CN108264442B - 混装铵油***车的装药深度控制***及控制方法 - Google Patents

混装铵油***车的装药深度控制***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种混装铵油***车的装药深度控制***及控制方法，该控制***包括控制器、注药控制阀、压力传感器、电动绞盘以及缠绕于所述电动绞盘上的导线；所述压力传感器设置于所述导线的一端，所述电动绞盘的控制输入端连接所述控制器的电动绞盘控制输出端，所述控制器控制电动绞盘转动将所述压力传感器放入炮孔中，所述压力传感器输出端连接所述控制器压力信号输入端，所述压力传感器采集***的压力信号并发送给所述控制器，所述控制器注药控制输出端连接所述注药控制阀控制端，所述控制器根据压力信号控制该注药控制阀向***输送管输送***。该控制***操作简单，精确度高，避免了人为因素的干扰，提高了现场施工的效率。

Description

混装铵油***车的装药深度控制***及控制方法
技术领域
本发明涉及现场混装***车领域，具体涉及一种混装铵油***车的装药深度控制***及控制方法。
背景技术
现场混装***车目前广泛应用在矿山、交通、水利水电工程等领域的岩土***开挖施工过程中，装药深度控制是一道非常重要的工序，装药深度的准确与否将直接影响堵塞长度和***单耗，进而影响***效果和施工成本。
由于混装铵油***车的送料泵在泵送过程中经常存在空转，输送管道中的铵油***不连续，因此其流量并不稳定，因此不能像乳化***车那样通过流量来计算输送人炮孔的药量。如何在现场快速准确的控制混装铵油***装填深度，对于提高施工效率，改善***效果具有重要意义。
传统的现场混装铵油装药深度控制方法主要是采用人工拉皮尺或伸竹竿，通过工人视觉控制炮孔内***的上表面的位置，再通过口令或手势通知混装***车上的操作人员是否终止注入***。该方法主要存在两个不足：一是增加了现场施工人员，增加了工作强度，降低了施工效率；其二是操作繁琐，且精度很低，装药深度的准确程度受人为因素影响较大，所以这种方法有很大局限性。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种操作简单，精确度高的混装铵油***车的装药深度控制***及控制方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种混装铵油***车的装药深度控制***，包括控制器、注药控制阀、压力传感器、电动绞盘以及缠绕于所述电动绞盘上的导线；
所述压力传感器设置于所述导线的一端，所述电动绞盘的控制输入端连接所述控制器的电动绞盘控制输出端，所述控制器控制电动绞盘转动将所述压力传感器放入炮孔中，所述压力传感器输出端连接所述控制器压力信号输入端，所述压力传感器采集***的压力信号并发送给所述控制器，所述控制器注药控制输出端连接所述注药控制阀控制端，所述控制器根据压力信号控制该注药控制阀向***输送管输送***。
压力传感器采集注药过程中的压力信号，控制器根据接收到的压力信号控制注药控制阀向***输送管输入***。该控制***操作简单，精确度高，避免了人为因素的干扰，提高了现场施工的效率。
进一步的，所述导线上设置有刻度，所述控制器控制所述电动绞盘转动将所述压力传感器放入到所述炮孔内预先设定的深度。这能更准确的将压力传感器放到指定的深度位置。
进一步的，所述压力传感器为球形压力传感器。球形压力传感器所测得的***的压力更回准确。
进一步的，所述***输送管上设置有传感器收纳套筒，所述传感器收纳套筒设置于所述电动绞盘正下方且正对炮孔，这便于对压力传感器的收纳保管。
本发明还提出了一种混装铵油***车的装药深度控制方法，包括以下步骤：
S1，设定压力传感器压力增加响应阈值ΔF以及压力传感器放入炮孔内的深度L；
S2，电动绞盘将压力传感器放入炮孔内的L深度，控制器控制注药控制阀开始注入***；
S3，所述压力传感器实时向所述控制器发送压力信号，所述控制器通过所述压力信号计算压力增加幅值ΔFreceive；
S4，当所述压力增加幅值ΔFreceive达到预先设定的压力增加响应阈值ΔF 时，所述控制器控制注药控制阀停止注药。
通过将加药过程中的压力增加幅值ΔFreceive与预先设定的压力增加响应阈值ΔF相比较，当两者相等时，控制器自动控制停止注药。该方法不需要地面人员人为判断***装填深度，操作简便，解放了劳动力，提高了现场施工效率。
进一步的，还包括步骤S5，若所有炮孔均完成了装药，则结束装药；否则重复步骤S1-S4进行下一炮孔的装药，直至装药完成。
进一步的，停止注药后，所述电动绞盘将所述压力传感器回收入传感器收纳套筒内。
进一步的，步骤S1中压力传感器放入炮孔内的深度L的确定方法为：
根据***设计资料，获取炮孔深度Lhole、设计装药深度Le的参数取值，然后计算压力传感器放入孔内的深度L，计算方法为
Figure RE-RE-GDA0001639339650000031
其中ρ为***密度，g为重力加速度。
进一步的，步骤S1中压力信号计算压力增加响应阈值ΔF的设定方法为：
A，将注药过程分为t1、t2、t3、t4四个时刻，其中，t1时刻为注入***之前；t2时刻为开始注入***，***上表面到达压力传感器所在水平面之前；t3时刻为***上表面正好到达压力传感器所在水平面时；t4时刻为***覆盖压力传感器厚度为ΔL时；
B，计算t1至t3时刻压力传感器的预计平均压力F1’，计算公式为：F1’＝q2/A，其中，q为***输送管中***的流量，A为***输送管的横截面积；
C，计算压力增加响应阈值ΔF和覆盖深度ΔL的关系，计算公式为ΔF＝F2’ -F1’＝ρgΔL，其中，F2’为t4时刻时压力传感器应当测得的压力，ρ为***密度，g为重力加速度。
该压力响应阈值ΔF的设定方法简单，快速，提高了混装铵油***车的装药的效率。
进一步的，步骤S3中压力信号计算压力增加幅值ΔFreceive的计算方法为：
S3-1，控制器描绘压力传感器的压力时程曲线，并将注药过程分为t1、 t2、t3、t4四个时刻，其中，t1时刻为注入***之前；t2时刻为开始注入***，***上表面到达压力传感器所在水平面之前；t3时刻为***上表面正好到达压力传感器所在水平面时；t4时刻为***覆盖压力传感器厚度为ΔL时；
S3-2，对压力时程曲线分段进行一阶线性拟合，分别得到：t1至t3时刻压力传感器的平均压力
Figure RE-RE-GDA0001639339650000041
t4时刻，压力传感器所承受的压力：
Figure RE-RE-GDA0001639339650000042
S3-3，计算压力增加幅值，计算公式为Freceive：
Figure RE-RE-GDA0001639339650000051
由于混装铵油***车的送料泵在泵送过程中经常存在空转，输送管道中的铵油***不连续，因此其流量q并不稳定，因此作用在压力传感器上的压力时程曲线会存在锯齿状波动，t1至t3时刻压力传感器的平均压力F1和t4时刻压力传感器所承受的压力F2的取值存在一定困难，通过本计算方法进行分段进行一阶线性拟合得到F1和F2，进而取得的Freceive准确度高，提高了该控制方法的精度。
本发明的有益效果是：
(1)本发明不需要地面人员人为判断***装填深度，操作简便，解放了劳动力，提高了现场施工效率。
(2)本发明通过物理力学原理把***装填深度数据转换为压力信号，从而自动控制装药的进行过程，避免了人为因素的干扰，拥有更高的精度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为适用于混装铵油***车的装药深度自动控制***示意图；
图2为传感器收纳套筒和挂扣局部放大示意图；
图3至图6为***装填过程中不同时刻压力传感器与***上表面的相对位置；
图7为作用在球形压力传感器上的压力时程曲线；
图8为适用于混装铵油***车的装药深度自动控制操作流程图。
附图标记：混装铵油***车1、电动绞盘2、***输送管3、挂扣4、地面5、导线6、压力传感器7、炮孔8、传感器收纳套筒9，***10。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1-2所示，本发明提供了一种混装铵油***车的装药深度控制***，包括控制器、注药控制阀、压力传感器7、电动绞盘2以及缠绕于所述电动绞盘2上的导线6。
所述压力传感器7设置于所述导线6的一端，所述电动绞盘2的控制输入端连接所述控制器的电动绞盘2控制输出端，所述控制器控制电动绞盘2转动将所述压力传感器7放入炮孔8中，所述压力传感器7输出端连接所述控制器压力信号输入端，所述压力传感器7采集***10的压力信号并发送给所述控制器，所述控制器注药控制输出端连接所述注药控制阀控制端，所述控制器根据压力信号控制该注药控制阀向***输送管3输送***10。
为了使得压力传感器7放入的深度更加准确，所述导线6上设置有刻度，所述控制器控制所述电动绞盘2转动将所述压力传感器7放入到所述炮孔8 内预先设定的深度。所述压力传感器7优选但不限于为球形压力传感器。所述***输送管3上设置有传感器收纳套筒9，所述传感器收纳套筒9设置于所述电动绞盘2正下方且正对炮孔8，传感器收纳套筒9的周面靠近导线6一侧设置有挂扣4，导线6穿过该挂扣4再深入到炮孔8中，挂扣4与传感器收纳套筒9所在直线垂直于地面5。控制器以及注药控制阀可设置于混装铵油***车 1上。该控制***中所采用的算法可为但不限于是下述控制方法中的算法。
本发明还提出了一种混装铵油***车的装药深度控制方法，如图8所示，包括以下步骤：
S1，设定压力传感器压力增加响应阈值ΔF以及压力传感器放入炮孔内的深度L。
通常压力增加响应阈值ΔF在500-1000Pa。
当然，压力增加响应阈值ΔF也可以通过模拟注药过程从而计算得到，设定方法为：
A，如图3至图6所示，将注药过程分为t1、t2、t3、t4四个时刻，其中， t1时刻为注入***之前；t2时刻为开始注入***，***上表面到达压力传感器所在水平面之前；t3时刻为***上表面正好到达压力传感器所在水平面时；t4时刻为***覆盖压力传感器厚度为ΔL时。
B，计算t1至t3时刻压力传感器的预计平均压力F1’，计算公式为：F1’＝q2/A，其中，q为***输送管中***的流量，A为***输送管的横截面积。
C，在t3时刻混装***刚好到达球形压力传感器所在水平面，然后混装***逐渐覆盖球形压力传感器；假设在t4时刻时，覆盖深度为ΔL，计算压力增加响应阈值ΔF和覆盖深度ΔL的关系，计算公式为ΔF＝F2’-F1’＝ρgΔL，其中，F2’为t4时刻时压力传感器应当测得的压力，ρ为***密度，g为重力加速度，计算中可取10m/s2。
压力传感器放入炮孔内的深度L的确定方法为：
根据***设计资料，获取炮孔深度Lhole、设计装药深度Le的参数取值，然后计算压力传感器放入孔内的深度L，计算方法为
Figure RE-RE-GDA0001639339650000081
其中ρ为***密度，g为重力加速度。
压力传感器放入炮孔内的深度L的确认公式也可以是：
Figure RE-RE-GDA0001639339650000082
其中，Ls为炮孔设计堵塞长度。
S2，电动绞盘将压力传感器放入炮孔内的L深度，控制器控制注药控制阀开始注入***。
S3，所述压力传感器实时向所述控制器发送压力信号，所述控制器通过所述压力信号计算压力增加幅值ΔFreceive。
由于混装铵油***车的送料泵在泵送过程中经常存在空转，输送管道中的铵油***不连续，因此其流量q并不稳定，因此作用在球形压力传感器上的压力时程曲线会存在锯齿状波动，F1和F2的取值存在一定困难，如图7所示，因此，分析处理中通过分段进行一阶线性拟合，得到时段内的拟合曲线，采用压力增加幅值ΔF这一参数来控制装药进度。
因此，这里压力信号计算压力增加幅值ΔFreceive的计算方法为：
S3-1，控制器根据压力传感器所测得的压力信号描绘压力传感器的压力时程曲线，并将注药过程分为t1、t2、t3、t4四个时刻，如图3至图6，其中，t1时刻为注入***之前；t2时刻为开始注入***，***上表面到达压力传感器所在水平面之前；t3时刻为***上表面正好到达压力传感器所在水平面时；t4时刻为***覆盖压力传感器厚度为ΔL时。
S3-2，对压力时程曲线分段进行一阶线性拟合，分别得到：t1至t3时刻压力传感器的平均压力
Figure RE-RE-GDA0001639339650000091
t4时刻，压力传感器所承受的压力：
Figure RE-RE-GDA0001639339650000092
S3-3，计算压力增加幅值，计算公式为Freceive：
Figure RE-RE-GDA0001639339650000093
S4，当所述压力增加幅值ΔFreceive达到预先设定的压力增加响应阈值ΔF 时，所述控制器控制注药控制阀停止注药。
S5，若所有炮孔均完成了装药，则结束装药；否则重复步骤S1-S4进行下一炮孔的装药，直至装药完成。
停止注药后，所述电动绞盘将所述压力传感器回收入传感器收纳套筒内。
下面介绍一个具体实例：某大型露天矿山岩体***开挖工程，采用现场混装铵油***车装药，铵油***密度＝1000kg/m3。采用深孔台阶***，垂直炮孔，钻孔直径为250mm，炮孔深度Lhole＝20m，其中设计超深1m，设计装药长度Le＝13m，设计堵塞长度Ls＝7m。
采用本发明的适用于混装铵油***车的装药深度自动控制的方法的实施步骤如下：
步骤1.预先设定的球形压力传感器的压力增加响应阈值ΔF。
本实例中可设定球形压力传感器的压力增加响应阈值ΔF＝600Pa，当然也可以根据现场需求计算得到。
步骤2.确定带刻度的导线放入孔内的深度L。
根据***设计资料，获取炮孔深度Lhole＝20m，设计装药长度Le＝13m，然后通过本发明提出的公式
Figure RE-RE-GDA0001639339650000101
计算带刻度的导线需要放入孔内的深度
Figure RE-RE-GDA0001639339650000102
步骤3.下放球形压力传感器，开始注入***。
将***输送管对准炮孔孔口，电动绞盘将球形压力传感器自动匀速放入炮孔L＝7.06m深度的位置，然后开始注入***。
步骤4.***通过公式
Figure RE-RE-GDA0001639339650000103
计算球形压力传感器获得的压力时程曲线上的压力增加幅值ΔFreceive，当ΔFreceive达到预先设定的压力增加响应阈值ΔF＝600N时，反馈信息给混装***车的控制阀，自动停止注入***。电动绞盘将球形压力传感器自动回收入传感器收纳套筒。
步骤5.若所有炮孔均完成了装药，则结束装药；否则重复上述步骤进行下一炮孔的装药，直至装药完成。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种混装铵油***车的装药深度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
该方法应用于一种混装铵油***车的装药深度控制***，包括控制器、注药控制阀、压力传感器、电动绞盘以及缠绕于所述电动绞盘上的导线；
所述压力传感器设置于所述导线的一端，所述电动绞盘的控制输入端连接所述控制器的电动绞盘控制输出端，所述控制器控制电动绞盘转动将所述压力传感器放入炮孔中，所述压力传感器输出端连接所述控制器压力信号输入端，所述压力传感器采集***的压力信号并发送给所述控制器，所述控制器注药控制输出端连接所述注药控制阀控制端，所述控制器根据压力信号控制该注药控制阀向***输送管输送***；
S1，设定压力传感器压力增加响应阈值ΔF以及压力传感器放入炮孔内的深度L；
压力增加响应阈值ΔF的设定方法为：
A，将注药过程分为t1、t2、t3、t4四个时刻，其中，t1时刻为注入***之前；t2时刻为开始注入***，***上表面到达压力传感器所在水平面之前；t3时刻为***上表面正好到达压力传感器所在水平面时；t4时刻为***覆盖压力传感器厚度为ΔL时；
B，计算t1至t3时刻压力传感器的预计平均压力F1’，计算公式为：F1’＝q2/A，其中，q为***输送管中***的流量，A为***输送管的横截面积；
C，计算压力增加响应阈值ΔF和覆盖深度ΔL的关系，计算公式为ΔF＝F2’-F1’＝ρgΔL，其中，F2’为t4时刻时压力传感器应当测得的压力，ρ为***密度，g为重力加速度；
S2，电动绞盘将压力传感器放入炮孔内的L深度，控制器控制注药控制阀开始注入***；
S3，所述压力传感器实时向所述控制器发送压力信号，所述控制器通过所述压力信号计算压力增加幅值ΔFreceive；
S4，当所述压力增加幅值ΔFreceive达到预先设定的压力增加响应阈值ΔF时，所述控制器控制注药控制阀停止注药。
2.根据权利要求1所述的混装铵油***车的装药深度控制方法，其特征在于，还包括步骤S5，若所有炮孔均完成了装药，则结束装药；否则重复步骤S1-S4进行下一炮孔的装药，直至装药完成。
3.根据权利要求1所述的混装铵油***车的装药深度控制方法，其特征在于，停止注药后，所述电动绞盘将所述压力传感器回收入传感器收纳套筒内。
4.根据权利要求1所述的混装铵油***车的装药深度控制方法，其特征在于，步骤S1中压力传感器放入炮孔内的深度L的确定方法为：
根据***设计资料，获取炮孔深度Lhole、设计装药深度Le的参数取值，然后计算压力传感器放入孔内的深度L，计算方法为：
Figure FDA0002533181990000021
其中ρ为***密度，g为重力加速度。
5.根据权利要求1所述的混装铵油***车的装药深度控制方法，其特征在于，步骤S3中压力信号计算压力增加幅值ΔFreceive的计算方法为：
S3-1，控制器描绘压力传感器的压力时程曲线，并将注药过程分为t1、t2、t3、t4四个时刻，其中，t1时刻为注入***之前；t2时刻为开始注入***，***上表面到达压力传感器所在水平面之前；t3时刻为***上表面正好到达压力传感器所在水平面时；t4时刻为***覆盖压力传感器厚度为ΔL时；
S3-2，对压力时程曲线分段进行一阶线性拟合，分别得到：t1至t3时刻压力传感器的平均压力
Figure FDA0002533181990000022
t4时刻，压力传感器所承受的压力：
Figure FDA0002533181990000023
S3-3，计算压力增加幅值，计算公式为：
Figure FDA0002533181990000031
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