[發明專利]極硬巖智能變頻電驅動反井鉆機

在審

• 申請號: 201811253091.4
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109577854A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 劉志強;譚杰;譚昊;寧方波;宋朝陽;康迎春;賀江波
• 申請（專利權）人: 北京中煤礦山工程有限公司
• 主分類號: E21B3/02
• 分類號: E21B3/02;E21B44/04;E21B19/18
• 代理公司: 北京冠榆知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11666
• 代理人: 朱亞琦;魏振柯

本發明公開極硬巖智能變頻電驅動反井鉆機，包括電驅動傳動系統和智能控制系統,所述智能控制系統將控制信號傳輸給電驅動傳動系統,電驅動傳動系統根據控制信號進行傳動。本發明扭矩傳感器和拉力傳感器感知鉆桿扭矩信號和鉆桿拉力信號，傳輸給控制器，控制器根據信號、現場情況以及以往經驗參數，對變頻電機進行輸出控制，從而實現智能變頻，減少人員工作量。可以避免鉆進過程中多次停鉆提鉆查看而增加施工風險。

技術領域

本發明涉及礦山勘探技術領域。具體地說是極硬巖智能變頻電驅動反井 鉆機。

背景技術

目前極硬巖反井導孔施工難度大，消耗三牙輪鉆頭多，在更換三牙輪鉆 頭過程中，需要多次提鉆增加堵孔風險的問題，采用專用導孔鉆機是常規方 案，但是需要購買專用導孔鉆機，增加成本。而聚晶金剛石復合片鉆頭(PDC 鉆頭)的硬度高，價格較天然金剛石便宜，可以減緩鉆頭的磨損，然而目前 PDC鉆頭對轉速要求80～200轉/分，而反井鉆機導孔最大轉速不超過40轉/ 分，這就制約了PDC鉆頭在反井鉆機上應用。同時在鉆進擴孔過程中，又需 要低轉速高扭矩，這就對反井鉆機在轉速和扭矩上提出了新要求。如何通過 一臺反井鉆機根據需要改變轉速和扭矩，成為亟待解決的問題。

中國專利號CN206000454，公開了一種新型電驅動反井鉆機，可以實現 無機變速，提高鉆進效率，然而需要人工根據現場鉆進情況進行判斷，多次 停鉆提鉆查看增加風險，帶來不便。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于提供一種可以避免鉆進過程中多 次停鉆提鉆查看而增加施工風險的極硬巖智能變頻電驅動反井鉆機。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

極硬巖智能變頻電驅動反井鉆機，包括電驅動傳動系統和智能控制系統, 所述智能控制系統將控制信號傳輸給電驅動傳動系統,電驅動傳動系統根 據控制信號進行傳動。

上述極硬巖智能變頻電驅動反井鉆機，所述電驅動傳動系統包括變頻電 機、液力變矩器、行星變速箱、齒輪箱和動力頭；所述變頻電機的動力輸出 端與所述液力變矩器的動力輸入端驅動連接，所述液力變矩器的動力輸出端 與所述行星變速箱的動力輸入端驅動連接，所述行星變速箱的動力輸出端與 所述齒輪箱的動力輸入端驅動連接；所述齒輪箱的動力輸出端與所述動力頭 的動力輸入端驅動連接。

上述極硬巖智能變頻電驅動反井鉆機，所述智能控制系統包括扭矩傳感 器、拉力傳感器和控制器，所述扭矩傳感器和所述拉力傳感器分別安裝在所 述動力頭的中心管上，所述扭矩傳感器的信號輸出端與所述控制器的信號輸 入端通信連接以將鉆桿扭矩信號傳輸給所述控制器，所述拉力傳感器的信號 輸出端與所述控制器的信號輸入端通信連接以將鉆桿拉力信號傳輸給所述 控制器，所述控制器的控制信號輸出端與所述變頻電機的控制信號輸入端通 信連接，所述控制器根據所述扭矩傳感器和所述拉力傳感器傳輸來的扭矩信 號和拉力信號向所述變頻電機反饋信號以便控制所述變頻電機的動力輸出 量。

上述極硬巖智能變頻電驅動反井鉆機，所述行星變速箱為單級四速變速， 通過變速箱自帶的電磁閥或液壓實現三個正轉轉速和一個反轉轉速，最高速 用于導孔PDC鉆頭鉆進，中速用于導孔三牙輪鉆頭鉆進，低速用于擴孔鉆進 和安裝鉆桿，反轉用于卸鉆桿，四個檔位自動切換。

本發明的技術方案取得了如下有益的技術效果：

本發明智能控制系統上的扭矩傳感器和拉力傳感器，感知鉆桿扭矩信號 和鉆桿拉力信號，傳輸給控制器，根據信號、現場情況以及以往經驗參數， 控制器對變頻電機進行輸出控制，從而實現智能變頻，減少人員工作量。

為防止堵鉆和卡鉆以及裝卸鉆桿對齒輪系統和電機的沖擊，在變頻電機 和行星變速箱中間設置液力變矩器，起到緩沖沖擊的作用。行星變速箱為單 級四速變速，通過智能控制系統實現四個檔位自動切換。本發明極硬巖智能 變頻電驅動反井鉆機可直接替代原BMC400系列反井鉆機上的液壓馬達部分。