一种锚杆钻机推进回转系统及其协同自适应控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种锚杆钻机推进回转系统及其协同自适应控制方法，以提高锚护速度和钻孔质量，首先，为抑制钻机系统非线性，增强钻进过程鲁棒性，对推进系统和回转系统单回路实施自抗扰控制。其次，给出一种基于钻机随钻信息的岩石硬度系数获取方法。最后，采用复合控制方式，根据预估的岩石硬度系数，确定钻机当次钻进的最优推进力和最优旋转速度，进而实现锚杆回转与推进系统的协同动作；在预估围岩硬度系数与实际值存在差异时，根据回转压力的低频滤波值，自适应调整最优推进力，增强锚杆钻机的自适应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种锚杆钻机推进回转系统及其协同自适应控制方法
本专利技术涉及一种锚杆钻机推进回转系统及其协同自适应控制方法，属于工程机械自动控制

技术介绍
锚杆钻机是岩土锚固工程施工中的关键设备之一，其设备性能直接决定了整个工程的进度和质量。锚杆钻机主要由两部分组成，包括推进系统与回转系统。其中，推进系统通过施加推进力，使钻头与孔底岩石接触紧密，再通过回转系统产生旋转转矩，切割岩石，二者共同作用，可以达到有效破碎岩石的目的。由此可以看出，推进系统与回转系统的性能共同决定了锚杆钻机的钻孔质量和钻进效率。因此，本专利通过锚杆钻机推进系统与回转系统的协同控制，达到提高锚固速度与锚固质量的目的。目前，锚杆钻机的控制主要是依赖于通过工作人员经验，通过人工手动调节钻机推进力和回转速度。但是，由于缺乏对钻进围岩性状的了解，容易导致钻孔质量差，甚至出现别杆、断杆等故障。因此，迫切需要根据钻进过程采集的各类信息，估计钻进围岩性状，通过自适应协调控制锚杆钻机推进力和回转速度，实现锚杆钻机的自动化控制。针对锚杆钻机推进和回转系统的控制，文献(ZhijianHU,PengS,GengL.ModelAnalysi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锚杆钻机推进回转系统，其特征是，包括三相异步电机、双联齿轮定量泵、推进系统和回转系统；所述三相异步电机以额定转速带动双联齿轮泵旋转，泵出高压油一路供给推进系统，另一路供给回转系统；所述双联齿轮泵与推进系统和回转系统之间均设置有高压滤油器；所述回转系统包括三位四通电液比例阀和双向液压马达；所述回转系统的高压油经过三位四通电液比例阀，驱动双向液压马达旋转，进而带动钻杆旋转，通过调节三位四通电液比例阀的开度控制进入双向液压马达的油液流量，进而控制钻杆转速；所述双向液压马达的两端均连接在三位四通电液比例阀上；所述双向液压马达还连接有回转负载；所述推进系统依次包括比例溢流阀、电磁方向阀、液压油缸...

【技术特征摘要】
1.一种锚杆钻机推进回转系统，其特征是，包括三相异步电机、双联齿轮定量泵、推进系统和回转系统；所述三相异步电机以额定转速带动双联齿轮泵旋转，泵出高压油一路供给推进系统，另一路供给回转系统；所述双联齿轮泵与推进系统和回转系统之间均设置有高压滤油器；所述回转系统包括三位四通电液比例阀和双向液压马达；所述回转系统的高压油经过三位四通电液比例阀，驱动双向液压马达旋转，进而带动钻杆旋转，通过调节三位四通电液比例阀的开度控制进入双向液压马达的油液流量，进而控制钻杆转速；所述双向液压马达的两端均连接在三位四通电液比例阀上；所述双向液压马达还连接有回转负载；所述推进系统依次包括比例溢流阀、电磁方向阀、液压油缸和推进负载，驱动油缸动作，使钻杆产生轴向推进力；所述推进系统通过调节比例溢流阀的阀开度，控制推进力大小；所述三位四通电液比例阀和电磁方向阀上均连接有冷却器；所述冷却器的另一端连接油箱。2.一种基于权利要求1所述的锚杆钻机推进回转系统的协同自适应控制方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1)根据锚杆钻机系统，建立钻机回转系统数学模型；步骤2)根据锚杆钻机系统，建立钻机推进系统数学模型，将比例溢流阀控液压缸力伺服系统简化为二阶系统；步骤3)利用钻机随钻信息获取岩石硬度系数；步骤4)根据预估的岩石硬度系数，设定钻机当次钻进的最优推进力和最优旋转速度；步骤5)融合同等和主从结构的复合方式，设计锚杆钻机推进回转协同控制结构；步骤6)针对锚杆钻机系统存在的非线性、参数时变性和多干扰特性，且基于步骤1)和步骤2)构建的系统数学模型，分别设计锚杆钻机推进与回转系统的自抗扰控制器；步骤7)基于Matlab和AMESim的联合仿真平台，验证所提钻机推进回转协同控制方法的有效性和合理性。3.根据权利要求2所述的一种锚杆钻机推进回转协同自适应控制方法，其特征是，所述步骤1)的具体内容为：11)记三位四通电液比例阀输入电流为iv，输出阀芯位移为xv，电流/位移转换系数为kv，油液密度为ρ，回转系统供油压力为PS、负载压力为PL，阀流量系数为Cd、面积梯度为Wv，阀口流量为Qv，建立电液比例阀的数学模型为：xv＝kviv，记Kq为阀流量增益，Kc为阀流量—压力系数；对上述非线性阀口流量关系进行线性化处理，简化为：Qv＝Kqxv-KcPL；12)记液压马达转角为θm、排量为Dm、进油腔压力为Pm1、回油腔压力为Pm2、总泄露系数为Ctm，马达两腔及连接管道的总压缩容积为Vt，油液有效弹性模量为βe，液压马达的数学模型为：13)记马达轴等效总惯量为Jt、粘滞阻尼系数为Bm，负载转矩为ML，钻机回转系统的负载特性模型为：14)忽略马达外泄漏量条件下，QL＝Qv；记总的流量压力系数为Kce＝Kc+Ctm，拉普拉斯算子为s，整合得到钻机回转系统的数学模型为：4.根据权利要求2所述的一种锚杆钻机推进回转协同自适应控制方法，其特征是，所述步骤3)的具体内容为：31)根据锚杆钻机推进系统检测获得的推进力F和钻速v，以及回转系统的旋转速度n和旋转转矩T，计算得出岩石破碎比功其中，钻孔横截面积为A，钻机单位时间有效破岩消耗功率为P，钻孔体积为V；32)考虑到岩石破碎比功与岩石硬度系数成正比，根据检测得到的钻机在上一钻进过程中的推进力F(k-1)、推进位移x(k-1)、转速n(k-1)和转矩信息T(k-1)，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭一楠，程伟，陆希望，巩敦卫，程健，杨欢，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32