CN109577854A - 极硬岩智能变频电驱动反井钻机 - Google Patents

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谭杰
谭昊
宁方波
宋朝阳
康迎春
贺江波
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Abstract

本发明公开极硬岩智能变频电驱动反井钻机，包括电驱动传动***和智能控制***,所述智能控制***将控制信号传输给电驱动传动***,电驱动传动***根据控制信号进行传动。本发明扭矩传感器和拉力传感器感知钻杆扭矩信号和钻杆拉力信号，传输给控制器，控制器根据信号、现场情况以及以往经验参数，对变频电机进行输出控制，从而实现智能变频，减少人员工作量。可以避免钻进过程中多次停钻提钻查看而增加施工风险。

Description

极硬岩智能变频电驱动反井钻机
技术领域
本发明涉及矿山勘探技术领域。具体地说是极硬岩智能变频电驱动反井 钻机。
背景技术
目前极硬岩反井导孔施工难度大，消耗三牙轮钻头多，在更换三牙轮钻 头过程中，需要多次提钻增加堵孔风险的问题，采用专用导孔钻机是常规方 案，但是需要购买专用导孔钻机，增加成本。而聚晶金刚石复合片钻头(PDC 钻头)的硬度高，价格较天然金刚石便宜，可以减缓钻头的磨损，然而目前 PDC钻头对转速要求80～200转/分，而反井钻机导孔最大转速不超过40转/ 分，这就制约了PDC钻头在反井钻机上应用。同时在钻进扩孔过程中，又需 要低转速高扭矩，这就对反井钻机在转速和扭矩上提出了新要求。如何通过 一台反井钻机根据需要改变转速和扭矩，成为亟待解决的问题。
中国专利号CN206000454，公开了一种新型电驱动反井钻机，可以实现 无机变速，提高钻进效率，然而需要人工根据现场钻进情况进行判断，多次 停钻提钻查看增加风险，带来不便。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以避免钻进过程中多 次停钻提钻查看而增加施工风险的极硬岩智能变频电驱动反井钻机。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
极硬岩智能变频电驱动反井钻机，包括电驱动传动***和智能控制***, 所述智能控制***将控制信号传输给电驱动传动***,电驱动传动***根 据控制信号进行传动。
上述极硬岩智能变频电驱动反井钻机，所述电驱动传动***包括变频电 机、液力变矩器、行星变速箱、齿轮箱和动力头；所述变频电机的动力输出 端与所述液力变矩器的动力输入端驱动连接，所述液力变矩器的动力输出端 与所述行星变速箱的动力输入端驱动连接，所述行星变速箱的动力输出端与 所述齿轮箱的动力输入端驱动连接；所述齿轮箱的动力输出端与所述动力头 的动力输入端驱动连接。
上述极硬岩智能变频电驱动反井钻机，所述智能控制***包括扭矩传感 器、拉力传感器和控制器，所述扭矩传感器和所述拉力传感器分别安装在所 述动力头的中心管上，所述扭矩传感器的信号输出端与所述控制器的信号输 入端通信连接以将钻杆扭矩信号传输给所述控制器，所述拉力传感器的信号 输出端与所述控制器的信号输入端通信连接以将钻杆拉力信号传输给所述 控制器，所述控制器的控制信号输出端与所述变频电机的控制信号输入端通 信连接，所述控制器根据所述扭矩传感器和所述拉力传感器传输来的扭矩信 号和拉力信号向所述变频电机反馈信号以便控制所述变频电机的动力输出 量。
上述极硬岩智能变频电驱动反井钻机，所述行星变速箱为单级四速变速， 通过变速箱自带的电磁阀或液压实现三个正转转速和一个反转转速，最高速 用于导孔PDC钻头钻进，中速用于导孔三牙轮钻头钻进，低速用于扩孔钻进 和安装钻杆，反转用于卸钻杆，四个档位自动切换。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
本发明智能控制***上的扭矩传感器和拉力传感器，感知钻杆扭矩信号 和钻杆拉力信号，传输给控制器，根据信号、现场情况以及以往经验参数， 控制器对变频电机进行输出控制，从而实现智能变频，减少人员工作量。
为防止堵钻和卡钻以及装卸钻杆对齿轮***和电机的冲击，在变频电机 和行星变速箱中间设置液力变矩器，起到缓冲冲击的作用。行星变速箱为单 级四速变速，通过智能控制***实现四个档位自动切换。本发明极硬岩智能 变频电驱动反井钻机可直接替代原BMC400系列反井钻机上的液压马达部分。
附图说明
图1本发明极硬岩智能变频电驱动反井钻机的结构示意图；
图2本发明极硬岩智能变频电驱动反井钻机的信号控制示意图。
图中附图标记表示为：1-变频电机；2-液力变矩器；3-行星变速箱；4- 齿轮箱；5-中心管；6-浮动套；8-动力头；9-扭矩传感器；10-拉力传感器； 11-控制器。
具体实施方式
如图1所示，本实施例极硬岩智能变频电驱动反井钻机包括电驱动传动 ***和智能控制***,所述智能控制***将控制信号传输给电驱动传动***, 电驱动传动***根据控制信号进行传动。所述电驱动传动***包括变频电机 1、液力变矩器2、行星变速箱3、齿轮箱4和动力头8；所述变频电机1的 动力输出端与所述液力变矩器2的动力输入端驱动连接，所述液力变矩器2 的动力输出端与所述行星变速箱3的动力输入端驱动连接，所述行星变速箱 3的动力输出端与所述齿轮箱4的动力输入端驱动连接；所述齿轮箱4的动 力输出端与所述动力头8的动力输入端驱动连接。所述智能控制***包括扭 矩传感器9、拉力传感器10和控制器11，所述扭矩传感器9和所述拉力传 感器10分别安装在所述动力头8的中心管5上，所述扭矩传感器9的信号 输出端与所述控制器11的信号输入端通信连接以将钻杆扭矩信号传输给所 述控制器11，所述拉力传感器10的信号输出端与所述控制器11的信号输 入端通信连接以将钻杆拉力信号传输给所述控制器11，所述控制器11的控 制信号输出端与所述变频电机1的控制信号输入端通信连接，所述控制器 11根据所述扭矩传感器9和所述拉力传感器10传输来的扭矩信号和拉力信 号向所述变频电机1反馈信号以便控制所述变频电机1的动力输出量。所述 行星变速箱3为单级四速变速，通过变速箱自带的电磁阀或液压实现三个正 转转速和一个反转转速，最高速用于导孔PDC钻头钻进，中速用于导孔三牙 轮钻头钻进，低速用于扩孔钻进和安装钻杆，反转用于卸钻杆，四个档位自 动切换。
本实施例极硬岩智能变频电驱动反井钻机的工作原理：
由于动力头8的中心管5上安装有扭矩传感器和拉力传感器，可以感知 钻杆扭矩信号和钻杆拉力信号以及震动信号，然后将信号传输给所述控制器 11，所述控制器11将收集到的扭矩信号、拉力信号和震动信号通过神经网 络程序进行演算，根据以往施工经验计算电机扭矩和转速参数，将扭矩信号 和拉力信号反馈到所述变频电机1的变频器，从而可以控制变频电机的输出 量大小。当使用PDC钻头进行导孔钻进时，控制器11根据扭矩传感器和拉 力传感器的信号，并经过演算，给变频电机一个高转速输出信号，则PDC钻 头在高转速下钻进；当使用三牙轮钻头钻进时，控制器11根据扭矩传感器 和拉力传感器的信号，并经过演算，给变频电机一个中转速输出信号，则三 牙轮钻头在中转速下钻进；当扩孔钻进或安装钻杆时，控制器11根据扭矩 传感器9和拉力传感器10的信号，并经过演算，给变频电机一个低转速输 出信号，则钻头在中转速下钻进；当拆卸钻杆时，控制器11根据扭矩传感 器9和拉力传感器10的信号，并经过演算，给变频电机一个反转输出信号， 则钻头反转拆卸钻杆。本实施例电驱动***可直接替代原BMC400系列反井 钻机上的液压马达部分。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式 的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做 出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保 护范围之中。

Claims (4)

1.极硬岩智能变频电驱动反井钻机，其特征在于，包括电驱动传动***和智能控制***,所述智能控制***将控制信号传输给电驱动传动***,电驱动传动***根据控制信号进行传动。
2.根据权利要求1所述的极硬岩智能变频电驱动反井钻机，其特征在于，所述电驱动传动***包括变频电机(1)、液力变矩器(2)、行星变速箱(3)、齿轮箱(4)和动力头(8)；所述变频电机(1)的动力输出端与所述液力变矩器(2)的动力输入端驱动连接，所述液力变矩器(2)的动力输出端与所述行星变速箱(3)的动力输入端驱动连接，所述行星变速箱(3)的动力输出端与所述齿轮箱(4)的动力输入端驱动连接；所述齿轮箱(4)的动力输出端与所述动力头(8)的动力输入端驱动连接。
3.根据权利要求2所述的极硬岩智能变频电驱动反井钻机，其特征在于，所述智能控制***包括扭矩传感器(9)、拉力传感器(10)和控制器(11)，所述扭矩传感器(9)和所述拉力传感器(10)分别安装在所述动力头(8)的中心管(5)上，所述扭矩传感器(9)的信号输出端与所述控制器(11)的信号输入端通信连接以将钻杆扭矩信号传输给所述控制器(11)，所述拉力传感器(10)的信号输出端与所述控制器(11)的信号输入端通信连接以将钻杆拉力信号传输给所述控制器(11)，所述控制器(11)的控制信号输出端与所述变频电机(1)的控制信号输入端通信连接，所述控制器(11)根据所述扭矩传感器(9)和所述拉力传感器(10)传输来的扭矩信号和拉力信号向所述变频电机(1)反馈信号以便控制所述变频电机(1)的动力输出量。
4.根据权利要求2所述的极硬岩智能变频电驱动反井钻机，其特征在于，所述行星变速箱(3)为单级四速变速，通过变速箱自带的电磁阀或液压实现三个正转转速和一个反转转速，最高速用于导孔PDC钻头钻进，中速用于导孔三牙轮钻头钻进，低速用于扩孔钻进和安装钻杆，反转用于卸钻杆，四个档位自动切换。
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