[發明專利]一種工程地質鉆機回轉鉆進比例控制系統

在審

• 申請號: 201610733859.2
• 申請日: 2016-08-28
• 公開（公告）號: CN107780918A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 趙儉
• 申請（專利權）人: 趙儉
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B44/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種工程地質鉆機回轉鉆進比例控制系統，適用于機械領域。

背景技術

隨著國內城市建設的快速發展，對城市地質調查工作提出了更高要求。目前，工程地質參數隨鉆測量技術正逐漸成為一種新的發展趨勢，即在鉆探過程中同步檢測地層電阻率、密度、孔隙水壓力、地層承載力和變形模量等地層參數。該技術是巖土工程勘察技術手段的創新，將進一步推動我國工程地質勘察鉆探技術的發展。鉆機作為系統工作平臺具有非常重要的作用，為了提高數據測量的準確性和可靠性，要求鉆柱給進與回轉運動平穩、振動小，負載適應能力強，因此鉆機液壓系統必須具備良好的鉆進控制能力，且功率損耗小，節能效率高。給進力和切削轉速是回轉鉆進中最重要的控制參數。

發明內容

本發明提出了一種工程地質鉆機回轉鉆進比例控制系統，其中給進系統采用比例調壓泵控制給進力，而回轉系統則通過比例排量控制泵調節負載流量，進而控制轉速。通過采取合理的技術措施，如縮短連接管道、采用斜坡控制信號和合理的控制壓力等，回轉鉆進系統具有調壓和調速準確、負載適應能力強、抗干擾和低功耗等特點，具備良好的鉆進控制能力。

本發明所采用的技術方案是。

所述控制系統中，由比例調壓泵組成的給進系統能根據負載特性的變化，自動調整系統運行狀態，實現壓力和流量的最佳匹配，具有較高的能量利用率，滿足了給進力控制要求；另外，應將比例壓力閥安裝在泵體附近，盡量減小連接管道長度，以確保系統工作穩定性和可靠性。

所述控制油缸活塞的位置控制系統采用位移一力反饋控制方式，即將控制油缸活塞的位移通過反饋彈簧形成彈簧力，并與控制閥芯的驅動力(電磁力)進行比較，構成位置反饋系統的比較環節。這樣通過控制器向電比例控制閥輸入控制電壓，產生所需電磁驅動力，在位置反饋機構的作用下，控制油缸活塞的位移，使變量泵按照要求調節排量，進而控制系統流量和執行機構運動速度。

本發明的有益效果是：該回轉鉆進比例控制系統具有調壓/調速準確、負載適應能力、抗干擾和低功耗等特點，具備良好的鉆進控制能，為滿足不同工況條件下的優化鉆進提供了技術保強力障。

附圖說明

圖1是本發明的給進系統控制原理圖。

圖2是本發明的回轉系統控制原理圖。

圖中：1.變量泵體；2.控制油缸；3.恒壓閥；4.比例閥；5.換向閥；6.給進油缸；7.變量泵體；8.控制油缸；9.比例閥；10.換向閥；11.回轉馬達。

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，給進機構的主要功能是調節給進力，并滿足負載對給進速度的要求。比例調壓閥4與R₁構成B型半橋，液橋輸出壓力P_c操作恒壓閥3，通過閥的啟閉調整控制油缸2的位置。恒壓閥3是一個中間放大環節，通過閥芯的壓差-位移轉換作用，將液橋輸出P_c和Q_c放大為能驅動控制油缸的壓力P_x和流量Q_x。同時，恒壓閥3又是一個檢測反饋元件，閥芯的力平衡條件形成被控參數P_L的反饋閉環。只有當液阻R₁兩端壓差等于恒壓閥3設定壓差卻時，恒壓閥才能保持在平衡位置。在采集油缸上下腔的壓力信號后，控制器經過分析向電比例調壓閥輸出控制電壓，調整液橋輸出壓力P_c值，進而控制給進壓力大小。

AMESim是法國Imagme公司推出的基于鍵合圖的液壓系統仿真軟件，該軟件為用戶提供了時域仿真建模環境，可使用已有的模型庫或建立新的子模型元件，構建所需要的實際模型。作者用AMESim軟件建立給進系統仿真模型。負載采用簡化鉆桿模型，鉆桿質量平均分布于上下兩個質量單元，中間用一個彈簧連接，模擬鉆桿柱軸向伸縮特性；另外，用阻尼元件模擬鉆頭破巖效率，即給進力與鉆進速度的關系，并可以通過信號單元實時進行調整，以反映地層變化對鉆速的影響；恒壓閥彈簧預壓力調定為2MPa，先導控制流量為1.5L/min。

在2s內，系統壓力保持在8MPa左右，2s后壓力躍升至18MPa和20MPa。系統階躍響應快，超調量較小，調壓時間短，精度高。另外，由于比例壓力閥調壓精度影響，壓力調節存在一定偏差，但對給進力控制影響不大。