1)旋挖鉆機(jī)做好施工準(zhǔn)備；. 2)主卷?yè)P(yáng)上升和下降的電液比例閥驅(qū)動(dòng)主卷?yè)P(yáng)下放鉆桿鉆頭，當(dāng)主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩吊重的拉力傳感器測(cè)量的拉力小于2噸時(shí)停止下放，鉆頭觸底； .3)顯示界面上啟動(dòng)自動(dòng)鉆進(jìn)功能； .4 )系統(tǒng)自動(dòng)輸入:10KN的標(biāo)準(zhǔn)加壓力和220KN.m的標(biāo)準(zhǔn)扭矩，并驅(qū)動(dòng)加壓比例電磁閥和動(dòng)力頭比例電磁閥開(kāi)始鉆進(jìn)； 鉆進(jìn)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加壓壓力和動(dòng)力頭扭矩，并結(jié)合臨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)傳輸給CPU邏輯控制單元計(jì)算出當(dāng)前施工的鉆具現(xiàn)時(shí)實(shí)際鉆進(jìn)地層；. 5)CHJ邏輯控制單元檢索施工數(shù)據(jù)庫(kù)中的施工方案，如圖3所示，根所當(dāng)前施工的鉆具現(xiàn)時(shí)實(shí)際鉆進(jìn)地層，選擇鉆進(jìn)模式，并調(diào)用相對(duì)應(yīng)的施工方案;在CPU邏輯控制單元分析計(jì)算過(guò)程中，實(shí)時(shí)的把結(jié)果通過(guò)CPU通訊控制單元傳輸給顯示界面實(shí)時(shí)顯示； . 6)CPU比例閥驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)CPU邏輯控制單元提供的最適合當(dāng)前地層的施工方案，驅(qū)動(dòng)加壓油缸、動(dòng)力頭馬達(dá)和主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)工作實(shí)現(xiàn)施工方案； .7)在整個(gè)自動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，因施工地層復(fù)雜多變，控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)變化，判斷鉆具從一種地層到另一種地層，地層變化控制系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換相應(yīng)的施工方案;例如從人工填土層鉆進(jìn)到淤泥層，如圖3所示需要控制系統(tǒng)自動(dòng)從人工填土層工作模式轉(zhuǎn)換到淤泥層工作模式，相應(yīng)的施工方案也轉(zhuǎn)換；整個(gè)自動(dòng)鉆進(jìn)施工中，循環(huán)執(zhí)行以上過(guò)程；.8)當(dāng)測(cè)深傳感器反饋的深度達(dá)到鉆孔要求時(shí)，或者人工手動(dòng)停止時(shí)，自動(dòng)鉆進(jìn)停止工 作。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種根據(jù)地層自動(dòng)控制鉆進(jìn)的旋挖鉆機(jī)控制系統(tǒng)，所述旋挖鉆機(jī)控制系統(tǒng)包括鉆具，帶動(dòng)所述鉆具鉆進(jìn)的鉆桿,拉動(dòng)所述鉆桿上下動(dòng)作的主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩，與所述主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩連接的主卷?yè)P(yáng)，與所述主卷?yè)P(yáng)連接的主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)，與所述主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)連接的主卷?yè)P(yáng)比例電磁閥，驅(qū)動(dòng)所述鉆桿旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的動(dòng)力頭，與所述動(dòng)力頭連接的動(dòng)力頭液壓馬達(dá)。與所述液壓馬達(dá)連接的動(dòng)力頭電液比例閥，與所述動(dòng)力頭連接的加壓油缸，與所述加壓油缸連接的加壓電液比例閥；與所述主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩連接的主卷?yè)P(yáng)拉力傳感器，用于獲取所述鋼絲繩所受的拉力；與所述主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩連接的測(cè)深傳感器，用于測(cè)量所述鋼絲繩下放的長(zhǎng)度與速度，獲取鉆孔的速度、深度與鉆具的位置。
【IPC分類】E21B44/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105715247
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610189885
【發(fā)明人】馮志雄, 王國(guó)民, 胡堂堂, 朱曉東
【申請(qǐng)人】連云港凱帝重工科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日