[發明專利]鉆機自動鉆進監測裝置、鉆頭機構及鉆頭更換預報系統

在審

• 申請號: 202110283391.2
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112963138A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 羅偉庭;劉德;蔣莉斌;馮果;陳沖;劉坤;胡志勇;楊林剛;劉國華;劉勝欽;謝小明;熊立財;黃萬東;張永杰
• 申請（專利權）人: 中國建筑第五工程局有限公司;長沙理工大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 胡喜舟

本發明公開了一種鉆機自動鉆進監測裝置、鉆頭機構及鉆頭更換預報系統，其中監測裝置包括扭矩測量傳感器、轉速傳感器、壓力傳感器、裝置殼體，以及固設于裝置殼體內的高度傳感器、數據采集及存儲模塊、數據信號發射模塊、電源模塊；扭矩測量傳感器、壓力傳感器均用于安裝在鉆桿的方頭頂部，轉速傳感器用于安裝在鉆桿的彈簧托盤上；裝置殼體用于安裝在鉆桿內。高度傳感器采集鉆頭體所處的深度，扭矩測量傳感器測量鉆頭體上所受的扭矩值，壓力傳感器和轉速傳感器分別測量鉆頭體所受到的壓力和轉速，根據上述鉆進數據進而及時綜合評價旋挖鉆機的施工狀態，并判斷是否需要更換鉆頭。

技術領域

本發明涉及旋挖鉆機施工自動監測技術領域，尤其涉及一種鉆機自動鉆進監測裝置、鉆頭機構及鉆頭更換預報系統。

背景技術

隨著我國城市建設的迅猛發展，對地下工程的建設和施工提出了更高的要求，特別是在工程施工安全、節約經濟和綠色環保等方面。而全套管咬合樁作為基坑支護的一種方式的出現，其本身具有靈活適應各種復雜地質條件、節約經濟和抗滲性強等優點，因此，在城市建設深基坑圍護結構應用方面，套管咬合樁基得到了充分的利用。

但目前在面對地下各種復雜的軟硬地層條件下，難以及時掌握套管旋轉鉆機的施工狀態，如若突然遇到堅硬巖層，剛度不足的全套管鉆頭易受到不同程度上的損壞，這不僅會造成一定的經濟損失，還會影響整個施工效率。并且，現有的監測系統和判斷的方法所依據的信息不夠全面，最終得出的結果也不夠準確。

發明內容

本發明提供了一種鉆機自動鉆進監測裝置、鉆頭機構及鉆頭更換預報系統，以解決難以及時掌握全套管鉆機的施工狀態的問題。

第一方面，提供了一種鉆機自動鉆進監測裝置，包括扭矩測量傳感器、轉速傳感器、壓力傳感器、裝置殼體，以及固設于所述裝置殼體內的高度傳感器、數據采集及存儲模塊、數據信號發射模塊、電源模塊；

所述扭矩測量傳感器、壓力傳感器均用于安裝在鉆桿的方頭頂部，所述轉速傳感器用于安裝在鉆桿的彈簧托盤上；

所述裝置殼體用于安裝在鉆桿內，所述高度傳感器、壓力傳感器、轉速傳感器、扭矩測量傳感器、數據信號發射模塊均與所述數據采集及存儲模塊電連接；所述扭矩測量傳感器、高度傳感器、壓力傳感器、轉速傳感器、數據采集及存儲模塊、數據信號發射模塊均與所述電源模塊電連接。

高度傳感器用于采集自身所處位置的深度，扭矩測量傳感器用于測量鉆頭體上所受的扭矩力大小，壓力傳感器用于測量鉆頭體在鉆進的過程中所受到的壓力值大小，轉速傳感器用于測量鉆頭體鉆進的轉速值大小，高度傳感器、扭矩測量傳感器、壓力傳感器及轉速傳感器所測量的數據統一傳輸至數據采集及存儲模塊中，數據采集及存儲模塊對接收的測量數據進行存儲并通過數據信號發射模塊發射到地面監控數據模塊。工作前，預先設定高度傳感器的采集時間節點或采集時間間隔，便于根據高度傳感器測量的采集的數據得到鉆頭體所處的深度值及鉆進的速度值，根據上面所述的裝置采集到的監測數據和對數據的計算和分析，進而可及時掌握全套管旋挖鉆機的施工狀態，并根據施工狀態判斷是否需要更換鉆頭，并及時避免鉆頭損壞。

進一步地，所述裝置殼體內頂部固定了一根懸臂摩擦金屬軸，所述懸臂摩擦金屬軸下端還設置有摩擦阻片，所述摩擦阻片分別連接所述裝置殼體內側和所述懸臂摩擦金屬軸表面。

進一步地，所述裝置殼體內部還設置有兩個連接臺，所述連接臺與所述裝置殼體內側壁之間及所述連接臺與所述懸臂摩擦金屬軸之間均設置有滑動摩擦片。滑動摩擦片用于減緩裝置殼體及其內的各器件受到的沖擊力或震動，起到保護作用。

進一步地，還包括轉盤，所述轉盤包括可相對旋轉的上盤和下盤，所述裝置殼體固定安裝在所述上盤表面，所述下盤通過橫向連接螺栓與鉆桿固定連接。整個裝置殼體固定安裝在轉盤的上盤表面上，轉盤下盤通過橫向連接螺栓與鉆桿連接，并可隨著鉆桿旋轉而旋轉，而轉盤上盤及固設在上盤表面上的裝置殼體可處于一個相對靜止的狀態，一定程度上保護了裝置內部的各個器件。