[發明專利]一種自動定位鉆孔鑿巖臺車鉆臂控制系統

在審

• 申請號: 201610449676.8
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN107524434A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 何志杰
• 申請（專利權）人: 何志杰
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;F15B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種自動定位鉆孔鑿巖臺車鉆臂控制系統，適用于機械領域。

背景技術

隨著煤礦工業的不斷發展，巖巷的快速掘進已成為安全高效礦井建設的關鍵，而巖巷掘進機械化是實現快速掘進的有效途徑。鑿巖臺車是目前巖巷掘進的主要機械設備，但目前鑿巖臺車的控制方式絕大部分是人工手動控制，導致了在施工過程中存在安全隱患、效率低下及巷道成型差等缺陷。電腦控制自動定位鉆孔鑿巖臺車具有鉆孔定位精確、遠程自動控制及高效鉆孔等特點,能有效克服普通鑿巖臺車施工過程的缺陷。

發明內容

本發明提出了一種自動定位鉆孔鑿巖臺車鉆臂控制系統，該系統能滿足自動定位鉆孔鑿巖臺車的控制性能需求，為自動定位鉆孔鑿巖臺車的設計提供了理論依據和方法。

本發明所采用的技術方案是：

所述自動定位鉆孔鑿巖臺車采用上下位機結構形式。上位機與下位機通過PC適配器進行通訊。上位機采用工業級單板電腦完成炮眼布置圖輸入、車體定位、孔序規劃及運動學求解等，并將最終求解的各個關節變量值向下位機發出并作為下位機閉環控制的目標值。下位機采用可編程控制器(PLC)完成鉆臂信息的采集處理、動作序列生成及目標參數追隨控制等。在關節參數追隨控制過程中，采用電液比例閉環控制技術實現鉆臂快速、穩定及精確的自動定位。

所述控制系統采用三通比例減壓閥控制比例換向閥的先導腔壓力，從而實現各個關節的位置伺服控制。比例換向閥采用負載敏感比例液控多路換向閥，各個油缸的驅動壓力通過LS溢流閥單獨設定，通過緩沖補油閥可以有效地克服鉆臂調姿過程中的晃動，通過梭閥網絡與負載敏感液壓泵的配合控制，實現鉆臂液壓控制系統的容積節流調速特性，從而使節流調速的輸出流量與比例減壓閥的輸入信號成線性關系。

本發明的有益效果是：該系統能滿足自動定位鉆孔鑿巖臺車的控制性能需求，為自動定位鉆孔鑿巖臺車的設計提供了理論依據和方法。

附圖說明

圖1是本發明的控制系統框圖。

圖2是本發明的比例閥控液壓缸控制系統圖。

圖3是本發明的閉環控制系統框圖。

圖4是本發明的巖鉆進控制系統。

圖中：1．三通比例減壓閥；2．平衡閥；3．液壓缸；4、8．緩沖補油閥；5．LS溢流閥；6．比例換向閥；7．壓力補償器；8．平衡閥；9．推進油缸；10．液控換向閥；11．液阻；12．單向閥；13．比例減壓閥；14．測壓接頭；15．順序閥；16．比例溢流閥。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，自動定位鉆孔鑿巖臺車采用上下位機結構形式。上位機與下位機通過PC適配器進行通訊。上位機采用工業級單板電腦完成炮眼布置圖輸入、車體定位、孔序規劃及運動學求解等，并將最終求解的各個關節變量值向下位機發出并作為下位機閉環控制的目標值。下位機采用可編程控制器(PLC)完成鉆臂信息的采集處理、動作序列生成及目標參數追隨控制等。在關節參數追隨控制過程中，采用電液比例閉環控制技術實現鉆臂快速、穩定及精確的自動定位。

如圖2，鉆臂在自動定位鉆孔過程中，主要工作過程：通過鉆臂上各個關節的移動或轉動使釬頭定位至需要鉆孔的位置和姿態．然后通過控制推進油缸及鑿巖機各參數來實現高效鉆孔。控制系統采用三通比例減壓閥控制比例換向閥的先導腔壓力，從而實現各個關節的位置伺服控制。比例換向閥采用負載敏感比例液控多路換向閥，各個油缸的驅動壓力通過LS溢流閥單獨設定，通過緩沖補油閥可以有效地克服鉆臂調姿過程中的晃動，通過梭閥網絡與負載敏感液壓泵的配合控制，實現鉆臂液壓控制系統的容積節流調速特性，從而使節流調速的輸出流量與比例減壓閥的輸入信號成線性關系。

如圖3，臺車在鑿巖鉆孔作業時，由于巖石性質的多樣性，如遇到裂縫、溶洞或者巖石性質差異太大的過渡區時，正在鉆孔工作的釬頭容易被卡死，鉆孔作業將被迫停止。鑿巖鉆孔過程中鑿巖機的推進壓力、沖擊壓力、釬轉速度及推進速度必須與巖石特性相匹配，否則會出現卡鉆、斷釬桿及鉆孔不精確的現象，嚴重影響臺車的工作效率及鉆孔精度。所以鑿巖機及推進控制系統需要具有防卡釬功能和自動調節推進壓力、沖擊壓力、釬轉速度及推進速度等參數的功能。

如圖4，系統通過比例減壓閥控制系統的推進壓力。由比例溢流閥控制系統的沖擊壓力，釬轉速度與推進速度由相應的比例多路閥控制。順序閥、液壓阻尼及液控換向閥等組成液壓防卡釬功能。原理：當發生卡釬趨勢時。釬轉油路壓力逐漸或陡然上升，釬轉壓力信號通過A口作用于順序閥的入口，當釬轉壓力達到順序閥的設定值(卡釬壓力點)時。順序閥打開，釬轉壓力作用于液控換向閥使其換向。這時推進油缸后退，釬轉油壓下降至低于卡釬壓力點，順序閥關閉，防卡釬閥在彈簧力的作用下自動復位，推進油缸切換為前進狀態。如此往復修復炮孔。直至釬頭通過卡釬區域，鑿巖機將恢復正常的鉆孔作業。