KR101932753B1 - Method and Apparatus for Energy Saving of Hydraulic Drill - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시추굴착기의 에너지 절감장치 및 방법에 관한 것으로,
천공작업 시작 전에 시험천공을 통해 암질의 등급을 판단하고, 그에 따라 설정된 목표 천공속도를 유지하기 위하여 시추굴착기를 구동할 때, 필요한 공압 및 유압 부하량 만큼만 동력을 구동하도록 엔진부, 유압 및 공압장치를 제어하므로, 필요한 에너지만을 비례적으로 공급하도록 하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to an energy saving apparatus and method for a drilling rig,
Hydraulic and pneumatic devices are used to drive the drilling excavator to the required pneumatic and hydraulic loads only to determine the grade of the rock quality through the test drilling before the drilling operation and to maintain the target drilling speed accordingly. So that only the necessary energy is supplied proportionally.
Description
본 발명은 시추굴착기에 관한 것으로, 암반 천공시 암질에 따라 타격압(Percussion Pressure), 피드압(Feed Pressure), 회전압(Rotation Pressure), 플러싱(Flushing Flow) 및 천공속도를 제어하므로, 최적의 에너지를 사용하도록 하는 시추굴착기의 에너지 절감방법에 관한 것이다.The present invention relates to a drilling rig, which controls percussion pressure, feed pressure, rotation pressure, flushing flow, and puncture speed depending on the rock quality during drilling of a rock, Energy-saving methods for drilling rigs that use energy.
일반적으로 유압드릴은 건설현장에서 유압으로 회전되는 드릴 날을 이용하여 암반, 토사 또는 콘크리트 구조물 등을 굴착하는 장치 이다. 암반이나 토사, 콘크리트 등 강도가 강한 경우에는 회전력으로만 굴착이 이루어짐에 따라 굴착이 어려운 문제점이 있었다.Generally, a hydraulic drill is a device for excavating rock, soil, or concrete structures using hydraulic drill blades at a construction site. When the strength is high, such as rock, sand, concrete, etc., there is a problem that excavation is difficult because excavation is performed only by rotational force.
이와 같은 암반의 천공 작업을 하기 위해 사용하는 유압 드릴링 장치는 일반적으로 엔진 등의 연료를 소모하는 메인 동력공급장치와 이것의 회전력을 이용하여 유압과 공압을 발생시키는 유압펌프와 에어 컴프레서로 구성되어 있다. A hydraulic drilling apparatus used for drilling such a rock is generally composed of a main power supply apparatus that consumes fuel such as an engine and a hydraulic pump and an air compressor that generate hydraulic pressure and pneumatic pressure using the rotational force of the main power supply apparatus .
도 1은 종래기술에 따른 유압 드릴링장치의 구성도로서, 유압 또는 공압을 발생시키기 위한 메인 동력을 공급하는 엔진부(10)와, 상기 엔진부(10)에서 공급된 동력으로 유압을 발생시키는 유압펌프(20)와, 상기 유압펌프(20)로부터 공급된 유압을 동력원으로 드릴비트의 타격, 피드 및 회전력을 발생시켜 액추에이터(22)를 구동하는 유압밸브(21)와, 상기 엔진부(10)로부터 공급된 동력으로 공압을 발생하는 에어 컴프레서(40)와, 상기 에어컴프레서(40)로부터 공급된 공압에 의해 에어 플러싱을 제어하여 튜브 및 액추에이터(42)를 구동하는 공압밸브(41)와, 상기 굴착 및 착암시 최대의 효율을 내도록 상기 엔진부(10), 유압밸브(21) 및 공압밸브(41)을 제어하는 제어부(30)로 구성된다.1 is a block diagram of a hydraulic drilling apparatus according to the prior art, which comprises an
이와 같이 구성된 종래기술에 따른 드릴링장치는 주로 유압펌프에 의하여 드릴 비트의 타격, 피드 및 회전력을 발생시키고, 에어 컴프레서에 의하여 드릴비트의 작용으로 발생하는 암반 파쇄물들을 천공 홀에서부터 외부로 불어내는 플러싱력 혹은 타격력을 발생시킨다. The drilling apparatus according to the related art thus constituted mainly generates a blow, a feed, and a rotary force of a drill bit by a hydraulic pump, and a flushing force for blowing rock particles generated by the operation of the drill bit from the perforation hole to the outside by the air compressor Or generate a striking force.
이러한 드릴링 장치에서는 수동조작에 의존하여 조작자가 직접적으로 이 동력요소들을 분배, 조절하고 있으므로, 조작자의 경험적인 역량에 작업효율이 좌우된다고 할 수 있다. 또한 메인 동력공급장치는 천공과정 내내 최대의 출력을 유지하게 되어있어, 지나친 연료소모를 있으며, 필요 이상의 열과 진동은 고장을 일으킬 확률을 높이게 된다. 특히 동력이 적게 소요되는 천공시작 초기에는 천공효과에 비해 상대적으로 많은 연료를 소모하게 되는 문제점이 있었다.In this drilling apparatus, since the operator directly distributes and adjusts the power elements depending on the manual operation, the efficiency of the operation depends on the operator's empirical capacity. Also, the main power supply maintains the maximum output during the drilling process, which consumes too much fuel, and more heat and vibration than necessary increase the likelihood of failure. Particularly, there is a problem that the fuel consumption is relatively higher than the puncture effect at the beginning of the perforation, which requires less power.
본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 천공작업시작 전에 시험천공을 통해 암질의 등급을 판단하고, 그에 따라 설정된 목표 천공속도를 유지하기 위하여 시추굴착기를 구동할 때 필요한 공압 및 유압 부하량 만큼만 동력을 구동하도록 엔진부, 유압 및 공압장치를 제어하므로, 필요한 에너지만을 비례적으로 공급하도록 하는 시추굴착기의 에너지 절감장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art, and to solve the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a drilling rig, The present invention provides an energy saving apparatus and method for a drilling rig that controls the engine unit, the hydraulic pressure, and the pneumatic device so as to drive the power, so that only necessary energy is supplied proportionally.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 시추굴착기의 에너지 절감과정은 암반천공을 위한 유압장치 및 공압장치와 유압장치 및 공압장치에 메인 동력을 공급하는 엔진부를 암질의 상태에 따라 제어부를 통해 제어하는 시추굴착기의 에너지 절감방법에 있어서, 상기 제어부에 의하여 일정시간 엔진부, 유압 및 공압장치를 구동시켜 설정된 표준 동력으로 암반을 천공하고, 그 결과에 따라 암질의 등급을 판단하는 시험천공과정; 상기 시험천공과정을 통해 판단된 암질의 등급에 따라 목표천공속도를 설정하는 천공계획과정; 및 상기 목표천공속도를 유지하기 위해 실시간으로 실제 천공속도의 변동에 따라 보정값을 산출하고, 상기 보정값 만큼 상기 엔진부, 유압장치 및 공압장치를 제어하여 천공속도를 보상하는 천공과정;을 포함하되, 상기 제어부는 상기 천공과정에서 측정된 부하량에 따라 필요한 유량만큼 상기 유압장치와 공압장치를 비례 제어하고, 상기 유압장치 및 공압장치에서 필요한 부하량을 합산하여 필요한 동력만큼 상기 엔진부를 제어하되, 상기 천공과정은 상기 제어부의 유압 부분수요 동력제어부에 의하여 유압밸브의 유압작동압과 유압펌프의 유압토출압을 측정하고, 상기 유압작동압과 유압토출압의 차압의 크기에 따라 유압 부하량을 산출하고, 상기 제어부의 공압 부분수요 동력제어부에 의하여 상기 에어 컴프레서의 토출압과 공압밸브의 작동압을 측정하고, 그 차압의 크기에 따라 공압 부하량을 산출하는 21단계; 상기 유압부하량에 비례하여 유량을 공급하도록 상기 유압펌프 및 유압밸브를 제어하며, 상기 공압 부하량에 따라 상기 에어 컴프레서 및 공압밸브를 제어하는 22단계; 및 상기 21단계 및 22단계에서 상기 유압 부분수요 동력제어부 및 공압 부분수요 동력제어부의 각 부하량을 통합 수요동력 제어부에서 합산하여 그에 비례하여 상기 엔진부가 필요한 메인 동력을 구동하도록 제어하는 23단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the energy saving process of the drilling rig according to the present invention, the hydraulic device for piercing the rock, the pneumatic device, the hydraulic device and the engine for supplying the main power to the pneumatic device are controlled A test drilling process for drilling a rock by a standard power set by driving the engine, hydraulic and pneumatic devices for a predetermined time by the control unit and determining the grade of the rock quality according to the result; A puncture planning process for setting a target puncturing speed according to a grade of a rock material determined through the test puncturing process; And a puncturing step of calculating a correction value according to a variation of an actual puncturing speed in real time to maintain the target puncturing speed and compensating the puncturing speed by controlling the engine part, the hydraulic device, and the pneumatic device by the correction value Wherein the control unit is operable to measure Wherein the control unit controls the hydraulic unit and the pneumatic device proportionally by a required flow amount according to the load amount and controls the engine unit by a required power by summing the load amounts required in the hydraulic unit and the pneumatic device, And the hydraulic pressure load of the hydraulic pump is calculated based on the magnitude of the pressure difference between the hydraulic pressure and the hydraulic pressure. Measuring the discharge pressure of the air compressor and the operating pressure of the pneumatic valve and calculating a pneumatic load according to the magnitude of the differential pressure; Controlling the hydraulic pump and the hydraulic valve so as to supply the flow rate in proportion to the hydraulic load, and controlling the air compressor and the pneumatic valve according to the pneumatic load; And a step 23 of summing up the load amounts of the hydraulic partial demand power control unit and the pneumatic partial demand power control unit in
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상기한 바와 같이 본 발명은 먼저 천공작업시작 전에 시험천공을 하여 작업영역내의 암질의 단단한 정도를 판단하여 그 등급을 결정할 수 있으며, 그 등급에 따라 다르게 동력의 공급량을 조절할 수 있는 효과가 있다..As described above, according to the present invention, it is possible to determine the degree of hardness of the rock material in the work area by performing the test hole before starting the drilling operation, and to determine the grade thereof, and the power supply amount can be controlled differently according to the grade.
그리고 암질의 등급에 따라 표준이 되는 목표천공속도를 설정하고, 천공작업 중 실시간으로 천공속도를 측정하여 이 값을 목표천공속도와 비교하여 추적할 수 있도록 함으로써, 일단 표준천공속도를 기준으로 작업을 하지만 변동되는 암질의 상태에 따라서도 에너지가 유동적으로 사용될 수 있는 효과가 있다.By setting the target perforation speed to be a standard according to the grade of the rock and measuring the perforation speed in real time during the perforating operation and comparing this value with the target perforation speed, However, there is an effect that the energy can be used flexibly depending on the state of the fluctuating rocky matter.
이때 타격, 피드, 회전, 플러싱의 동력 제어장치인 각 유압 및 공압밸브는 천공속도의 함수에 비례하여 조절되도록 단일 체계화하며, 실시간 측정된 천공속도가 표준천공속도보다 느리면 더 많은 동력을 공급하고 빠르면 동력공급을 줄여주도록 하여, 상기 유압 및 공압밸브 단에서 암질에 따라 다른 에너지의 필요 수요만큼 세밀하게 조절되도록 하여 불필요한 에너지 소비를 최소화할 수 있는 효과가 있다.In this case, each hydraulic and pneumatic valve, which is a power control device of blow, feed, rotation and flushing, is structured so as to be adjusted in proportion to a function of puncture speed, and if the real time measured puncture speed is slower than the standard puncture speed, The power supply is reduced, and the unnecessary energy consumption can be minimized by controlling the hydraulic pressure and the pneumatic valve stage finely as much as the required demand of energy according to the rock quality.
또한, 에너지의 최종 소비체인 각 유압 및 공압밸브단에서 부하량을 실시간 측정, 계산하여 천공속도 유지에 필요한 에너지만을 비례적으로 공급할 수 있도록 제어함으로써 결과적으로는 에너지 절감을 실현하고 각 동력소모장치의 기계적 수명을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 동력계통의 발열과 소음을 줄이고, 고장율을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, by real-time measurement and calculation of the load at each hydraulic and pneumatic valve stage, which is the final consumption chain of energy, it is possible to supply only the energy required to maintain the perforation speed proportionally. As a result, It is possible not only to increase the life span, but also to reduce heat generation and noise of the power system and significantly reduce the failure rate.
도 1은 종래기술에 따른 유압 드릴링장치의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추굴착기의 에너지 절감장치의 구성도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시추굴착기의 에너지 절감과정의 흐름도이고,
도 4는 천공깊이 또는 로드순서에 따른 목표천공속도의 설정을 설명하기 위한 도표이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 천공깊이 또는 사용할 로드 순서에 따른 에너지 소모량과 종래기술에 따른 에너지 소모량을 비교한 도표이다.1 is a block diagram of a conventional hydraulic drilling apparatus,
2 is a configuration diagram of an energy saving device of a drilling rig according to an embodiment of the present invention,
3 is a flowchart of an energy saving process of a drilling rig according to an embodiment of the present invention,
4 is a diagram for explaining the setting of the target piercing speed according to the piercing depth or load order,
FIG. 5 is a graph comparing energy consumption according to the drilling depth or the load order to be used according to the embodiment of the present invention and energy consumption according to the prior art.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 또한, 종래기술과 동일한 구성은 동일 도면부호를 부여하고, 상세한 설명은 종래기술을 참고한다.The present invention will become more apparent by describing in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. The same components as those in the conventional art are denoted by the same reference numerals, and a detailed description is made with reference to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시추굴착기의 에너지 절감장치의 구성도로서, 암반천공을 위한 메인 동력을 공급하는 엔진부(10)와, 상기 엔진부(10)의 메인 동력을 공급받아 유압을 발생하는 유압펌프(20)와, 유압펌프(20)의 유압을 동력원으로 드릴비트의 타격, 피드 및 회전력을 발생시켜 액추에이터(22)를 구동하는 유압밸브(21)와, 상기 엔진부(10)의 메인 동력을 공급받아 공압을 발생하는 에어 컴프레서(40)와, 상기 에어 컴프레서(40)로부터 공급된 공압에 의해 에어 플러싱을 제어하여 튜브 및 액츄에이터(42)를 구동하는 공압밸브(41)와, 착암시 암질상태에 따라 목표천공속도를 유지하도록 상기 엔진부(10), 유압장치(20~22) 및 공압장치(40~42)를 제어하고, 상기 유압장치(20~22) 및 공압장치(40~42)로부터 각각 부하량을 측정하고, 측정된 부하량에 따라 필요한 유량만큼 상기 유압장치(20~22)와 공압장치(40~42)를 비례 제어하고, 상기 유압장치(20~22) 및 공압장치(40~42)에서 필요한 부하량을 합산하여 필요한 동력만큼 상기 엔진부(10)를 제어하는 제어부(100)로 구성된다.FIG. 2 is a block diagram of an energy saving apparatus of a drilling rig according to an embodiment of the present invention. The apparatus includes an
여기서, 상기 제어부(100)는 암반 천공시 상기 유압밸브(21)의 유압 작동압과 상기 유압펌프(20)의 유압토출압을 측정하고, 상기 유압작동압과 유압토출압의 차압의 크기에 따라 부하량을 산출하고, 부하량에 비례하여 상기 유압펌프(20) 및 유압밸브(21)를 제어하는 유압 부분수요 동력제어부(110)와, 상기 에어 컴프레서(40)의 토출압과 공압밸브(41)의 작동압을 측정하고, 그 차압의 크기에 따라 부하량을 산출하고, 그 부하량에 따라 상기 에어 컴프레서(40) 및 에어밸브(41)를 제어하는 공압 부분수요 동력제어부(120)와, 상기 유압 부분수요 동력제어부(110) 및 공압 부분수요 동력제어부(120)의 각 부하량을 합산하여 그에 비례하여 상기 엔진부(10)가 필요한 동력을 구동하는 통합수요 동력제어부(130)로 구성된다.The
여기서, 상기 제어부(100)는 본 발명을 구현하기 위한 제어 프로그램 및 데이터가 탑재된 메모리와 CPU를 포함하는 PLC 또는 PC로 구성된다.Here, the
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예를 첨부된 도 2 및 도 5를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to FIGS. 2 and 5. FIG.
먼저, 본 발명은 본 천공작업 전에 암질의 평균적인 상태를 측정하기 위하여 시험천공을 한다. 일정 시간 동안 유압 및 공압장치를 제어하여 타격장치에 설정된 다음 표 1 및 표 2에 도시된 바와 같이 타격(Percussion), 피드(Feed Pressure), 회전(Rotation Pressure), 플러싱(Flushing Flow)의 각 표준값(Reference Value)으로 동력을 인가한다.First, the present invention perforates a test hole to measure the average state of the rock quality before the drilling operation. The hydraulic pressure and the pneumatic pressure are controlled for a predetermined period of time and the standard values of the percussion, the feed pressure, the rotation pressure, and the flushing flow, as shown in the following Tables 1 and 2, (Reference Value).
시험천공 시간은 암질의 평균적인 상태를 판별하기 위한 적합한 시간을 설정하되, 짧을수록 좋으나 판별력의 정확도를 높이려면 어느 정도 이상의 시간으로 하면 좋을지 실험을 통해 결정한다. 바람직하기로는 약 5분 내외로 결정된다.The test puncture time is set by setting the appropriate time for determining the average condition of the rocky rock, but it is better if it is shorter, but it should be determined by experiment to decide how much time should be set to increase the accuracy of the discriminant force. Preferably about 5 minutes or less.
상기 설정된 시험천공 시간 동안 타격(Percussion), 피드(Feed Pressure), 회전(Rotation Pressure), 플러싱(Flushing Flow) 동력의 평균값을 측정하고, 다음 표 1과 같이 각 요소별로 연산한다.Feed pressure, rotation pressure, and flushing flow power during the set test puncture time are measured and calculated for each element as shown in Table 1 below.
여기서, 상기 Reference Value는 시험천공시 각 요소별로 제어하여 인가할 기준값으로, 이 값으로 천공작업시 암질의 상태에 따라 다른 비율로 변화될 수 있도록 각 요소별로 결정한다. 'Gain'은 암질의 상태를 판별하는데 있어서, 그 중요도에 따라 각 요소별로 다른 비율을 정한다.Here, the reference value is a reference value to be controlled for each element at the time of test puncturing, and is determined for each element so that it can be changed at a different rate depending on the condition of the rocky state during the drilling work. 'Gain' determines the ratio of each factor according to its significance in determining the quality of the rock.
다음 표 2는 실제 목표천공속도의 연산의 실시예를 보인 도표이다.Table 2 below shows an example of calculation of actual target perforation speed.
상기 표 1, 표 2에 도시한 바와 같이 산출된 각 요소들의 연산과정을 통해 획득된 암질의 요소별 레벨"A1,B1,C1,D1"을 설정하고, 그 합계인 "T1"을 다음 수학식 1을 통해 사용할 로드 및 비트의 크기에 따른 보정값을 승산하여 "T2"를 산출한다. A1, B1, C1, and D1 "of the rock quality obtained through the calculation process of each calculated element as shown in Tables 1 and 2 are set, and the total" T1 " Quot; T2 "by multiplying the correction value according to the size of the load and the bit to be used through " 1 ".
상기 수학식 1에서 로드 크기(Rod Size) 및 비트 크기(Bit Size)에 따른 보정값은 다음 표 3, 표 4에 표시된 보정값(Compensation Value)을 이용한다.The correction values according to the rod size and the bit size in Equation (1) use the compensation values shown in the following Tables 3 and 4.
이와 같이 시험천공과정을 통해 산출된 "T2"값이 어느 스코프(Scope)에 해당 되는지에 따라 암질상태(Soft, Medium, Standard, Hard)를 판단하고, 그에 따른 목표천공속도(Target penetration Speed)를 설정한다. (Soft, Medium, Standard, Hard) is determined according to which scope the value of "T2 " calculated through the test drilling process corresponds to, and the target penetration speed Setting.
여기서, 암질상태를 일 실시예로 4개 단계로 분류하였지만, 필요에 따라 4개 단계 이상으로 보다 세부적으로 분류할 수 있다.Here, although the rocky state is classified into four stages according to an embodiment, it can be further classified into four or more stages as necessary.
상기 표 5에 도시된 바와 같이 암질의 등급에 따라 목표천공속도를 결정하되, 천공할 홀이 깊어 목표천공속도를 추적하는데 있어 그 범위를 초과하여 한계치에 도달하면 목표천공속도를 한 단계 낮춰 범위를 다시 연장한다.As shown in Table 5, the target drilling speed is determined according to the grade of the rock, and when the drilling hole is deeper and the target drilling speed is over the range, the target drilling speed is lowered by one step Extend again.
상기 목표천공속도가 설정되면, 실제로 천공과정을 수행하는데, 목표천공속도를 달성하기 위하여 다음 표 6에 도시된 바와 같이, 암질상태에 따라 설정된 목표천공속도를 달성하기 위하여 타격(Percussion), 피드(Feed Pressure), 회전(Rotation Pressure), 플러싱(Flushing Flow) 값으로 유압장치(20~22) 및 공압장치(40~42)를 구동시켜 천공작업을 시작한다. When the target piercing speed is set, actual piercing is performed. In order to achieve the target piercing speed, as shown in the following Table 6, percussion, feed The drilling operation is started by driving the
이와 같이 천공과정이 시작됨에 따라 실시간으로 실제 천공속도를 측정하여 목표천공속도와의 차이를 산출하고, 실제 천공속도가 목표천공속도보다 작을 때 상기 유압 및 공압장치의 각 타격, 피드, 회전, 플러싱 값을 상향조정하고, 목표천공속도보다 클 때는 각 타격, 피드, 회전 및 플러싱 값을 하향 조정되도록 제어한다.When the actual perforation speed is smaller than the target perforation speed, the actual perforation speed is measured in real time as the perforation process is started. When the actual perforation speed is smaller than the target perforation speed, And when the target puncture speed is higher than the target puncture speed, control is performed so as to downwardly adjust each hit, feed, rotation, and flushing value.
여기서, 단위의 천공속도를 상향 또는 하향 값으로 보상할 단위 타격, 피드, 회전 및 플러싱 값은 실험을 통해 설정된다. 이 값 또한 상기 표 3 및 표 4에 도시된 바와 같이 로드 및 비트의 크기에 따른 보정값을 승산하여 산출한다.Here, the unit striking, feed, rotation, and flushing values for compensating the perforation speed of the unit by the upward or downward value are set through experiments. This value is also calculated by multiplying the correction value according to the load and the bit size as shown in Tables 3 and 4 above.
예를 들어, 단위 천공속도를 1m/h로 결정하고, 이것의 실험결과로 단위 타격, 피드, 회전, 플러싱 값으로 "1.4, 1, 1, -0.6"으로 결정했다면, 다음 수학식 2에서와 같이 해당 로드와 비트 크기에 따라 상기 표 3, 및 표 3의 보정값을 승산하여 결정한다.For example, if the unit perforation speed is determined to be 1 m / h and the result of this experiment is determined to be "1.4, 1, 1, -0.6" as the unit striking, feed, As well as multiplying the correction values in Table 3 and Table 3 by the load and the bit size.
도 4는 로드크기 또는 천공 깊이에 따른 목표천공속도를 설정을 설명하기 위한 도표로, 로드수 또는 천공깊이가 클수록 목표천공속도를 단계적으로 하향 조정하도록 하므로, 에너지 효율을 높일 수 있게 된다. FIG. 4 is a diagram for explaining setting of the target piercing speed according to the rod size or the piercing depth. As the number of the rods or the piercing depth is larger, the target piercing speed is adjusted stepwise downwardly.
도 5는 로드 크기 또는 천공 깊이에 따른 에너지 소모량을 종래기술과 비교한 도표로서, 본 발명을 적용하지 않은 종래기술의 에너지 소모량(Power Consumption)은 로드 또는 천공깊이에 상관없이 천공하는데, 소요되는 에너지가 일정하게 소모(Conventional)되나, 본 발명은 로드 크기 또는 천공깊이에 따라 소모되는 에너지를 단계적(1,2,3,…,6)으로 증가시킴으로(Expectance), 최초 천공시작부터 일정구간까지 불필요한 에너지를 절감할 수 있게 된다.FIG. 5 is a chart comparing the energy consumption according to the rod size or the piercing depth with the prior art. The energy consumption of the prior art without applying the present invention is drilled regardless of the depth of the rod or the pore, However, the present invention increases the energy consumed according to the rod size or the depth of the piercing step by step (1, 2, 3, ..., 6) Energy can be saved.
즉, 상기 수학식 2는 단위 천공속도를 내기 위한 단위 타격, 피드, 회전, 플러싱 값(S1)이고, S2는 S1의 각 요소에 대한 로드 및 비트 크기를 보상하여 산출된 값이다.That is, Equation (2) is a unit striking, feed, rotation, and flushing value S1 for achieving the unit puncturing speed, and S2 is a value calculated by compensating the load and bit size for each element of S1.
이와 같이 각 값(S2)를 보상함으로써 천공할 때, 로드크기가 달라지거나 비트크기가 달라질 경우에도 동일한 방법을 적용할 수 있고 정밀도를 높일 수 있게 된다.The same method can be applied and the accuracy can be increased when the size of the rod is changed or the bit size is changed when puncturing by compensating each value S2 as described above.
결국 모든 유압장치 및 공압장치의 제어는 천공속도의 함수로 변환되어 조절된다.As a result, the control of all hydraulic and pneumatic devices is converted and regulated as a function of puncture speed.
한편, 제어부(100)는 천공과정에서 유압계통(Hydraulic System)과 공압계통(Air Flushing System)은 에너지의 최종 소비체인 유압밸브(21) 및 공압밸브(41)단에서 상기 각 유압펌프(20) 및 에어 컴프레서(40)의 토출압대비 작동압의 강하율을 실시간으로 측정하여 이에 비례하는 현재 부하량을 산출하고, 상기 유압펌프(20)와 에어 컴프레서(40)의 사판(Swash Plate)을 제어하여 유압과 공압에 필요한 유량만큼만 공급하도록 한다. In the meantime, the
즉, 상기 제어부(100)는 상기 천공과정에서 측정된 부하량에 따라 필요한 유량만큼 상기 유압장치와 공압장치를 비례 제어하고, 상기 유압장치 및 공압장치에서 필요한 부하량을 합산하여 필요한 동력만큼 상기 엔진부(10)를 제어하게 되는데, 상기 제어부(100)에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.That is, the
상기 유압 부분 수요동력 제어부(110)는 암반 천공시 상기 유압밸브(21)의 유압 작동압과 상기 유압펌프(20)의 유압토출압을 측정하고, 상기 유압 작동압과 유압 토출압의 차압의 크기에 따라 부하량을 산출하고, 부하량에 비례하여 상기 유압펌프(20) 및 유압밸브(21)를 제어하게 된다.The hydraulic part demand
상기 공압 부분수요 동력제어부(120)는 상기 에어 컴프레서(40)의 토출압과 공압밸브(42)의 작동압을 측정하고, 그 차압의 크기에 따라 부하량을 산출하고, 그 부하량에 따라 상기 에어 컴프레서(40) 및 공압밸브(41)를 제어한다.The pneumatic part demand
예를 들면, 일반적으로 밸브가 제어될 때 스풀이 움직임으로써, 작동압이 발생하고, 이 작동압은 유압펌프(20)와 에어컴프레서(40)의 토출압과의 차압으로 나타난다. 이때 이 차압의 크기는 작동에 필요한 유량과 비례하고, 이것은 곧 제어 회로에 걸리는 부하량이라고 할 수 있다. For example, in general, when the valve is controlled, the operating pressure is generated by moving the spool, and this operating pressure appears as a pressure difference between the
결국 차압의 크기에 따라 유압펌프(20)와 에어 컴프레서(40)의 사판을 제어하면 부하가 필요로 유량만큼만 비례 제어할 수 있으며, 또한 차압의 크기에 비례하는 부하량을 계산하여 이 값을 제어부(100)에서 통합 관리를 하게 된다.As a result, by controlling the swash plate of the
상기 통합 수요동력 제어부(130)는 상기 유압 부분수요 동력제어부(110) 및 공압 부분수요 동력제어부(120)의 각 부하량을 합산하여 그에 비례하여 상기 엔진부(10)를 구동하되, 상기 유압펌프(20) 및 에어 컴프레서(40)의 전체 수요 동력 만큼만 공급되도록 상기 엔진부(10)를 구동 제어한다. The integrated demand
이와 같이, 상기 유압 부분수요 동력제어부(110), 공압 부분수요 동력제어부(120)를 통해 유압 및 공압 계통별로 부하량에 따라 부분 제어하고, 상기 통합수요 동력제어부(120)를 통해 상기 유압 및 공압 부분수요 동력제어부(110)(120)의 부분 수요량에 따라 상기 엔진부(10)를 통합 관리하여 전체 수요 동력만큼만 공급하도록 하므로 효율적인 에너지 관리가 가능함에 따라 불필요한 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 동력계통의 발열과 소음을 줄이고, 고장율을 현저히 줄일 수 있게 된다.In this manner, the hydraulic pressure is partially controlled according to the load amount by the hydraulic pressure demand
이상과 같이, 본 발명에 따른 시추굴착기의 에너지 절감장치 및 방법은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이 실시예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.As described above, the energy saving apparatus and method of the drilling rig according to the present invention have been described with reference to the limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to these embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
10 : 엔진부 20 : 유압펌프
21 : 유압밸브 22 : 액추에이터
40 : 에어 컴프레서 41 : 공압밸브
42 : 튜브/액추에이터
100 : 제어부 110 : 유압 부분수요 동력제어부
120 : 공압 부분수요 동력제어부 130 : 통합수요 동력제어부10: engine part 20: hydraulic pump
21: Hydraulic valve 22: Actuator
40: Air compressor 41: Pneumatic valve
42: tube / actuator
100: control unit 110: hydraulic pressure demand power control unit
120: Pneumatic part demand power control part 130: Integrated demand power control part
Claims (9)
상기 제어부에 의하여 일정시간 엔진부, 유압 및 공압장치를 구동시켜 설정된 표준 동력으로 암반을 천공하고, 그 결과에 따라 암질의 등급을 판단하는 시험천공과정;
상기 시험천공과정을 통해 판단된 암질의 등급에 따라 목표천공속도를 설정하는 천공계획과정; 및
상기 목표천공속도를 유지하기 위해 실시간으로 실제 천공속도의 변동에 따라 보정값을 산출하고, 상기 보정값 만큼 상기 엔진부, 유압장치 및 공압장치를 제어하여 천공속도를 보상하는 천공과정;을 포함하되,
상기 제어부는 상기 천공과정에서 측정된 부하량에 따라 필요한 유량만큼 상기 유압장치와 공압장치를 비례 제어하고, 상기 유압장치 및 공압장치에서 필요한 부하량을 합산하여 필요한 동력만큼 상기 엔진부를 제어하되,
상기 천공과정은 상기 제어부의 유압 부분수요 동력제어부에 의하여 유압밸브의 유압작동압과 유압펌프의 유압토출압을 측정하고, 상기 유압작동압과 유압토출압의 차압의 크기에 따라 유압 부하량을 산출하고, 상기 제어부의 공압 부분수요 동력제어부에 의하여 상기 에어 컴프레서의 토출압과 공압밸브의 작동압을 측정하고, 그 차압의 크기에 따라 공압 부하량을 산출하는 21단계;
상기 유압부하량에 비례하여 유량을 공급하도록 상기 유압펌프 및 유압밸브를 제어하며, 상기 공압 부하량에 따라 상기 에어 컴프레서 및 공압밸브를 제어하는 22단계; 및
상기 21단계 및 22단계에서 상기 유압 부분수요 동력제어부 및 공압 부분수요 동력제어부의 각 부하량을 통합 수요동력 제어부에서 합산하여 그에 비례하여 상기 엔진부가 필요한 메인 동력을 구동하도록 제어하는 23단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 시추굴착기의 에너지 절감방법.A hydraulic device including a hydraulic pump and a hydraulic valve for drilling a rock, an air compressor including an air compressor and a pneumatic valve, and an engine for supplying the main power to the hydraulic pump and the pneumatic pump are controlled through a controller In an energy saving method of a drilling rig,
A test drilling process for drilling a rock by a standard power set by driving the engine unit, the hydraulic pressure and the pneumatic device by the control unit for a predetermined time, and determining the grade of the rock quality according to the result;
A puncture planning process for setting a target puncturing speed according to a grade of a rock material determined through the test puncturing process; And
Calculating a correction value according to a variation of an actual puncturing speed in real time to maintain the target puncturing speed, and controlling the engine, the hydraulic device, and the pneumatic device by the correction value to compensate the puncture speed ,
Wherein the controller controls the hydraulic unit and the pneumatic device proportionally by a required flow amount according to the load measured in the boring process, and adds the necessary load amounts in the hydraulic device and the pneumatic device,
The boring process includes measuring the hydraulic pressure of the hydraulic valve and the hydraulic pressure discharge pressure of the hydraulic pump by the hydraulic power demand control unit of the control unit and calculating the hydraulic pressure load according to the magnitude of the differential pressure between the hydraulic pressure and the hydraulic pressure 21) measuring the discharge pressure of the air compressor and the operating pressure of the pneumatic valve by the pneumatic part demand power control unit of the control unit and calculating the pneumatic load according to the magnitude of the differential pressure;
Controlling the hydraulic pump and the hydraulic valve so as to supply the flow rate in proportion to the hydraulic load, and controlling the air compressor and the pneumatic valve according to the pneumatic load; And
In the steps 21 and 22, the respective loads of the hydraulic part demand power control part and the pneumatic part demand power control part are summed up by the integrated demand power control part and the main power is controlled so as to drive the main power required for the engine part in proportion thereto Wherein the drilling rig is installed in the excavator.
상기 시험천공과정은 설정된 표준값의 타격, 피드, 회전 및 플러싱의 동력을 인가하여 설정된 시험천공시간 동안 천공하는 단계;
상기 시험천공시간 동안 타격, 피드, 회전 및 플러싱 동력의 평균값을 측정하여, 암질의 등급을 판단하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 시추굴착기의 에너지 절감방법.The method according to claim 1,
The test puncturing step may include puncturing the punctured test puncture time by applying a predetermined standard value of the power of blow, feed, rotation, and flushing.
And measuring an average value of the hitting, feeding, rotating, and flushing power during the test drilling time to determine the grade of the rock quality.
상기 단계는 상기 각 타격, 피드, 회전 및 플러싱 동력의 평균값을 합산한 후 천공시 사용할 로드 및 비트의 크기에 따른 보정값을 승산한 결과값에 따라 암질의 등급을 판단하는 것을 특징으로 하는 시추굴착기의 에너지 절감방법. 3. The method of claim 2,
The method of claim 1, wherein the step of summing the average values of the striking, feeding, rotating, and flushing powers determines the grade of the rock quality according to a result obtained by multiplying a correction value according to a size of a rod and a bit to be used in drilling, Of energy saving method.
상기 천공과정에서 산출된 상기 보정값이 보정 한계치를 초과하면 상기 천공계획과정에서 목표천공속도를 기 설정된 속도로 낮추어 설정하는 것을 특징으로 하는 시추굴착기의 에너지 절감방법.
The method according to claim 1,
Wherein the target drilling speed is set to a predetermined speed in the drilling plan process when the correction value calculated in the drilling process exceeds a correction limit value.
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