一种冲击钻机人机交互式控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种冲击钻机人机交互式控制系统，由冲击钻机、传动系统、液压控制系统以及电气控制系统构成，可以随时改变冲击钻机的冲次和冲击高度，以保证冲击钻机在工作过程中无须停机调整；本发明专利技术冲击钻机人机交互式控制系统将冲击钻机与电气系统结合，便可以实现冲击高度和冲次的不停机调节，且结构简单、使用方便，能够保障操作安全性并显著提高冲击钻机工作的效率；从而提高冲击钻机的工作效率并降低工人的劳动程度。

A man machine interactive control system for percussion drilling machine

【技术实现步骤摘要】
一种冲击钻机人机交互式控制系统
本专利技术属于复杂机电产品系统控制
，具体涉及一种冲击钻机人机交互式控制系统。
技术介绍
随着我国工业地位的提高以及施工技术的逐渐发展，大型施工项目的数量与日俱增，在基础建设领域中，凿岩开采的工程量也变得越来越大，而冲击钻机作为其中不可缺少的施工设备，具有十分重要的地位和作用。现有的冲击钻机中，针对不同地形有不同的适用类型，到如今则发展出了液压式冲击钻机、钢绳冲击钻机、挖改冲击钻机等多种多样的类型，以适应不同地质、工况和要求的作业类型，从而提高工作效率以完善开采需要。其中，钢绳冲击钻机的结构简单、操作方便、效率较高。但是，在冲击钻机正逐渐往自动化控制方向发展的今天，对于冲击钻机冲次和冲击高度的调整及其在使用人机控制装置以提高工作效率等方面仍然有待进一步的发展和改进。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种冲击钻机人机交互式控制系统，可以随时改变冲击钻机的冲次和冲击高度，以保证冲击钻机在工作过程中无须停机调整；将冲击钻机与电气系统结合，从而提高冲击钻机的工作效率并降低工人的劳动程度。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种冲击钻机人工交互式控制系统，其特征在于：由冲击钻机、传动系统、液压控制系统以及电气控制系统构成；所述冲击钻机由钻具1、天轮3、底座9、固定于底座9上的塔架2、冲击机构4、卷扬机构7、电机座8、油箱10及液压缸11以及固定于电机座8上的直流发动机5和测速发电机6组成；所述液压缸11与塔架2的1/3处铰接，塔架2的一端与底座9铰接，另一端通过销轴与天轮3铰接；所述钻具1与钢丝绳的一端固定，钢丝绳的另一端穿过天轮3、冲击机构4中的压轮42和导向轮45进入卷扬机构7的卷筒05内；所述测速发电机6通过联轴器与直流发动机5相连；所述冲击机构4还包括二级减速机构41、缓冲机构43、冲击梁44和曲柄连杆机构47；其中，二级减速机构41通过曲柄连杆机构47与冲击梁44铰接，且二级减速机构41中的冲击齿轮411与曲柄连杆机构47同时固定在二级减速机构41的输出轴上，缓冲机构43通过摇臂432一端连接在冲击梁44的前端，另一端与压轮42铰接；所述传动系统由V带01组成，V带01的小带轮通过联轴器与直流发动机5相连，大带轮与二级减速机构41的输入轴相连；所述液压控制系统包括通过液压软管相连的三位四通电磁换向阀002、液压锁以及液压泵008；油箱10中的液压油经液压泵008流向系统，并通过三位四通换向阀002控制液压缸11的伸缩，进而控制塔架2的摆动；所述液压锁由液控单向阀Ⅰ003和液控单向阀Ⅱ004组成，用于控制三位四通电磁换向阀002中活塞的锁紧；所述电气控制系统包括单片机、与单片机相连的键盘、显示器、驱动电路以及测速模块，其中，键盘、显示器与操作面板电连接；所述单片机通过测速模块与测速发电机6相连，用于检测直流发动机5的转速并返回结果；所述单片机经驱动电路分别与卷扬电动机02和直流发动机5控制连接，所述电气控制系统包括单片机、与单片机相连的键盘、显示器、驱动电路以及测速模块，其中，键盘、显示器与操作面板相连；所述单片机通过测速模块与测速发电机6相连，用于检测直流发动机5的转速及反馈当前的冲次；所述单片机经PWM放大电路和驱动电路后与直流发动机5控制连接，并调整其转速；所述单片机经PWM放大电路和驱动电路后还与卷扬电动机02控制连接，驱动其正反转，进而控制卷扬机构7进行冲击高度的调整。本专利技术中直流电动机5产生的动力，经过V带01减速后传递给二级减速机构41控制转速并将动力传递到冲击齿轮411所在轴，驱动冲击齿轮411做顺时针或逆时针回转运动，通过曲柄连杆机构47中的曲柄带动与冲击梁44铰接端的摇杆，将冲击齿轮411的回转运动通过钢丝绳转变为钻具1的上下往复运动，将冲击钻进所需的力传递到岩层当中；同时卷扬电动机02产生的动力，经过制动器03和联轴器传入卷扬机变速箱04变速后传入卷筒05，实现卷扬机构7的正常工作。进一步地，所述液压缸11与固定在底座9上的支撑架铰接，所述卷扬机构7、冲击机构4和电机座8固定在底座9左侧，所述塔架2、油箱10和液压缸11固定在底座9右侧。进一步地，所述二级减速机构41由两对圆柱齿轮啮合组成。进一步地，所述冲击梁44的左下方设有用于支撑导向轮45的导向轮支架46，导向轮支架46固定在底座9上。进一步地，所述缓冲机构43主要由弹簧座431、弹簧支杆435、弹簧套筒436为架构组成；在缓冲机构43靠近压轮42的一侧，由两组弹簧组并联成为缓冲弹簧组，每组弹簧组均由设置在弹簧支杆435上的外缓冲弹簧433和内缓冲弹簧434串联而成；在缓冲机构43远离压轮42的一侧，外回力弹簧438和内回力弹簧437通过弹簧套筒436串联成回力弹簧组；回力弹簧组一侧为弹簧座431，另一侧装有预紧螺母。进一步地，所述卷扬机构7还包括制动器03和卷扬机变速箱04；所述卷扬电动机02和卷扬机变速箱04的一端通过联轴器相连，制动器03安装在卷扬电动机02和卷扬机变速箱04之间，卷筒05和卷扬机变速箱04的另一端相连。进一步地，所述液压控制系统还包括用于滤去油液中杂质的滤油器005和用于时刻对油压进行检测的压力表006。进一步地，所述测速模块经A/D转换器、D/A转换器与测速发电机6相连，测速模块还通过A/D转换器与单片机相连。进一步地，所述单片机经扩展芯片、D/A转换器、PWM功率放大器与卷扬电动机02和直流发动机5相连。进一步地，所述操作面板设有数字显示和电源指示键，能够在工作状态下显示当前钻机的冲次，并能够通过在键盘输入所需频率的大小来改变冲次大小；还可以通过操作面板上的按钮对冲击高度进行调整，以及控制塔架2的上升下降以及钻具1的提升和下落。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术结合电气控制系统，利用单片机传递和接收电信号来控制电机的动作，用户只需要在键盘输入想要达到的冲次，计算机便会将数据指令传递给单片机，当单片机接收到指令后会输出信号，该信号经过D/A转换将被转换为模拟信号，经过PWM放大电路和驱动电路进而调整直流电机的转速，并通过测速模块向控制面板反馈当前的冲次；此外，还可以通过操作面板上的按钮对冲击高度进行调整，其按键信号传递到单片机后能够改变其输出信号，实现卷扬电动机的正反转，进而控制卷扬机构带动钢丝绳实现冲击高度的调整。由此，便可以实现冲击高度和冲次的不停机调节，且结构简单、使用方便，能够保障操作安全性并显著提高冲击钻机工作的效率；2、针对本专利技术的工作情况设计出一套有效的电气控制系统，提高了冲击钻机冲次变换和冲击高度转换的可操作性；3、针对冲击钻机在工作过程中产生的振动和颠簸，设计了一个对冲击机构的的减震装置：缓冲机构43，通过缓冲机构43即可对冲击过程中钢绳的长度进行补偿，从而减轻钻具1在工作过程中对冲击机构的冲击，提高冲击机构的寿命；4、本专利技术全面的提高了冲击钻机的人机交互能力，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冲击钻机人工交互式控制系统，其特征在于：由冲击钻机、传动系统、液压控制系统以及电气控制系统构成；/n所述冲击钻机由钻具(1)、天轮(3)、底座(9)、固定于底座(9)上的塔架(2)、冲击机构(4)、卷扬机构(7)、电机座(8)、油箱(10)及液压缸(11)以及固定于电机座(8)上的直流发动机(5)和测速发电机(6)组成；所述液压缸(11)与塔架(2)的1/3处铰接，塔架(2)的一端与底座(9)铰接，另一端通过销轴与天轮(3)铰接；所述钻具(1)与钢丝绳的一端固定，钢丝绳的另一端穿过天轮(3)、冲击机构(4)中的压轮(42)和导向轮(45)进入卷扬机构(7)的卷筒(05)内；所述测速发电机(6)通过联轴器与直流发动机(5)相连；/n所述冲击机构(4)还包括二级减速机构(41)、缓冲机构(43)、冲击梁(44)和曲柄连杆机构(47)；其中，二级减速机构(41)通过曲柄连杆机构(47)与冲击梁(44)铰接，且二级减速机构(41)中的冲击齿轮(411)与曲柄连杆机构(47)同时固定在二级减速机构(41)的输出轴上，缓冲机构(43)通过摇臂(432)一端连接在冲击梁(44)的前端，另一端与压轮(42)铰接；/n所述传动系统由V带(01)组成，V带(01)的小带轮通过联轴器与直流发动机(5)相连，大带轮与二级减速机构(41)的输入轴相连；/n所述液压控制系统包括通过液压软管相连的三位四通电磁换向阀(002)、液压锁以及液压泵(008)；油箱(10)中的液压油经液压泵(008)流向系统，并通过三位四通换向阀(002)控制液压缸(11)的伸缩，进而控制塔架(2)的摆动；所述液压锁由液控单向阀Ⅰ(003)和液控单向阀Ⅱ(004)组成，用于控制三位四通电磁换向阀(002)中活塞的锁紧；/n所述电气控制系统包括单片机、与单片机相连的键盘、显示器、驱动电路以及测速模块，其中，键盘、显示器与操作面板电连接；所述单片机通过测速模块与测速发电机(6)相连，用于检测直流发动机(5)的转速及反馈当前的冲次；所述单片机经PWM放大电路和驱动电路后与直流发动机(5)控制连接，并调整其转速；所述单片机经PWM放大电路和驱动电路后还与卷扬电动机(02)控制连接，驱动其正反转，进而控制卷扬机构(7)进行冲击高度的调整。/n...

【技术特征摘要】
1.一种冲击钻机人工交互式控制系统，其特征在于：由冲击钻机、传动系统、液压控制系统以及电气控制系统构成；
所述冲击钻机由钻具(1)、天轮(3)、底座(9)、固定于底座(9)上的塔架(2)、冲击机构(4)、卷扬机构(7)、电机座(8)、油箱(10)及液压缸(11)以及固定于电机座(8)上的直流发动机(5)和测速发电机(6)组成；所述液压缸(11)与塔架(2)的1/3处铰接，塔架(2)的一端与底座(9)铰接，另一端通过销轴与天轮(3)铰接；所述钻具(1)与钢丝绳的一端固定，钢丝绳的另一端穿过天轮(3)、冲击机构(4)中的压轮(42)和导向轮(45)进入卷扬机构(7)的卷筒(05)内；所述测速发电机(6)通过联轴器与直流发动机(5)相连；
所述冲击机构(4)还包括二级减速机构(41)、缓冲机构(43)、冲击梁(44)和曲柄连杆机构(47)；其中，二级减速机构(41)通过曲柄连杆机构(47)与冲击梁(44)铰接，且二级减速机构(41)中的冲击齿轮(411)与曲柄连杆机构(47)同时固定在二级减速机构(41)的输出轴上，缓冲机构(43)通过摇臂(432)一端连接在冲击梁(44)的前端，另一端与压轮(42)铰接；
所述传动系统由V带(01)组成，V带(01)的小带轮通过联轴器与直流发动机(5)相连，大带轮与二级减速机构(41)的输入轴相连；
所述液压控制系统包括通过液压软管相连的三位四通电磁换向阀(002)、液压锁以及液压泵(008)；油箱(10)中的液压油经液压泵(008)流向系统，并通过三位四通换向阀(002)控制液压缸(11)的伸缩，进而控制塔架(2)的摆动；所述液压锁由液控单向阀Ⅰ(003)和液控单向阀Ⅱ(004)组成，用于控制三位四通电磁换向阀(002)中活塞的锁紧；
所述电气控制系统包括单片机、与单片机相连的键盘、显示器、驱动电路以及测速模块，其中，键盘、显示器与操作面板电连接；所述单片机通过测速模块与测速发电机(6)相连，用于检测直流发动机(5)的转速及反馈当前的冲次；所述单片机经PWM放大电路和驱动电路后与直流发动机(5)控制连接，并调整其转速；所述单片机经PWM放大电路和驱动电路后还与卷扬电动机(02)控制连接，驱动其正反转，进而控制卷扬机构(7)进行冲击高度的调整。


2.根据权利要求1所述的一种冲击钻机人工交互式控制系统，其特征在于：所述液压缸(11)与固定在底座(9)上的支撑架铰接，所述卷扬机构(7)、冲击机构(4)和电机座(8)固定在底座(9)左侧，所述塔架(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚宗伟，张震之，杨宏飞，丁卓，黄秋萍，王震，胡际勇，赵全晓，马永新，王永，戴红灿，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22