一种用于工程钻机的自动控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于工程钻机的自动控制系统及方法，涉及机械控制技术领域，该方法包括：扫描单元，用于检测地面地质结构，并获取预设深度内的地面平均硬度K；检测单元，用于实时检测钻头的质量m，以及钻头冲击地面后进入地面的深度d；控制单元，用于根据地面平均硬度K、钻头的质量m以及进入地面的深度d控制钻头从地面的孔底被拉起并直至钻头停止运动时的提升高度。本发明专利技术通过自动化控制技术，根据实际工作环境中的地面硬度以及钻头的每次贯入量对钻头的提升高度进行动态化调整，有效地提高了钻机的工作效率。了钻机的工作效率。了钻机的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于工程钻机的自动控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及机械控制
，特别是涉及一种用于工程钻机的自动控制系统及方法。

技术介绍

[0002]冲击反循环钻机作为一种工程施工钻机，应用变得越来越广泛，该钻机将传统的冲击无循环钻进工艺改成先进的冲击反循环钻进工艺，克服了无循环钻进造成的孔底重复破碎的问题，使钻机的工作效率提高数倍之多，同时还保留了冲击钻机适用性强的特点，可在多种复杂地层中钻进，也具备结构简单、性能可靠、操作维修方便等优点。
[0003]然而现有技术中，对于反循环冲击钻机的实际工作过程中，都是基于钻头以固定的高度实现多次冲击地面，并不能根据具体的地面环境结构进行自动化冲击调整，就会降低钻机的工作效率，并且，持续使用钻头进行高频率的冲击也会增加磨损，提高维护保养的费用，因此，如何提供一种用于工程钻机的自动控制系统及方法是本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于工程钻机的自动控制系统及方法，本专利技术通过自动化控制技术，根据实际工作环境中的地面硬度以及钻头的每次贯入量对钻头的提升高度进行动态化调整，有效地提高了钻机的工作效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种用于工程钻机的自动控制系统，应用于液压型反循环冲击钻机中，包括：
[0007]扫描单元，用于检测地面地质结构，并获取预设深度内的地面平均硬度K；
[0008]检测单元，用于实时检测钻头的质量m，以及所述钻头冲击地面后进入所述地面的深度d；
[0009]控制单元，用于根据所述地面平均硬度K、所述钻头的质量m以及进入所述地面的深度d控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述控制单元内设定有预设地面平均硬度矩阵T0和预设钻头提升高度矩阵A，对于所述预设钻头提升高度矩阵A，设定A(A1,A2,A3,A4)，其中A1为第一预设钻头提升高度，A2为第二预设钻头提升高度，A3为第三预设钻头提升高度，A4为第四预设钻头提升高度，且A1＜A2＜A3＜A4；
[0011]对于所述预设地面平均硬度矩阵T0，设定T0(T01,T02,T03,T04),其中，T01为第一预设地面平均硬度，T02为第二预设地面平均硬度，T03为第三预设地面平均硬度，T04为第四预设地面平均硬度，且T01＜T02＜T03＜T04；
[0012]所述控制单元还用于根据K与所述预设地面平均硬度矩阵T0之间的关系选定相应的钻头提升高度作为控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度；
[0013]当K＜T01时，选定所述第一预设钻头提升高度A1作为控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度；
[0014]当T01≤K＜T02，选定所述第二预设钻头提升高度A2作为控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度；
[0015]当T02≤K＜T03，选定所述第三预设钻头提升高度A3作为控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度；
[0016]当T03≤K＜T04，选定所述第四预设钻头提升高度A4作为控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度。
[0017]在本申请的一些实施例中，所述控制单元内还设定有预设钻头质量矩阵R0和预设钻头提升高度修正系数矩阵B，对于所述预设钻头提升高度修正系数矩阵B，设定B(B1,B2,B3,B4)，其中B1为第一预设钻头提升高度修正系数，B2为第二预设钻头提升高度修正系数，B3为第三预设钻头提升高度修正系数，B4为第四预设钻头提升高度修正系数，且1＜B1＜B2＜B3＜B4＜1.2；
[0018]对于所述预设钻头质量矩阵R0，设定R0(R01,R02,R03,R04),其中，R01为第一预设钻头质量，R02为第二预设钻头质量，R03为第三预设钻头质量，R04为第四预设钻头质量，且R01＜R02＜R03＜R04；
[0019]所述控制单元还用于根据m与所述预设钻头质量矩阵R0之间的关系选定相应的钻头提升高度修正系数以对各预设钻头提升高度进行修正；
[0020]当m＜R01时，选定所述第四预设钻头提升高度修正系数B4对所述第一预设钻头提升高度A1进行修正，修正后的钻头提升高度为；
[0021]当R01≤m＜R02，选定所述第三预设钻头提升高度修正系数B3对所述第二预设钻头提升高度A2进行修正，修正后的钻头提升高度为；
[0022]当R02≤m＜R03，选定所述第二预设钻头提升高度修正系数B2对所述第三预设钻头提升高度A3进行修正，修正后的钻头提升高度为；
[0023]当R03≤m＜R04，选定所述第一预设钻头提升高度修正系数B1对所述第四预设钻头提升高度A4进行修正，修正后的钻头提升高度为。
[0024]在本申请的一些实施例中，所述控制单元内还设定有预设冲击进入地面深度矩阵W0和预设钻头提升高度二次修正系数矩阵C，对于所述预设钻头提升高度二次修正系数矩阵C，设定C(C1,C2,C3,C4)，其中C1为第一预设钻头提升高度二次修正系数，C2为第二预设钻头提升高度二次修正系数，C3为第三预设钻头提升高度二次修正系数，C4为第四预设钻头提升高度二次修正系数，且1＜C1＜C2＜C3＜C4＜1.5；对于所述预设冲击进入地面深度矩阵W0，设定W0(W01,W02,W03,W04),其中，W01为第一预设冲击进入地面深度，W02为第二预设冲击进入地面深度，W03为第三预设冲击进入地面深度，W04为第四预设冲击进入地面深度，且W01＜W02＜W03＜W04；
[0025]所述控制单元还用于根据d与所述预设冲击进入地面深度矩阵W0之间的关系选定相应的钻头提升高度二次修正系数以对修正后的各预设钻头提升高度进行二次调整修正；
[0026]当d＜W01时，选定所述第四预设钻头提升高度二次修正系数C4对修正后的所述第一预设钻头提升高度A1进行修正，修正后的钻头提升高度为；
[0027]当W01≤d＜W02，选定所述第三预设钻头提升高度二次修正系数C3对修正后的所述第二预设钻头提升高度A2进行修正，修正后的钻头提升高度为；
[0028]当W02≤d＜W03，选定所述第二预设钻头提升高度二次修正系数C2对修正后的所述第三预设钻头提升高度A3进行修正，修正后的钻头提升高度为；
[0029]当W03≤d＜W04，选定所述第一预设钻头提升高度二次修正系数C1对修正后的所述第四预设钻头提升高度A4进行修正，修正后的钻头提升高度为。
[0030]在本申请的一些实施例中，所述检测单元还用于实时检测所述钻头冲击地面后的钢丝绳张力Z以及实时环境温度U；
[0031]所述控制单元内还设定有预设实时环境温度矩阵Y0和预设钻头提升高度三次修正系数矩阵D，对于预设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于工程钻机的自动控制系统，应用于液压型反循环冲击钻机中,其特征在于，包括：扫描单元，用于检测地面地质结构，并获取预设深度内的地面平均硬度K；检测单元，用于实时检测钻头的质量m，以及所述钻头冲击地面后进入所述地面的深度d；控制单元，用于根据所述地面平均硬度K、所述钻头的质量m以及进入所述地面的深度d控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度。2.根据权利要求1所述的一种用于工程钻机的自动控制系统，其特征在于，所述控制单元内设定有预设地面平均硬度矩阵T0和预设钻头提升高度矩阵A，对于所述预设钻头提升高度矩阵A，设定A(A1,A2,A3,A4)，其中A1为第一预设钻头提升高度，A2为第二预设钻头提升高度，A3为第三预设钻头提升高度，A4为第四预设钻头提升高度，且A1＜A2＜A3＜A4；对于所述预设地面平均硬度矩阵T0，设定T0(T01,T02,T03,T04),其中，T01为第一预设地面平均硬度，T02为第二预设地面平均硬度，T03为第三预设地面平均硬度，T04为第四预设地面平均硬度，且T01＜T02＜T03＜T04；所述控制单元还用于根据K与所述预设地面平均硬度矩阵T0之间的关系选定相应的钻头提升高度作为控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度；当K＜T01时，选定所述第一预设钻头提升高度A1作为控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度；当T01≤K＜T02，选定所述第二预设钻头提升高度A2作为控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度；当T02≤K＜T03，选定所述第三预设钻头提升高度A3作为控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度；当T03≤K＜T04，选定所述第四预设钻头提升高度A4作为控制所述钻头从所述地面的孔底被拉起并直至所述钻头停止运动时的提升高度。3.根据权利要求2所述的一种用于工程钻机的自动控制系统，其特征在于，所述控制单元内还设定有预设钻头质量矩阵R0和预设钻头提升高度修正系数矩阵B，对于所述预设钻头提升高度修正系数矩阵B，设定B(B1,B2,B3,B4)，其中B1为第一预设钻头提升高度修正系数，B2为第二预设钻头提升高度修正系数，B3为第三预设钻头提升高度修正系数，B4为第四预设钻头提升高度修正系数，且1＜B1＜B2＜B3＜B4＜1.2；对于所述预设钻头质量矩阵R0，设定R0(R01,R02,R03,R04),其中，R01为第一预设钻头质量，R02为第二预设钻头质量，R03为第三预设钻头质量，R04为第四预设钻头质量，且R01＜R02＜R03＜R04；所述控制单元还用于根据m与所述预设钻头质量矩阵R0之间的关系选定相应的钻头提升高度修正系数以对各预设钻头提升高度进行修正；当m＜R01时，选定所述第四预设钻头提升高度修正系数B4对所述第一预设钻头提升高度A1进行修正，修正后的钻头提升高度为；当R01≤m＜R02，选定所述第三预设钻头提升高度修正系数B3对所述第二预设钻头提
升高度A2进行修正，修正后的钻头提升高度为；当R02≤m＜R03，选定所述第二预设钻头提升高度修正系数B2对所述第三预设钻头提升高度A3进行修正，修正后的钻头提升高度为；当R03≤m＜R04，选定所述第一预设钻头提升高度修正系数B1对所述第四预设钻头提升高度A4进行修正，修正后的钻头提升高度为。4.根据权利要求3所述的一种用于工程钻机的自动控制系统，其特征在于，所述控制单元内还设定有预设冲击进入地面深度矩阵W0和预设钻头提升高度二次修正系数矩阵C，对于所述预设钻头提升高度二次修正系数矩阵C，设定C(C1,C2,C3,C4)，其中C1为第一预设钻头提升高度二次修正系数，C2为第二预设钻头提升高度二次修正系数，C3为第三预设钻头提升高度二次修正系数，C4为第四预设钻头提升高度二次修正系数，且1＜C1＜C2＜C3＜C4＜1.5；对于所述预设冲击进入地面深度矩阵W0，设定W0(W01,W02,W03,W04),其中，W01为第一预设冲击进入地面深度，W02为第二预设冲击进入地面深度，W03为第三预设冲击进入地面深度，W04为第四预设冲击进入地面深度，且W01＜W02＜W03＜W04；所述控制单元还用于根据d与所述预设冲击进入地面深度矩阵W0之间的关系选定相应的钻头提升高度二次修正系数以对修正后的各预设钻头提升高度进行二次调整修正；当d＜W01时，选定所述第四预设钻头提升高度二次修正系数C4对修正后的所述第一预设钻头提升高度A1进行修正，修正后的钻头提升高度为；当W01≤d＜W02，选定所述第三预设钻头提升高度二次修正系数C3对修正后的所述第二预设钻头提升高度A2进行修正，修正后的钻头提升高度为；当W02≤d＜W03，选定所述第二预设钻头提升高度二次修正系数C2对修正后的所述第三预设钻头提升高度A3进行修正，修正后的钻头提升高度为；当W03≤d＜W04，选定所述第一预设钻头提升高度二次修正系数C1对修正后的所述第四预设钻头提升高度A4进行修正，修正后的钻头提升高度为。5.根据权利要求4所述的一种用于工程钻机的自动控制系统，其特征在于，所述检测单元还用于实时检测所述钻头冲击地面后的钢丝绳张力Z以及实时环境温度U；所述控制单元内还设定有预设实时环境温度矩阵Y0和预设钻头提升高度三次修正系数矩阵D，对于预设钻头提升高度三次修正系数矩阵D，设定D(D1,D2,D3,D4)，其中D1为第一预设钻头提升高度三次修正系数，D2为第二预设钻头提升高度三次修正系数，D3为第三预设钻头提升高度三次修正系数，D4为第四预设钻头提升高度三次修正系数，且1＜D1＜D2＜D3＜D4＜1.5；对于所述预设实时环境温度矩阵Y0，设定Y0(Y01,Y02,Y03,Y04),其中，Y01为第一预设实时环境温度，Y02为第二预设实时环境温度，Y03为第三预设实时环境温度，Y04为第四预设实时环境温度，且Y01＜Y02＜Y03＜Y04；所述控制单元还用于当所述钢丝绳张力Z等于预设钢丝绳最大张力Z
i
时，根据U与所述预设实时环境温度矩阵Y0之间的关系对二次修正后的各预设钻头提升高度进行三次调整修正；当U＜Y01时，选定所述第四预设钻头提升高度三次修正系数D4对二次修正后的所述第
一预设钻头提升高度A1进行修正，修正后的钻头提升高度为；当Y01≤U＜Y02，选定所述第三预设钻头提升高度二次修正系数D3对修正后的所述第二预设钻头提升高度A2进行修正，修正后的钻头提升高度为；当Y02≤U＜Y03，选定所述第二预设钻头提升高度二次修正系数D2对修正后的所述第三预设钻头提升高度A3进行修正，修正后的钻头提升高度为；当Y03≤U＜Y04，选定所述第一预设钻头提升高度二次修正系数D1对修正后的所述第四预设钻头提...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁明昕，刘广，韦海瑞，
申请(专利权)人：中国地质科学院勘探技术研究所，
类型：发明
国别省市：