CN107084164A - 一种防卡钎凿岩控制*** - Google Patents

一种防卡钎凿岩控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种防卡钎凿岩控制***，该***包括动力机构、执行机构、控制阀、电气***。其中动力机构包括三只单向泵和电机，由电机带动单向泵向***供油。控制阀包括直动型溢流阀、高速开关阀、比例压力流量复合阀、比例调速阀和先导型电磁换向阀D5。电气***包括压力传感器、信号放大器、信号处理器、数据采集卡、卡钎辨识***、信号放大器和控制器。由电气***采集压力信号、辨识卡钎工况以及对各阀进行调控使凿岩机在工作过程中有效预防卡钎工况的发生。

Description

一种防卡钎凿岩控制***
技术领域
本发明涉及一种控制***，具体涉及一种防卡钎凿岩控制***，属于自动控制领域。
背景技术
凿岩机及被广泛用于矿山开采凿孔、建筑施工等领域。由于凿岩机的工作环境恶劣、工况复杂多变，在凿岩过程中容易发生卡钎现象，卡钎工况有三种：溶洞卡钎、缓变卡钎、裂缝卡钎。一旦遭遇卡钎工况很难排除，而且处理时间特别长。为了达到防卡钎的目的，国内外设计了各种各样的防卡钎***。这些防卡钎***大多数是使用组合阀与压力负反馈控制换向阀使凿岩机后退的方法，虽然能起到一部分防卡钎作用，但是防卡钎效率却并不显著，特别是溶洞卡钎、裂缝卡钎工况发生的时间很短而防卡钎***太过复杂来不及反应。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种防卡钎凿岩控制***，该***更简单，反应更灵敏，能够更有效地预防卡钎工况的发生。
一种防卡钎凿岩控制***，包括动力机构和分别与动力机构连接的执行机构、控制阀及电气***；其中：
执行机构包括推进机构、冲击机构和回转机构；
控制阀包括溢流阀、高速开关阀、比例压力流量复合阀、比例调速阀和先导型电磁换向阀；溢流阀旁接在主油路中，限制主油路的油压；通过对高速开关阀通断时间占空比和通电电流大小控制调节推进机构的推进速度；通过对比例压力流量复合阀压力、流量的控制调节冲击机构的冲击压力、冲击频率；通过对比例调速阀、先导型电磁换向阀的控制调节回转速度、钎杆正反转；
电气***包括压力传感器，信号放大器，信号处理器、数据采集机卡、卡钎辨识***和控制器；压力传感器传递模拟量信号；并与推进机构、冲击机构、回转机构连接，通过压力传感器采集其所在位置的压力参数并传输到数据采集卡，卡钎辨识***将监测得到的压力参数与正常凿岩时压力参数对比，判定卡钎工况的发生与否，若将发生卡钎工况，判定是哪种卡钎工况(溶洞卡钎、缓变卡钎、裂缝卡钎)，并由控制器对高速开关阀、比例压力流量复合阀、比例调速阀、先导型电磁换向阀进行对应的控制，避免卡钎工况的发生。
所述的动力机构包括单向泵和电机，通过电机驱动单向泵，分别向推进机构、冲击机构、回转机构供油。
所述的控制阀包括溢流阀，高速开关阀，比例压力流量复合阀，比例调速阀和先导型电磁换向阀；其中：
高速开关阀的工作口分别与动力机构的动力口、油路旁接溢流阀的工作口相通，溢流阀的工作口与油箱相通；高速开关阀的工作口还与油箱相通，高速开关阀的工作口分别与推进机构的工作口相通；比例压力流量复合阀的工作口分别与动力机构的动力口、油路旁接溢流阀的工作口相通,溢流阀的工作口与油箱相通,比例压力流量复合阀的工作口与冲击机构的工作口相通；比例调速阀的工作口分别与动力机构的动力口、油路旁接溢流阀的工作口相通，溢流阀的工作口与油箱相通，比例调速阀的工作口与三位四通电磁换向阀的工作口相通。
所述比例压力流量复合阀为组合阀，包括电磁比例节流阀、节流阀、三通型溢流阀、溢流阀和电磁比例减压阀；
电磁比例节流阀的工作口分别与三通型溢流阀的工作口、节流阀的工作口并联，作为比例压力流量复合阀的工作口；
三通型溢流阀的工作口、电磁比例减压阀的工作口、溢流阀的工作口并联后，与节流阀的工作口相通，三通型溢流阀的工作口、电磁比例减压阀的工作口、溢流阀的工作口并联后与油箱相通。
所述的电气***包括压力传感器、信号放大器、信号处理器、数据采集机卡、卡钎辨识***和控制器；
压力传感器分别安装在推进机构的工作口、冲击机构的工作口、回转机构的工作口处；
信号放大器接收压力传感器的压力信号并放大，将信号传递到信号处理器，信号处理器处理放大后的信号、数据采集机卡采集处理的信号、卡钎辨识***辨识卡钎工况的发生与否并判定是哪种卡钎工况、控制器控制对应的电磁阀。
本发明的有益效果是：该***通过对推进压力、回转压力信号进行实时监测、采集和卡钎辨识***辨识卡钎现象，通过控制电磁阀及时进行相应的动作的预防各类卡钎工况的发生。与现有的防卡钎***相比，该***更简单，反应更灵敏，能够更有效地预防卡钎工况的发生。
附图说明
图1为本发明的一种防卡钎自动控制***的原理图。
图2为本发明的控制流程图；
图3为本发明的控制器线路图。
图中，M1、M2、M3为电机，B1、B2、B3为单向泵，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5为直动式溢流阀，D1、D2为高速开关阀，D3为电磁比例溢流阀，D4为电磁比例调速阀，D4为三位四通电磁换向阀，R为推进机构，S冲击机构，W为回转机构，P1、P2、P3为压力传感器，A1、A2为信号放大器，F为信号处理器、C为数据采集机卡、W为卡钎辨识***、K为控制器，Pt为推进压力，Pz为回转压力，Pzm为防卡钎压力。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明的一种防卡钎自动控制***，它包括动力机构、执行机构、控制阀、电气***；其中：
动力机构包括三只单向泵B1、B2、B3和电机M1、M2、M3，由电机M1、M2、M3驱动单向泵B1、B2、B3分别向推进机构、冲击机构、回转机构供油；
控制阀包括溢流阀Y1、Y2、Y3，高速开关阀D1、D2，比例压力流量复合阀N1，比例调速阀D4，先导型电磁换向阀D5。溢流阀Y1、Y2、Y3旁接在各主油路中，限制主油路的压力。控制器K通过控制高速开关阀D1、D2的通断电时间占空比和通电电流的大小改变平均流量从而调整推进机构的推进速度。控制器K通过控制比例压力流量复合阀N1的压力、流量，可以使冲击机构的冲击压力成比例增加或减少、冲击机构的冲击频率成比例增大或减小。控制器K通过控制比例调速阀D4和先导型电磁换向阀D5，可以成比例提高或降低钎杆的转速、改变和改变钎杆的回转方向；
如图2所示，电气***包括三组压力传感器P1、P2、P3，信号放大器A1、A2，信号处理器F、数据采集卡C(PCI2366)、卡钎辨识***W、控制器K(PLC)。压力传感器P1、P2、P3分别安装在推进机构R的工作口R-P、冲击机构S的工作口S-P、回转机构V的工作口V-P、V-T监测压差。压力传感器采集实时压力输出模拟量信号(电流的强弱)。信号放大器A1将电流信号增幅后传递给信号处理器F，信号处理器F对电流信号进行D/A转换数字信号传递给数据采集卡C(PCI2366)卡钎辨识***W将数据采集卡得到的数字信号与正常凿岩时压力数字信号对比，根据数字信号的变化可以辨识出凿岩***的回转压力是否发生卡钎工况。若将发生卡钎工况，依据压差的正负可以判定是哪种卡钎工况。其中：溶洞卡钎时***的回转压力是减小的，压差为负且渐渐增大；缓变卡钎、裂缝卡钎时***的回转压力是上升的，压差为正且渐渐增大，但是裂缝卡钎时压差的上升率明显高于溶洞卡钎，容易辨别。之后，由卡钎辨识***W根据卡钎工况的不同发出对应的控制信号，控制信号是模拟信号(电流的强弱)。电流信号经信号放大器A2增幅后传递给控制器K(PLC)。由于控制器K(PLC)控制着高速开关阀D1、D2的通断时间占空比，比例压力流量复合阀N1压力的高低、流量的大小，比例调速阀D4的开口的大小以及电磁换向阀D5的换向与否，所以在控制器K响应控制信号后***的压力、流量就会做出对应的改变，从而避免各类卡钎工况的发生。
如图3所示，整体工作过程：
压力传感器P1、P2、P3分别安装在推进机构R的工作口R-P、冲击机构S的工作口S-P、回转机构V的工作口V-P、V-T。信号放大器A1接收压力传感器P1、P2、P3的压力信号并放大，信号处理器F处理放大后的信号、数据采集机卡C采集处理的信号、卡钎辨识***W辨识卡钎工况的发生与否并判定是哪种卡钎工况、控制器K控制对应的电磁阀。
卡钎辨识***接收到数据采集卡采集到的压力传感器P1、P2、P3的压力信号时，将监测到的压力信号与正常凿岩时的压力信号作对比，可能会得出四种结果：(1)凿岩工作状态正常。(2)凿岩工作遇到溶洞卡钎工况。(3)凿岩工作遇到缓变卡钎工况。(4)凿岩工作遇到裂缝卡钎工况。
当凿岩工作状态正常时，控制器K不接受任何控制信号，防卡钎凿岩控制***仍保持现在的工作状态。
凿岩工作遇到溶洞卡钎工况时，凿岩机的推进压力会突然降低，然后突然升高；回转压力特征是会突然降低，然后突然升高到防卡钎压力。处理方案：当凿岩机的推进压力与回转压力突然降低时，控制器K立即降低高速开关阀D1通电时间占空比和通电电流大小、提高高速开关阀D2通电时间占空比和通电电流大小，使推进机构R的推进速度适当降低，与此同时，控制器K降低比例流量复合阀的压力、流量使冲击机构S的冲击压力、冲击频率降低到合适的值，达到轻凿岩慢推进的工作状态。当在此状态下，若回转机构V的回转阻力没有达到防卡钎压力时，恢复正常的凿岩状态；若回转机构V的回转阻力达到防卡钎压力时，控制器K继续降低高速开关阀D1通电时间占空比和通电电流大小、提高高速开关阀D2通电时间占空比和通电电流大小使推进机构R后退，然后继续轻凿岩慢推进的工作状态，重复上述控制过程，直至穿过溶洞卡钎区。
凿岩工作遇到缓变卡钎工况时，凿岩机的推进压力渐渐增大，回转压力会缓慢升高到防卡钎压力。处理方案：当凿岩工作遇到缓变卡钎工况达到防卡压力时，控制器K立即降低高速开关阀D1通电时间占空比和通电电流大小，提高高速开关阀D2通电时间占空比和通电电流大小，使推进机构R适当后退，然后恢复正常凿岩工作状态，若回转压力又达到防卡钎压力，重复上述控制过程，若干次之后凿岩工作将恢复正常。
凿岩工作遇到裂缝卡钎工况时，凿岩机的推进压力迅速增大，回转压力会迅速升高到防卡钎压力。处理方案：当凿岩工作遇到裂缝卡钎工况回转压力未达到防卡压力之时，控制器K立即降低高速开关阀D1通电时间占空比和通电电流大小，提高高速开关阀D2通电时间占空比和通电电流大小使推进机构慢慢推进。与此同时，控制器K控制比例调速阀D4增大流量、先导型电磁换向阀D5换向，提高转速，改变回转方向。当在此状态下，若回转压力没有增大到防卡钎压力，则恢复正常凿岩状态；若回转压力达到防卡钎压力，控制器K立即再次降低高速开关阀D1通电时间占空比和通电电流大小，提高高速开关阀D2通电时间占空比和通电电流大小，使凿岩机适当后退。然后重复上述控制过程，直到回转压力不再增大到防卡钎压力后，则恢复正常凿岩状态。
通过三组压力传感器P1、P2、P3对凿岩状态实时监测、卡钎辨识***W辨识卡钎工况、控制器K对高速开关阀D1、D2，比例压力流量复合阀N1，比例调速阀D4，先导型电磁换向阀D5进行对应的控制，形成一个闭环***。使凿岩机在凿岩推进过程中不断预判卡钎工况的发生，通过控制器K针对不同的卡钎工况对各电磁阀进行相应的控制，有效的避免各种卡钎工况的发生，不但增加凿岩作业效率，而且避免造成直接的经济损失。

Claims (5)

1.一种防卡钎凿岩控制***，其特征在于，包括动力机构和分别与动力机构连接的执行机构、控制阀及电气***；其中：
执行机构包括推进机构、冲击机构和回转机构；
控制阀包括溢流阀、高速开关阀、比例压力流量复合阀、比例调速阀和先导型电磁换向阀；溢流阀旁接在主油路中，限制主油路的油压；通过对高速开关阀通断时间占空比和通电电流大小控制调节推进机构的推进速度；通过对比例压力流量复合阀压力、流量的控制调节冲击机构的冲击压力、冲击频率；通过对比例调速阀、先导型电磁换向阀的控制调节回转速度、钎杆正反转；
电气***包括压力传感器，信号放大器，信号处理器、数据采集机卡、卡钎辨识***和控制器；压力传感器传递模拟量信号；并与推进机构、冲击机构、回转机构连接，通过压力传感器采集其所在位置的压力参数并传输到数据采集卡，卡钎辨识***将监测得到的压力参数与正常凿岩时压力参数对比，判定卡钎工况的发生与否，并由控制器对高速开关阀、比例压力流量复合阀、比例调速阀、先导型电磁换向阀进行对应的控制，避免卡钎工况的发生。
2.如权利要求1所述的一种防卡钎凿岩控制***，其特征在于，所述的动力机构包括单向泵和电机，通过电机驱动单向泵，分别向推进机构、冲击机构、回转机构供油。
3.如权利要求1所述的一种防卡钎凿岩控制***，其特征在于，所述的控制阀包括溢流阀，高速开关阀，比例压力流量复合阀，比例调速阀和先导型电磁换向阀；其中：
高速开关阀的工作口分别与动力机构的动力口、油路旁接溢流阀的工作口相通，溢流阀的工作口与油箱相通；高速开关阀的工作口还与油箱相通，高速开关阀的工作口分别与推进机构的工作口相通；比例压力流量复合阀的工作口分别与动力机构的动力口、油路旁接溢流阀的工作口相通,溢流阀的工作口与油箱相通, 比例压力流量复合阀的工作口与冲击机构的工作口相通；比例调速阀的工作口分别与动力机构的动力口、油路旁接溢流阀的工作口相通，溢流阀的工作口与油箱相通，比例调速阀的工作口与三位四通电磁换向阀的工作口相通。
4.如权利要求3所述的一种防卡钎凿岩控制***，其特征在于，所述比例压力流量复合阀为组合阀，包括电磁比例节流阀、节流阀、三通型溢流阀、溢流阀和电磁比例减压阀；
电磁比例节流阀的工作口分别与三通型溢流阀的工作口、节流阀的工作口并联，作为比例压力流量复合阀的工作口；
三通型溢流阀的工作口、电磁比例减压阀的工作口、溢流阀的工作口并联后，与节流阀的工作口相通，三通型溢流阀的工作口、电磁比例减压阀的工作口、溢流阀的工作口并联后与油箱相通。
5.如权利要求1所述的一种防卡钎凿岩控制***，其特征在于，所述的电气***包括压力传感器、信号放大器、信号处理器、数据采集机卡、卡钎辨识***和控制器；
压力传感器分别安装在推进机构的工作口、冲击机构的工作口、回转机构的工作口处；
信号放大器接收压力传感器的压力信号并放大，将信号传递到信号处理器，信号处理器处理放大后的信号、数据采集机卡采集处理的信号、卡钎辨识***辨识卡钎工况的发生与否并判定是哪种卡钎工况、控制器控制对应的电磁阀。
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