CN108166967A - 旋喷钻机的控制***和旋喷钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋喷钻机的控制***和旋喷钻机。旋喷钻机的控制***包括用于控制动力头的速度的控制阀和先导手柄以及与控制阀耦合设置的控制器，在钻进状态，先导手柄控制动力头的速度；在旋喷提升状态，控制器根据速度设定值自动控制控制阀动作以控制动力头的速度。本发明的旋喷钻机的控制***实现对动力头的速度的自动控制从而提高动力头速度的控制精确性。而且减轻了工作人员的劳动强度。

Description

旋喷钻机的控制***和旋喷钻机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种旋喷钻机的控制***和旋喷钻机。

背景技术

高压旋喷施工包括钻进和旋喷提升两种工况，在钻进工况时，动力头的转速不需调节且进给速度不需精确调节；在旋喷提升工况时，动力头的转速及旋喷提升速度需精确调节。如图1所示，现有技术中的旋喷钻机的控制***包括用于控制动力头提升速度的第一先导手柄1a和第一手动减压阀3a以及用于控制动力头的转速的第二先导手柄2a和第二手动减压阀4a，因为对动力头的转速及旋喷提升速度的调节均通过手动来实现，因此其精度不高，而且重复性不高。

由于高压旋喷的过程中会喷射高压泥浆、高压水以及高压空气，因此要求在动力头距离地面的深度减小到一定值时必须降压，防止高压流体喷出造成人身伤害。现有技术中高压流体的降压完全依靠人工调节，且无任何报警装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋喷钻机的控制***和旋喷钻机，以实现对动力头速度的精确控制。

本发明第一方面提供一种旋喷钻机的控制***，旋喷钻机包括动力头且具有钻进状态和旋喷提升状态，控制***包括用于控制动力头的速度的控制阀和先导手柄以及与控制阀耦合设置的控制器，在钻进状态，先导手柄控制动力头的速度；在旋喷提升状态，控制器根据速度设定值自动控制控制阀动作以控制动力头的速度。

进一步地，在钻进状态，控制器控制控制阀处于最大开度且先导手柄控制动力头的速度；在旋喷提升状态，先导手柄处于最大开度且控制器根据速度设定值自动控制控制阀动作以控制动力头的速度。

进一步地，动力头的速度包括提升速度和旋转速度，其中，控制***包括用于控制提升速度的第一控制阀和第一先导手柄；和/或，控制***包括用于控制旋转速度的第二控制阀和第二先导手柄。

进一步地，控制阀为电比例减压阀，电比例减压阀与控制器电连接，控制器控制电比例减压阀的电流大小。

进一步地，第一控制阀为第一电比例减压阀，第二控制阀为第二电比例减压阀，旋喷提升状态包括连续旋喷状态和间歇旋喷状态，在连续旋喷状态，控制器控制第一电比例减压阀和第二电比例减压阀均连续通电；在间歇旋喷状态，控制器控制第一电比例减压阀间歇通电，第二电比例减压阀连续通电。

进一步地，控制器还包括操作部，其中，操作部包括用于输入速度设定值的速度输入部；和/或，操作部包括用于输入旋喷头喷射流体的压力设定值的压力输入部；和/或，操作部包括用于输入旋喷钻机的状态的状态切换部。

进一步地，控制***还包括用于检测旋喷钻机的旋喷头的实际深度的深度检测装置，其中，控制器根据实际深度和深度临界值控制旋喷头喷射流体的压力和/或动力头的提升速度；和/或，控制器根据实际深度和深度临界值发出报警信号。

进一步地，旋喷钻机包括用于向旋喷头泵送流体的流体泵，控制***还包括压力调节装置，控制器控制压力调节装置调节流体泵输出流体的压力。

进一步地，旋喷钻机包括与流体泵驱动连接的电机，电机形成压力调节装置，控制器对电机的转速进行控制以控制流体泵输出流体的压力。

进一步地，控制***还包括报警装置，控制器根据实际深度控制报警装置发出报警信号。

进一步地，报警装置包括报警灯和/或蜂鸣器。

进一步地，控制***还包括显示器，显示器用于显示和/或输入旋喷钻机的工作参数。

本发明第二方面提供一种旋喷钻机，包括本发明第一方面提供的旋喷钻机的控制***。

基于本发明提供的旋喷钻机的控制***和旋喷钻机，旋喷钻机的控制***包括用于控制动力头的速度的控制阀和先导手柄以及与控制阀耦合设置的控制器，在钻进状态，先导手柄控制动力头的速度；在旋喷提升状态，控制器根据速度设定值自动控制控制阀动作以控制动力头的速度。本发明的旋喷钻机的控制***实现对动力头的速度的自动控制从而提高动力头速度的控制精确性。而且减轻了工作人员的劳动强度。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术的旋喷钻机的控制***的结构示意图；

图2为本发明实施例的旋喷钻机的控制***的结构示意图；

图3为本发明实施例的旋喷钻机的流体泵及驱动电机的结构示意图；

图4为本发明实施例的控制器及显示器的结构示意图。

各附图标记分别代表：

1-第一先导手柄；2-第二先导手柄；3-第一控制阀；4-第二控制阀；5-泥浆泵；6-水泵；7-空压机；8-泥浆泵驱动电机；9-水泵驱动电机；10-空压机驱动电机；11-控制器；12-泥浆泵压力调节旋钮；13-水泵压力调节旋钮；14-空压机压力调节旋钮；15-深度检测装置工作旋钮；16-报警灯；17-蜂鸣器；18-显示器；19-动力头提升速度设定值输入部；20-动力头转速设定值输入部；21-状态切换部；22-提升时间输入部；23-提升暂停时间输入部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图2至图4所示，本发明实施例的旋喷钻机包括动力头且具有钻进状态和旋喷提升状态。旋喷钻机的控制***包括用于控制动力头的速度的控制阀和先导手柄以及与控制阀耦合设置的控制器11。在钻进状态，先导手柄控制动力头的速度；在旋喷提升状态，控制器11根据速度设定值自动控制控制阀动作以控制动力头的速度。

在本发明实施例的旋喷钻机处于旋喷提升状态时，控制器根据速度设定值自动控制控制阀动作以控制动力头的速度。在处于钻进状态时，利用先导手柄手动控制动力头的速度。该旋喷钻机的控制***提高动力头速度的控制精确性。而且减轻了工作人员的劳动强度。本发明实施例的旋喷钻机的控制***既可以实现旋喷提升的自动施工，又可以满足常规钻进工况的施工要求。

优选地，在钻进状态时，控制器控制控制阀处于最大开度且先导手柄控制动力头的速度。此时动力头的速度完全由先导手柄的开度决定。在旋喷提升状态，先导手柄处于最大开度且控制器根据速度设定值自动控制控制阀动作以控制动力头的速度。此时，动力头的速度完全由控制阀的开度决定。

具体在本实施例中，动力头的速度包括提升速度和旋转速度，其中，如图2所示，控制***包括用于控制提升速度的第一控制阀3和第一先导手柄1以及用于控制旋转速度的第二控制阀4和第二先导手柄2。

为了实现对控制阀的精确控制，本实施例的控制阀为电比例减压阀。电比例减压阀与控制器电连接，控制器11控制电比例减压阀的电流大小。控制器11对电比例减压阀的电磁控制端的电流大小进行精确控制从而实现对电比例减压阀的开度大小的精确控制。

如图2所示，第一控制阀3和第二控制阀4均为电比例减压阀。控制阀11具有用于与第一控制阀3电连接的第一连接端Y1以及用于与第二控制阀4电连接的第二连接端Y2。

优选地，本实施例的控制***还包括显示器18。显示器18用于显示旋喷钻机的工作参数。

优选地，显示器18还设置有操作部。

具体地，操作部包括状态切换部21。状态切换部21用于切换选择旋喷钻机所处的工作状态。

操作部还包括动力头提升速度设定值输入部19以及动力头转速设定值输入部20。工作人员在通过状态切换部21控制旋喷钻进进入到旋喷提升状态后，再通过动力头提升速度设定值输入部19输入动力头提升速度设定值，并通过动力头转速设定值输入部20输入动力头转速设定值。控制器接收上述工作人员输入的信号并发出指令控制第一控制阀3和第二控制阀4来进行相应的动作。

在本实施例中，旋喷提升状态包括连续旋喷状态和间歇旋喷状态。在连续旋喷状态，控制器控制电比例减压阀连续通电；在间歇旋喷状态，控制器控制第一电比例减压阀间歇通电，第二电比例减压阀连续通电。工作人员可以根据实际工况需求来选择进行连续旋喷或者间歇旋喷，从而提高本实施例的旋喷钻机的适用性。

为了方便工作人员操作，本实施例的显示器的操作部还包括提升时间输入部22和提升暂停时间输入部23。控制器可以根据接收到的提升时间和提升暂停时间对第一电比例控制阀执行间隔的通断电，从而实现间歇提升。例如，提升时间为t1，提升暂停时间为t2，那么旋喷钻机将在执行旋喷提升t1时间段后暂停旋喷提升t2之间段然后依次循环重复。

本实施例的旋喷钻机包括用于向动力头泵送流体的流体泵。控制***还包括压力调节装置，控制器控制压力调节装置调节流体泵输出流体的压力。

如图3所示，本实施例的流体泵包括泥浆泵5、水泵6和空压机7。压力调节装置包括用于驱动泥浆泵5的泥浆泵驱动电机8、用于驱动水泵的水泵驱动电机9和用于驱动空压机的空压机驱动电机10。

控制器11具有与泥浆泵驱动电机8连接的第三连接端Y3、与水泵驱动电机9连接的第四连接端Y4以及与空压机驱动电机10连接的第五连接端Y5。需要说明的是，此处的连接可以是电连接，例如通过控制线路进行连接；也可以是无线连接，例如发送无线信号至相应的驱动电机以控制电机的转速进而控制相应的流体泵的压力。

具体地，在本实施例中，控制器11上还设置有泥浆泵压力调节旋钮12、水泵压力调节旋钮13和空压机压力调节旋钮14。工作人员可以根据实际工况对泥浆泵的压力、水泵的压力以及空压机的压力进行设定。控制器11根据上述设定值对相应的驱动电机的转速进行控制。

在其他附图未示出的实施例中，也可以采用其他压力调节装置来调节上述各个流体泵的压力。

为了保证旋喷头在提出地面前高压流体的压力降低从而防止高压流体伤人，本实施例的控制***还包括用于检测旋喷头的实际深度的深度检测装置。控制器根据实际深度和深度临界值控制旋喷头喷射流体的压力。

如图4所示，本实施例的控制器11上设置有深度检测装置工作旋钮。工作人员在启动该深度检测装置工作旋钮后，深度检测装置启动并对旋喷头距离地面的实际深度进行实时检测且将实际深度发送至控制器11，控制器根据实际深度控制旋喷头喷射流体的压力。

具体地，工作人员还需要向控制器11输入深度临界值。控制器根据实际深度和深度临界值控制旋喷头喷射流体的压力。例如，当实际深度大于深度临界值时，不降低旋喷头喷射流体的压力；当实际深度小于深度临界值时，降低喷头喷射流体的压力。

优选地，还可以向控制器11输入第一深度临界值和第二深度临界值。其中，第一深度临界值大于第二深度临界值。在实际深度小于第一深度临界值时降低泥浆泵的压力；在实际深度小于第二深度临界值时同时降低泥浆泵、水泵及空压机的压力。

在此处需要说明的是，此时所说的是降低而不是直接关闭。需要控制泥浆泵、水泵和空压机维持低压状态，保证管路不堵塞。

优选地，本实施例的控制器根据实际深度控制动力头的提升速度。例如，当实际深度小于深度临界值时，降低动力头的提升速度。

为了在旋喷头在提出地面之前对处于地面施工地点附近的人员起到警示的作用从而防止对人员造成伤害，本实施例的控制***还包括报警装置。控制器根据实际深度控制报警装置发出报警信号。

具体在本实施例中，报警装置包括报警灯16和/或蜂鸣器17。

下面对本实施例的旋喷钻机的具体工作过程进行详细说明。

本实施例的钻机具有钻进状态和旋喷提升两种状态。其中，旋喷提升状态包括连续旋喷状态和间歇旋喷状态。首先工作人员通过显示器18上的状态切换部21选择工作状态。

在钻进状态时：控制器控制第一控制阀3和第二控制阀4均为最大开度，不起减压作用，此时，动力头的提升速度以及转速分别由第一先导手柄1和第二先导手柄2设定。

在连续旋喷提升状态时：工作人员将第一先导手柄1和第二先导手柄2均为最大开度并锁定，此时动力头的提升转速和正转转速分别由第一控制阀3和第二控制阀4控制(第一控制阀3的电流大小由显示器18上的提升速度设定值输入部19输入的数值决定，第二控制阀4的电流大小由显示器18上的动力头正转转速设定输入部20输入的数值决定，电流值的大小根据输入的动力头正转转速和提升速度自动计算得出)。

在间歇旋喷提升状态时：第一先导手柄1和第二先导手柄2均为最大开度并锁定，此时动力头提升速度、正转转速分别由第一控制阀3和第二控制阀4控制。并且同时第一控制阀3根据显示器输入的提升时间和提升暂停时间执行通断电。

在本实施例中，控制器内储存四个深度临界值。该四个深度临界值分别为0.3米、0.5米、1米和1.5米。

本实施例的旋喷控制***在旋喷头处于不同的深度区间时执行不同的动作。具体如下：

深度检测装置将旋喷头的实际深度H发送到控制器11中。

当1<H≤1.5米时，报警灯16间歇闪烁，蜂鸣器17连续响三声，此为第Ⅰ阶段报警。

当旋喷头提升至0.5<H≤1米时，报警灯16连续闪烁，蜂鸣器17连续间歇鸣响，此为第Ⅱ阶段报警。

当提升到0.3<H≤0.5米时，报警灯16高速闪烁，蜂鸣器17连续鸣响，同时泥浆泵驱动电机自动降速以减压，旋喷提升速度减半，此为第Ⅲ阶段报警。

当提升到H≤0.3米时报警灯16高速闪烁，蜂鸣器17连续鸣响，泥浆泵驱动电机、水泵驱动电机、空压机驱动电机均以较小速度运转，维持低压状态，保证管路不堵塞，此为第Ⅳ阶段报警。

本实施例的旋喷钻机的控制***在旋喷头距离地面较近的距离内根据不同的距离区间发出不同的报警信号以更好地对工作人员形成提醒作用。

报警可通过显示器上复位按钮解除，且可选择阶段报警解除，或者本次旋喷过程报警解除：

当然，在以上各个阶段还可以对报警信号进行解除控制：

在第Ⅰ、Ⅱ阶段报警解除后报警灯16和蜂鸣器17复位并停止工作。

第Ⅲ阶段报警解除后，报警灯16仍高速闪烁，蜂鸣器17复位停止工作。泥浆泵电机转速不恢复，旋喷提升速度恢复。

第Ⅳ阶段报警解除后，报警灯16、蜂鸣器17均复位并停止工作，泥浆泵驱动电机、水泵驱动电机、空压机驱动电机仍以较小速度运转，维持低压状态，保证管路不堵塞。

在整个旋喷过程的报警解除后，报警灯16和蜂鸣器17复位并停止工作。此时泥浆泵驱动电机、水泵驱动电机、空压机驱动电机转速及旋喷提升速度按当前所处阶段对应的阶段报警解除后参数进行，且泥浆泵驱动电机、水泵驱动电机、空压机驱动电机转速可手动调节，但只能减小。

综上可知，本实施例的旋喷钻机的控制***可以实现对旋喷钻机处于旋喷提升状态时动力头的转速及提升速度进行自动控制以实现精确化控制。而且自动控制的实现还可以降低工作人员的工作效率。另外，本实施例的旋喷钻机的控制***在旋喷头的实际深度距离地面较近时，还可以降低流体泵的压力并降低旋喷头的提升速度从而防止高压喷出的流体对工作人员造成伤害。而且在旋喷头的实际深度距离地面较近时，还可以控制报警灯和/或蜂鸣器发出报警信号，起到提醒工作人员的作用，进一步防止流体对工作人员造成伤害。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (13)

1.一种旋喷钻机的控制***，所述旋喷钻机包括动力头且具有钻进状态和旋喷提升状态，其特征在于，所述控制***包括用于控制所述动力头的速度的控制阀和先导手柄以及与所述控制阀耦合设置的控制器，在所述钻进状态，所述先导手柄控制所述动力头的速度；在所述旋喷提升状态，所述控制器根据速度设定值自动控制所述控制阀动作以控制所述动力头的速度。

2.根据权利要求1所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，在所述钻进状态，所述控制器控制所述控制阀处于最大开度且所述先导手柄控制所述动力头的速度；在所述旋喷提升状态，所述先导手柄处于最大开度且所述控制器根据所述速度设定值自动控制所述控制阀动作以控制所述动力头的速度。

3.根据权利要求1所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，所述动力头的速度包括提升速度和旋转速度，其中，所述控制***包括用于控制所述提升速度的第一控制阀和第一先导手柄；和/或，所述控制***包括用于控制所述旋转速度的第二控制阀和第二先导手柄。

4.根据权利要求1所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，所述控制阀为电比例减压阀，所述电比例减压阀与所述控制器电连接，所述控制器控制所述电比例减压阀的电流大小。

5.根据权利要求3所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，所述第一控制阀为第一电比例减压阀，所述第二控制阀为第二电比例减压阀，所述旋喷提升状态包括连续旋喷状态和间歇旋喷状态，在所述连续旋喷状态，所述控制器控制所述第一电比例减压阀和所述第二电比例减压阀均连续通电；在所述间歇旋喷状态，所述控制器控制所述第一电比例减压阀间歇通电，第二电比例减压阀连续通电。

6.根据权利要求1所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，所述控制器还包括操作部，其中，所述操作部包括用于输入所述速度设定值的速度输入部；和/或，所述操作部包括用于输入旋喷头喷射流体的压力设定值的压力输入部；和/或，所述操作部包括用于输入所述旋喷钻机的状态的状态切换部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，所述控制***还包括用于检测所述旋喷钻机的旋喷头的实际深度的深度检测装置，其中，所述控制器根据所述实际深度和深度临界值控制所述旋喷头喷射流体的压力和/或所述动力头的提升速度；和/或，所述控制器根据所述实际深度和深度临界值发出报警信号。

8.根据权利要求7所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，所述旋喷钻机包括用于向所述旋喷头泵送流体的流体泵，所述控制***还包括压力调节装置，所述控制器控制所述压力调节装置调节所述流体泵输出流体的压力。

9.根据权利要求8所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，所述旋喷钻机包括与所述流体泵驱动连接的电机，所述电机形成所述压力调节装置，所述控制器对所述电机的转速进行控制以控制所述流体泵输出流体的压力。

10.根据权利要求7所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，所述控制***还包括报警装置，所述控制器根据所述实际深度控制所述报警装置发出报警信号。

11.根据权利要求10所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，所述报警装置包括报警灯和/或蜂鸣器。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的旋喷钻机的控制***，其特征在于，所述控制***还包括显示器，所述显示器用于显示和/或输入所述旋喷钻机的工作参数。

13.一种旋喷钻机，其特征在于，包括如权利要求1至12中任一项所述的旋喷钻机的控制***。