CN102472096B - 用于控制岩石凿钻的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
用于利用属于岩石凿钻机(1)的撞击装置(7)控制岩石凿钻的方法和设备,所述撞击装置通过借助进给马达(3)将钻具(9)推靠于岩石并同时借助旋转马达使钻具旋转,由此通过钻具(9)将应力波传递到岩石,从而确定最大进给力,压力介质则被供应到进给马达(3)和旋转马达(8),并且根据凿钻条件来控制进给力。基于进给速度和旋转转矩来控制进给力。所述设备具有控制进给的负载控制阀。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制岩石凿钻的方法。
其中,属于岩石凿钻机的压力液体操作的撞击装置通过钻具将应力波传递到岩石;其中,通过进给马达将所述岩石凿钻机和所述钻具同时推动顶靠于岩石,且钻具通过旋转马达同时旋转,
该方法包括:
确定最大进给力;
沿进给压力通道将压力液体供应到进给马达并沿返回通道使压力液体离开进给马达;
沿撞击装置压力通道将压力液体供应到撞击装置并沿返回通道使压力液体离开撞击装置;
沿旋转马达压力通道将压力液体供应到旋转马达(8)并沿返回通道使压力液体离开旋转马达(8);
相对于进给速度控制进给力,以便当进给速度增加时,进给力减少,反之亦然;以及
相对于旋转转矩控制进给力,以便当旋转转矩增加时,进给力减少,反之亦然。
此外,本发明涉及用于通过压力液体操作的岩石凿钻机控制岩石凿钻的设备,凿钻工具能附接到岩石凿钻机上,包括:
用于产生到工具的应力波的撞击装置,
用于将压力液体供应到撞击装置和使压力液体离开撞击装置的撞击压力通道和撞击返回通道(46),
用于旋转工具的旋转马达,
用于将压力液体供应到旋转马达和使压力液体离开旋转马达的旋转压力通道和旋转返回通道,
用于将岩石凿钻机进给到凿钻方向和反向方向的进给马达,
用于将压力液体供应到进给马达和使压力液体离开进给马达的进给压力通道和进给返回通道,
用于控制压力液体到进给马达的供应的进给控制阀,
用于控制压力液体到旋转马达的供应的旋转控制阀,
用于控制压力液体到撞击装置的供应的撞击控制阀,
测量设备,用于测量进给速度和/或进给位置,并用以测量供应到进给马达的压力液体的压力,以及用于测量供应到旋转马达的压力液体的压力,以及
控制单元(30),所述测量设备连接到所述控制单元,并且所述控制单元被连接用以基于所测量到的值而控制进给控制阀、旋转控制阀和撞击控制阀。
背景技术
当孔被凿钻进入岩石时,凿钻条件可能以多种方式变化。岩石可能包括空隙和裂缝,且岩石层具有不同硬度,这就是为什么凿钻参数应根据凿钻条件调整。
通常,操作者基于他或她的个人经验而控制岩石凿钻的操作。操作者基于假定的岩石特性而设定某些凿钻参数。在凿钻过程中,操作者检查旋转并监测凿钻的进展。需要时,他改变进给力和/或撞击装置的撞击功率以适应特定类型岩石,由此尝试实现快速但还平稳的凿钻过程。实践中,在数秒中或数十秒内,操作者仅能够调整一个凿钻参数并控制其对凿钻过程的影响。当岩石的质量或其凿钻特性快速地变化时,即使是合格的操作者也不能足够快速地调整凿钻参数以适应岩石。因此,明显的是,如果凿钻条件快速地变化,则操作者不能确保良好的工具寿命。此外,实际上,即使对于合格的操作者也不能在整个工作进程中监测和控制岩石凿钻机的运行,使得在每个时刻凿钻都是有效率地进行,而且同时考虑到了工具所受到的应力。
而且,在潜孔凿钻(down hole drilling)中,当抵抗进给的石头的力突然消失时,例如当钻头碰到岩石中的孔时,可能存在失控的岩石凿钻的突进(rush)。此外,在该类型的液压凿钻中,因为容易振动或振荡,对凿钻控制产生了问题。
典型地,在该类型凿钻设备中,进给通道装备有平衡阀。平衡阀的目的是如果没有会打开平衡阀的控制信号或控制压力,则通过关闭返回通道来防止钻岩机的不期望的移动。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制岩石凿钻的新颖的且改进的方法和设备。
该方法定义成:
测量进给速度;
测量旋转压力;
相对于所测量到的进给速度和所测量到的旋转压力控制进给力;以及
相对于所述进给力控制撞击功率,以便当所述进给力减小到预定值之下时,所述撞击功率减小,且当所述进给力再次增加时,所述撞击功率相应地增加。
该设备由如下定义:在返回通道中,在进给马达(3)的进给返回通道中有负载控制阀,该负载控制阀具有第一位置和在接收到相应的控制信号时阀所处的第二位置,在第一位置中,在进给返回通道中的压力液体流被关闭,在第二位置中,在进给返回通道中的来自进给马达的压力液体流被连接打开;负载控制阀被连接用以在接收相应的控制信号时控制进给返回通道中的平衡压力;以及所述控制单元被布置用以基于所测量到的值控制负载控制阀。
该方法的思想是首先确定最大进给力,并将最大进给力设置到凿钻控制。最大进给力在实践中通过设定压力液体的最大压力来确定,其影响进给缸。根据本发明的一个实施例,仅当进给速度为零时,最大进给力起作用。根据本发明的思想,进给速度的值被用于当进给速度增加时,减少进给力。此外,根据本发明的思想,旋转转矩被用于控制进给力,以便当旋转转矩增加时,进给力减小。此外,相对于所述进给力控制撞击功率,以便当所述进给力减小时,所述撞击功率减小,且当所述进给力再次增加时,所述撞击功率相应地增加。在本方法的一个实施例中,对于进给力,设定比最大进给力小的一个预定值,且仅当进给力掉到该预设值之下时,撞击功率开始减小。
该设备的思想是返回进给压力通道装备有负载控制阀,从进给马达返回的压力液体的流或平衡压力可利用负载控制阀控制,从而存在控制进给运动的合适的平衡压力,和基于所测量到的速度和/或所测量到的旋转压力,通过控制单元控制负载控制阀。此外,该思想是:基于进给速度和/或旋转压力,同时控制供应到撞击装置的压力液体的压力,以便当阻力增加时,压力液体的压力减小,反之亦然。
本发明的优点是:凿钻状态的变化可被感测到并用于有效且自动地控制凿钻。
附图说明
将在附图中更详细描述本发明,其中
图1是岩石凿钻单元的示意性侧视图,
图2为根据本发明的设备的示意性框图,
图3为根据本发明的设备的另一示意性框图,
图4为根据本发明的设备的又一示意性框图,以及
图5a-5c示意性示出进给力与旋转转矩之间的关系是如何能够调整的。
为清楚起见,各附图以简化方式示出。相同的附图标记标示类似的构件。
具体实施方式
图1所示的岩石凿钻单元包括布置在进给梁2上的岩石凿钻机1。岩石凿钻机1可通过进给马达3而沿进给梁2的纵向方向移动。进给马达3可例如是由压力液体操作的缸或马达,且进给马达3被布置成通过诸如链条或线缆的动力传递构件而影响岩石凿钻机1。进给马达3可以是以已知方式通过液体压力操作的压力液体缸或压力液体马达。岩石凿钻机1和连接到岩石凿钻机1的钻具9通过使用所需大小的进给力而压靠于岩石10。进给梁2可以可移动地布置在属于岩石凿钻设备的凿钻臂6的自由端处。岩石凿钻机1至少包括撞击装置7和旋转马达8。撞击装置7用于产生到连接到岩石凿钻机1的钻具9的诸如冲击脉冲的应力波,钻具则将应力波递送到岩石10。钻具9的最外端设有钻头11,钻头11内的钻头由于应力波而刺穿岩石10,致使岩石10破裂。此外,钻具9相对于其纵向轴线旋转,这使得钻头11中的钻头总是击打岩石10的新位置。钻具19通过旋转马达8旋转,旋转马达8可以是例如由压力液体操作的装置或电装置。钻具9可包括彼此连续布置的几个钻杆12。在钻杆12之间可设有螺纹连接件。在本发明的方案中,撞击装置7是液压操作的。撞击装置7可包括撞击活塞,撞击活塞通过压力液体来回移动并布置成击打钻具或击打布置在钻具与撞击活塞之间的钻柄适配器。当然,本发明还可结合由压力液体操作的撞击装置7应用,其中应力波以诸如通过由压力液体脉冲产生的力的方式来产生,而不是通过撞击活塞的来回移动的方式产生,压力液体脉冲对包括钻杆的钻具产生压缩,从而产生的应力波通过钻具到达岩石。
图2示出根据本发明的设备的一个实施例的示意图。液压回路包括一个或多个泵20,作为示例,图2中有三个泵,泵20从存储器13泵送压力液体并用于产生压力液体所需的压力和流量。需要时,泵20的数量可仅是一个或多于一个。此外,泵20可以是通常已知的并用于该目的的定排量泵或可变排量泵。通过进给控制阀21(其为比例阀)从泵20将压力液体供应到进给马达3,作为示例,在图中,进给马达3是进给缸,进给马达3连接到岩石凿钻机1,以在凿钻过程中向前将岩石凿钻机1进给到岩石和需要时缩回岩石凿钻机1。此外,在凿钻过程中,压力液体通过旋转控制阀22而从泵20传送到用于旋转钻具9的旋转马达8。
进给缸的液压回路可如图中所示的那样连接。此外,还可使用这样的方案,其中,当朝向进给缸3的活塞杆3b一侧推动活塞3a时,来自进给缸3的活塞杆3b一侧的压力液体被供应到活塞3a的另一侧。该类型的连接通常已知为差动连接。当结合通常使用的链条或其他装置使用标准旋转进给马达移动岩石凿钻机时,进给马达可以通过本质上已知的任何方式液压连接,以操作该进给马达。
旋转返回通道24和在凿钻过程中压力液体被送到旋转马达8所通过的旋转压力通道23连接到旋转控制阀22,旋转控制阀22则控制压力液体的流动。当打开钻头11与钻杆12之间或两个钻杆12之间的螺纹时,通道23和24可通过旋转控制阀22而交换,从而以本质上已知方式将钻杆12旋转到相反方向。
进给控制阀21的阀芯控制压力液体流的量,压力液体通过该阀芯而流到进给马达3并从进给马达3的活塞3a的另一侧离开。可通过相对于阀入口通道和出口通道而改变阀芯位置,由此来控制流量。因此,阀的通道与阀芯之间的开口的尺寸控制了压力液体流。对于本领域的技术人员来说,该类型阀的构造和操作通常是已知的且因此不需要任何详细的说明。
图2还揭示了连接到进给马达3的进给返回通道28的负载控制阀36。负载控制阀是电控的比例阀且它控制进给返回通道28中的液体流。负载控制阀36还可在阀未接收到控制信号时,通过防止进给返回通道28中的液体流动而作为平衡阀操作。当负载控制阀36接收打开控制信号时,负载控制阀改变到第二位置并打开进给返回通道28中的压力液体流。负载控制阀作为平衡阀的目的是如果控制信号消失或凿钻操作以其他方式停止,则防止岩石凿钻机和钻具相对于设备的进给梁移动。
在设备中有控制凿钻的控制单元30。利用速度传感器31测量进给速度,所述速度传感器31以本质已知方式定位到进给马达3或进给梁。进给速度可利用速度传感器直接测量。而且,进给速度可利用一个或多个位置传感器测量,由此控制单元30相对于位置的变化计算出进给速度。此外,可通过测量流动到进给马达或缸的液体流量、测量液体供应通道中限流器上的压降或任何已知方法来间接地测量进给速度。
凿钻时,在向前进给过程中,在将压力液体从进给控制阀21传送到进给马达3的进给压力通道27内通过传感器32测量进给压力。由于进给控制阀21的阀芯可限制液体流,因而在凿钻过程中,将压力液体从进给马达3传送回到进给控制阀21的进给返回通道28的压力也必须由传感器34测量。基于进给压力通道27与进给返回通道28之间的压力差,可计算出进给力。而且,通过利用传感器33测量旋转压力通道23内的液体的旋转压力来限定旋转转矩。旋转转矩与旋转压力相关,由此旋转压力可用作对应于用于控制凿钻的旋转转矩的参数。每个传感器都连接到控制单元30,控制单元然后基于所感测到的值来控制进给控制阀。控制线或电缆一般以虚线35标记。
控制单元30感测旋转压力、进给速度并限定进给力为通道27与28之间的压力差。
当开始凿钻时,进给控制阀21的阀芯被设置到一位置,在该位置中,压力液体从泵20流到进给压力通道27。进给压力通道27中的压力值P1设置成限定了最大进给力的预定值,其中压力液体通过压力通道27传送到进给马达3,用以向前进给岩石凿钻机1。进给速度取决于流动到进给马达3的液体体积。
如果凿钻阻力小,则进给速度增加。由于压力液体流通过进给控制阀21增加,因而因为压力液体流增加,所以阀上的压降增加。因此,进给压力通道27与压力液体从进给马达返回所经过的进给返回通道28之间的压力差减小,且由于进给力是作用在活塞3a上的压力差的结果,因而作用到岩石凿钻机的进给力相应地减小。在软质材料或已破裂石头或当向下凿钻且钻杆的重量较大时的情况中,可开始快速向前进给。但是,这受到限制,因为用于压力液体流到进给马达3或从进给马达3流过来的进给控制阀21的开口限制了压力液体流。当压力液体流增加时,进给控制阀21上的压降也增加,这使进给速度受到限制且因此减小进给速度和进给力。在向下凿钻和钻杆的重量较大时使得钻杆的质量必须被控制以避免太高的进给力的情况中,该功能也起作用。
相应地,如果由于较高的阻力而进给速度减小,压力液体流量减小且使作用于进给马达的活塞的压力增加,且因此致使进给力增加。而且,如果旋转阻力减小,所感测到的压力的值使控制单元30控制进给压力控制阀30,增加进给压力通道27中的压力并因此增加进给力。
在凿钻过程中,控制单元30接收来自每个传感器的信号并基于传感器的值限定需要的控制信号。基于进给速度值和旋转压力值,控制单元30通过控制供应到进给马达3和/或返回自进给马达3的压力液体来控制进给力。实践中,这通过或多或少限制压力液体流来完成。为此,负载控制阀36还用作进给力控制的一部分。在该实施例中,负载控制阀36基本上被设计作为负载保持阀操作。因此,在无控制信号时,其通过关闭离开进给马达3的压力液体流来防止来自岩石凿钻机和钻具相对于进给梁移动而形成的负载。负载控制阀36例如为比例阀,其由控制单元控制。
从传感器测量到的值被馈送到控制单元30,控制单元30基于这些值而控制进给压力控制阀37,进给压力控制阀37是电控的。进给压力控制阀37控制在控制通道42中的压力,并通过其控制压力补偿器39和负载控制阀36。压力补偿器39控制通过进给控制阀21供应到进给压力通道27的压力液体的压力。还可具有诸如进给控制阀37一样的单独的压力控制阀,用以单独地控制负载控制阀36。正常进给速度被预设成一个值,通过利用压力补偿器39设定最大压力值而使进给速度通常在该值之下。
如果进给速度超过该预设值,则控制单元30控制进给压力控制阀37并通过其控制压力补偿器39,从而其开始直接减小进给压力通道27中的压力。
或者,控制单元30控制进给压力控制阀37,以通过负载控制阀36限制进给返回通道28内的压力液体的流量,由此增加负载控制阀36上的压力损失,并因此增加进给返回通道28内的平衡压力。
压力补偿器39和负载控制阀36的操作顺序可通过适当不同地预设定它们的操作压力阈值来选择。
可完成控制,从而使得首先控制任一个阀,并接着使另一个阀投入使用。而且,可通过始终同时控制压力补偿器39和负载控制阀36两者来完成控制。
由此,进给马达3上的压差且因此进给力减小。
相应地,如果传感器33测量到旋转压力增加,则控制单元30控制进给压力控制阀37并通过其控制负载控制阀36,以限制来自进给马达的压力液体的流量,由此增加压力损失,或控制用于控制压力的压力补偿器39,或者控制进给压力控制阀37和压力补偿器39两者。
在该实施例中,进给控制阀21是标准的双向比例阀,其也由控制单元30控制。通过在控制单元30与进给控制阀21之间使用电控导向阀40和41来液压控制进给控制阀。进给控制阀21可限制流到进给马达3的最大进入流量并还控制***的反向进给。
图2还示出撞击装置7,撞击装置7利用由泵20沿撞击压力通道43供应的压力液体操作。撞击压力通道43中的撞击控制阀44控制供应到撞击装置7的压力液体。撞击压力通道43中的压力液体的撞击压力利用传感器45测量,传感器45则连接到控制单元30。根据本发明的方法,控制单元30还连接到撞击控制阀44并通过撞击控制阀44控制供应到撞击装置7的压力液体的撞击压力。压力液体通过撞击控制阀44沿撞击返回通道46返回存储器13。
图3示意性地示出本发明的具有电控的进给力的另一实施例。在该实施例中有控制凿钻的控制单元30。进给速度和旋转压力以及进给力的所需值如根据图2所描述的那样测量或计算。每个传感器连接至控制单元30。进给控制阀21直接电控,而无任何导向阀,如负载控制阀36也无任何导向阀。控制线或电缆一般以虚线35标记。在该实施例中,压力补偿器39是电控的,但基本上类似于图2中的压力补偿器39操作。
图4示意性示出本发明另一实施例。在该实施例中有标准平衡阀47,如果任一通道中没有压力,则平衡阀47关闭通到进给马达3的通道27和28两者。此外,存在另一种类型的负载控制阀,即电控平衡压力控制阀36',其用于对进给马达3的进给返回通道28设定平衡压力。该平衡压力控制阀36'由控制单元控制,以控制平衡压力并由此还控制进给速度。进给压力通道27中液体的供应压力可单独地进行设定,且进给压力或速度由平衡压力控制阀36'控制,以便平衡压力控制限定了进给马达3上的压力且因此限定了对应于进给力的值的平衡压力。这相应地影响压力液体的流量。因此,基于进给速度和旋转压力完成控制,如先前根据图2和3所述的那样。当向下凿钻长孔时,该实施例尤其有用,由此平衡压力控制阀36'可用于预设适当的平衡压力,以补偿钻柱和凿钻机的重量,从而在由于***的大重量而引起过量进给的情形中,它们稳定在平衡中。
此外,并行于平衡压力控制阀36',有止回阀48,在返回运动过程中,当沿进给返回通道28将压力液体供应到进给马达3时,止回阀48使得压力液体流从进给控制阀21穿过平衡压力控制阀36'而流到进给马达3。在返回运动过程中,来自进给马达3的压力液体穿过进给压力通道27返回。因此,止回阀48防止压力液体流动通过它,并由此在正常凿钻中,来自进给马达3的液体流由平衡压力控制阀36'来控制。该***还可在无平衡阀47的情况下操作。
图4还示出控制通过撞击压力通道43供应到撞击装置7的压力液体的压力的另一实施例。在该实施例中存在用于打开和关闭进给到撞击装置7的压力液体的标准开/关阀49。还有压力控制阀44',根据上述的方法,供应到撞击装置7的压力液体的压力利用压力控制阀44'而由控制单元30单独地控制。压力控制阀44'还可以通过本质上已知方式连接到通常已知的可变活塞泵20的负载感测线。此外,用于控制进给压力的方案还可应用于控制撞击压力。
图5a-5c示意性地示出进给力与旋转压力之间的关系如何是能够调整的。
图5a示出在本发明的方法中,旋转转矩、进给力和撞击功率如何彼此依赖。由于旋转转矩对应于旋转压力,所以旋转压力代表旋转转矩,其中旋转压力是旋转压力通道23内的压力液体的压力,在向前进给过程中,压力液体沿旋转压力通道23供应到旋转马达8。旋转压力和进给速度的值被表示在水平轴上。进给力和撞击功率被表示在竖直轴上。进给力与进给压力相关,且曲线A代表作为进给压力通道27中的进给压力的进给力。曲线B代表作为通道43中的撞击压力的撞击功率,因为撞击功率与撞击压力相关。
当开始凿钻时,旋转压力还有进给速度具有预定目标值,其都可由虚线C表示。而且,在正常凿钻过程中,撞击功率处于其预设最大值。
如果进给速度增加到预设值C之上,则进给力和撞击功率如曲线A和B所呈现的那样开始减小。如果进给速度再次减小,则进给力和撞击功率相应地沿曲线A和B增加,回到其预设值。相应地,如果进给速度减少到预设值C之下,则如果进给力和撞击功率此刻在其预设最大值之下,则进给力和撞击功率可开始增加。
如果旋转转矩增加,则旋转压力从目标值C增加。同时,根据曲线A,进给力开始减小。基本上同时,撞击功率开始如曲线B所示的那样减小。
如果转矩继续增加,则旋转压力增加到虚线所示的预设值D,由此,进给反向进行且在缩回过程中的进给力在开始时被保持处于低值,直到旋转转矩达到值E为止。但是,如果旋转转矩且因此还有旋转压力仍增加,则当旋转转矩在如虚线所表示的预定值E时,缩回进给力提高到预定的高值。
当旋转转矩且因此还有旋转压力由于某些原因开始减小时,进给力和撞击功率开始增加,直到已经达到标准凿钻状态为止。如果进给是缩回进给,则其首先变成向前进给,且此后进给速度也开始增加,而旋转转矩减小。在该方法中,控制***可针对不同情况具有可调整的灵敏度。图5a中,灵敏度已经被选择成使得进给力与旋转转矩之间的关系是在中间位置。在该情况中,当旋转转矩开始增加时,进给力几乎立即开始减小。进给力平滑地随着旋转转矩的增加而减小。
图5b中,进给力与旋转转矩之间的关系已经调低。这意味着进给力与转矩之间的控制灵敏度是低的。因此,在进给力减小之前,转矩的增加必须是显著的。但是,进给速度可以以相同方式继续减小,如图5a所示的那样。
图5c中,进给力与旋转转矩和/或进给速度之间的关系被设定为较高。当旋转转矩或进给速度开始增加时,进给力几乎立即开始减小并快速下降。
图5b和5c示意性地示出根据本方法控制凿钻的极端方式的示例。操作可在这些示例之间调整。
在所有的情况中,如果旋转转矩增加到预定值,则进给反向进行。相应地,在所有情况中,当旋转转矩再次减少时,进给力与当旋转转矩增加时其减小相类似地那样增加。进给速度的值对进给力和/或撞击功率的作用可类似于旋转压力的值的作用。它们的作用也可以是不同的,例如从而使得旋转压力的作用如图5b所示地影响它们,而进给速度如图5c地影响它们,或反之亦然。两个参数的作用能够以不同的方式调整。
仅示意性地在说明书中对本发明进行了描述。实践中,可以通过不同的实施方式实施本发明且因此保护范围由本申请的权利要求书限定。因此,不同附图中所示出的和说明书中所解释的任何细节可与其他附图中的方案进行结合。
附图和相关描述仅旨在说明本发明的思想。在本发明的细节上,本发明可在权利要求书的范围内变化。
Claims (26)
1.一种用于控制岩石凿钻的方法,
其中,属于岩石凿钻机的压力液体操作的撞击装置通过钻具将应力波传递到岩石;其中,借助进给马达,将所述岩石凿钻机和所述钻具同时推动顶靠于岩石,且所述钻具借助旋转马达而同时旋转;
所述方法包括:
确定最大进给力;
沿进给压力通道(27)将压力液体供应到所述进给马达(3),和沿进给返回通道使压力液体离开所述进给马达(3);
沿撞击压力通道(43)将压力液体供应到所述撞击装置(7),和沿撞击返回通道(46)使压力液体离开所述撞击装置(7);
沿旋转压力通道(23)将压力液体供应到所述旋转马达(8),和沿旋转返回通道(24)使压力液体离开所述旋转马达(8);
相对于进给速度控制进给力,以便当所述进给速度增加时,所述进给力减少,反之亦然;以及
相对于旋转转矩控制进给力,以便当所述旋转转矩增加时,所述进给力减少,反之亦然;
所述方法还包括,
测量进给速度;
测量旋转压力;
相对于所测量到的进给速度和所测量到的旋转压力而控制进给力;以及
相对于进给力而控制撞击功率,以便当所述进给力减小到预定值之下时,所述撞击功率减小,而当所述进给力再次增加时,所述撞击功率相应地增加。
2.如权利要求1所述的方法,所述方法还包括,使用最大的进给力值作为预定的进给力值。
3.如权利要求1所述的方法,所述方法还包括,以与进给速度和/或旋转压力的预定的关系而控制进给力。
4.如权利要求2所述的方法,所述方法还包括,以与进给速度和/或旋转压力的预定的关系而控制进给力。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法,所述方法还包括,以与进给力的预定的关系而控制供应到所述撞击装置(7)的压力液体的压力。
6.如权利要求1-4中任一项所述的方法,所述方法还包括,以电的方式测量进给速度和旋转压力,并利用电控制装置控制凿钻。
7.如权利要求1-4中任一项所述的方法,所述方法还包括,通过以与进给力的预定的关系来控制供应到所述撞击装置(7)的压力液体的压力,控制撞击功率。
8.如权利要求1-4中任一项所述的方法,所述方法还包括,使用单独的负载控制阀(36)控制进给力。
9.如权利要求8所述的方法,所述方法还包括,使用用于控制进给力的所述负载控制阀(36),以便当进给速度和/或旋转压力增加时,所述负载控制阀(36)被控制用以限制流动到所述进给马达的压力液体的流量。
10.如权利要求8所述的方法,所述方法还包括,使用用于控制进给力的所述负载控制阀(36),以便当进给速度和/或旋转压力增加时,所述负载控制阀(36')被控制用以限制所述进给马达的进给返回通道中的平衡压力。
11.如权利要求8所述的方法,所述方法还包括,使用液压控制的负载控制阀(36)并且使用由控制单元(30)控制的单独的压力补偿器(39)来控制所述负载控制阀。
12.如权利要求8所述的方法,所述方法还包括,调节进给力与旋转压力之间的关系。
13.一种用于利用压力液体操作的岩石凿钻机来控制岩石凿钻的设备,凿钻工具能附接到所述岩石凿钻机上,包括:
用于产生到所述工具的应力波的撞击装置(7),
用于将压力液体供应到所述撞击装置(7)和使压力液体离开所述撞击装置(7)的撞击压力通道(43)和撞击返回通道(46),
用于旋转所述工具的旋转马达(8),
用于将压力液体供应到所述旋转马达(8)和使压力液体离开所述旋转马达(8)的旋转压力通道(23)和旋转返回通道(24),
用于将岩石凿钻机进给到凿钻方向和反向方向的进给马达(3),
用于将压力液体供应到所述进给马达(3)和使压力液体离开所述进给马达(3)的进给压力通道(27)和进给返回通道(28),
用于控制压力液体到所述进给马达(3)的供应的进给控制阀(21),
用于控制压力液体到所述旋转马达(8)的供应的旋转控制阀(22),
用于控制压力液体到所述撞击装置(7)的供应的撞击控制阀(44),
测量设备,用于测量进给速度和/或进给位置,并用以测量供应到所述进给马达(3)的压力液体的压力,以及用于测量供应到所述旋转马达(8)的压力液体的压力,以及
控制单元(30),所述测量设备连接到所述控制单元(30),并且所述控制单元(30)被连接用以基于所测量到的值而控制所述进给控制阀(21)、所述旋转控制阀(22)和所述撞击控制阀(44),
其特征在于,
在所述返回通道中,在所述进给马达(3)的所述进给返回通道(28)中有负载控制阀(36),所述负载控制阀(36)具有第一位置和在接收相应的控制信号时所述阀所处的第二位置,在所述第一位置中,在所述进给返回通道(28)中的压力液体流被关闭,在所述第二位置中,在所述进给返回通道(28)中的来自所述进给马达(3)的压力液体流被连接打开,
所述负载控制阀(36)被连接用以在接收相应的控制信号时控制所述进给返回通道(28)中的平衡压力,以及
所述控制单元(30)被布置用以基于所测量到的值而控制所述负载控制阀(36)。
14.如权利要求13所述的设备,其特征在于,所述负载控制阀(36)是比例阀。
15.如权利要求14所述的设备,其特征在于,所述控制单元(30)被布置用以基于所测量到的值以这样的方式控制所述负载控制阀(36),即:当进给速度和/或旋转压力增加时,所述控制单元(30)控制负载控制阀(36),使得进给力减小,而相应地当进给速度和/或旋转压力减小时,所述控制单元(30)控制所述负载控制阀(36),使得进给力增加,以及
所述控制单元(30)被布置用以控制所述撞击控制阀(44),使得:当进给速度和/或旋转压力增加时,供应到所述撞击装置(7)的压力液体的压力减小,而相应地当进给速度和/或旋转压力减小时,供应到所述撞击装置(7)的压力液体的压力增加。
16.如权利要求15所述的设备,其特征在于,所述负载控制阀(36)受压力液体压力控制。
17.如权利要求13至16中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备包括单独的压力补偿器(39),所述单独的压力补偿器(39)用于控制供应到所述进给马达(3)的压力液体的压力;且所述控制单元(30)被连接用以同时控制所述压力补偿器(39)和所述负载控制阀(36)两者。
18.如权利要求17所述的设备,其特征在于,所述设备包括单独的电控制的进给压力控制阀(37),所述单独的电控制的进给压力控制阀(37)被连接用以液压控制所述压力补偿器(39)和所述负载控制阀(36)两者。
19.如权利要求13至15中任一项所述的设备,其特征在于,所述负载控制阀(36)是电控制的。
20.如权利要求13至16中任一项所述的设备,其特征在于,所述控制单元(30)被布置用以基于进给速度和/或旋转压力来控制所述进给控制阀(21)和/或所述负载控制阀(36)。
21.如权利要求13所述的设备,其特征在于,所述负载控制阀是单独的平衡压力控制阀(36')。
22.如权利要求21所述的设备,其特征在于,所述平衡压力控制阀(36')是电控制的。
23.如权利要求21或22所述的设备,其特征在于,所述控制单元(30)被布置用以基于所测量到的值以这样的方式控制所述平衡压力控制阀(36'),即:当进给速度和/或旋转压力增加时,所述控制单元(30)控制所述平衡压力控制阀(36'),使得进给力减小,而相应地当进给速度和/或旋转压力减小时,所述控制单元(30)控制所述平衡压力控制阀(36'),使得进给力增加,以及
所述控制单元(30)被布置用以控制所述撞击控制阀(44),使得:当进给速度和/或旋转压力增加时,供应到所述撞击装置(7)的压力液体的压力减小,而相应地当进给速度和/或旋转压力减小时,供应到所述撞击装置(7)的压力液体的压力增加。
24.如权利要求13至16中任一项所述的设备,其特征在于,所述控制单元(30)被布置用以基于所测量到的在所述旋转压力通道(23)中的压力液体的压力而限定旋转转矩。
25.如权利要求21或22所述的设备,其特征在于,所述控制单元(30)被布置用以对所述平衡压力控制阀(36')预设一个预定压力值并通过控制所述进给控制阀(21)来控制进给。
26.如权利要求25所述的设备,其特征在于,在潜孔凿钻中,所述控制单元(30)被布置用以用这样的方式控制所述平衡压力控制阀(36'),即:所述控制单元(30)预设所述平衡压力控制阀(36')的压力值,以对应于由钻柱和岩石凿钻机的重量所产生的力。
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Families Citing this family (10)
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---|---|---|---|---|
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CN102996070A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-03-27 | 无锡市京锡冶金液压机电有限公司 | 一种潜孔型钻机自动防卡方法 |
EP3014042A1 (en) | 2013-06-27 | 2016-05-04 | Sandvik Mining and Construction Oy | Arrangement for controlling percussive drilling process |
DE102015008339A1 (de) * | 2015-07-01 | 2017-01-05 | Tracto-Technik Gmbh & Co. Kg | "Rammbohrvorrichtung und Verfahren zum Umsteuern einer Rammbohrvorrichtung" |
KR101770916B1 (ko) * | 2016-03-15 | 2017-08-25 | 한국로봇융합연구원 | 회전형 툴 능동자동제어방법 및 이를 적용한 유압건설장비 |
CN109339763A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-02-15 | 湖南五新隧道智能装备股份有限公司 | 一种全自动凿岩机及其防卡杆控制方法及*** |
EP3670095A1 (de) * | 2018-12-20 | 2020-06-24 | Hilti Aktiengesellschaft | Handwerkzeugmaschine |
US10837233B2 (en) * | 2019-04-12 | 2020-11-17 | Caterpillar Inc. | Control system for drilling machines |
CN110685662B (zh) * | 2019-09-30 | 2023-12-22 | 江苏谷登重型机械科技股份有限公司 | 一种水平定向钻机的控制方法 |
CN116025330B (zh) * | 2022-12-14 | 2023-09-22 | 四川蓝海智能装备制造有限公司 | 一种防卡钎的电控式凿岩机液压控制结构及控制方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101027455A (zh) * | 2004-09-24 | 2007-08-29 | 山特维克矿山工程机械有限公司 | 控制冲击式钻岩的装置 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3593807A (en) * | 1969-12-11 | 1971-07-20 | Frank J Klima | Drilling apparatus |
US3823784A (en) * | 1973-06-08 | 1974-07-16 | Dresser Ind | Method and apparatus for controlling hydraulic drifters |
US4246973A (en) * | 1978-01-23 | 1981-01-27 | Cooper Industries, Inc. | Controls for hydraulic percussion drill |
US4440236A (en) * | 1979-09-20 | 1984-04-03 | Toyo Kogyo Co. Ltd. | Hydraulic control system for a rock drill |
JPH0631522B2 (ja) * | 1985-12-27 | 1994-04-27 | 古河機械金属株式会社 | さく孔機の制御装置 |
IL101985A (en) | 1992-05-25 | 1996-12-05 | Iscar Ltd | Exchangeable milling cutting inserts |
JP3392553B2 (ja) * | 1994-12-09 | 2003-03-31 | 古河機械金属株式会社 | 油圧さく岩機の送り制御装置 |
JP3483018B2 (ja) * | 1996-06-28 | 2004-01-06 | 古河機械金属株式会社 | さく孔装置の打撃圧力制御方法 |
DE19632401A1 (de) * | 1996-08-12 | 1998-02-19 | Delmag Maschinenfabrik | Bohrgerät |
DE19708997C2 (de) | 1997-03-05 | 2002-08-29 | Terra Ag Fuer Tiefbautechnik S | Vorrichtung zur Steuerung des Vorschubantriebes einer zum Erzeugen von Erdbohrungen bestimmten Bohranlage |
JP3488905B2 (ja) * | 1997-12-09 | 2004-01-19 | ヤマモトロックマシン株式会社 | 油圧式さく岩機の制御装置 |
FI118306B (fi) * | 2001-12-07 | 2007-09-28 | Sandvik Tamrock Oy | Menetelmä ja laitteisto kallionporauslaitteen toiminnan ohjaamiseksi |
FI115552B (fi) | 2002-11-05 | 2005-05-31 | Sandvik Tamrock Oy | Järjestely kallioporauksen ohjaamiseksi |
SE532483C2 (sv) * | 2007-04-11 | 2010-02-02 | Atlas Copco Rock Drills Ab | Metod, anordning och bergborrningsrigg för styrning av åtminstone en borrparameter |
AU2007355629B2 (en) * | 2007-06-26 | 2013-07-18 | Epiroc Drilling Solutions Llc | Method and device for controlling a rock drill rig |
-
2009
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-
2012
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101027455A (zh) * | 2004-09-24 | 2007-08-29 | 山特维克矿山工程机械有限公司 | 控制冲击式钻岩的装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102472096A (zh) | 2012-05-23 |
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AU2010264620B2 (en) | 2013-11-28 |
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US20120097449A1 (en) | 2012-04-26 |
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