本發(fā)明涉及液壓控制領(lǐng)域，具體是一種防偏斜鑿巖控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于鑿巖鉆孔爆破技術(shù)是隧道掘進(jìn)和礦山開采的主要手段，因此作為重要設(shè)備的液壓鑿巖機(jī)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。但是鑿巖機(jī)沖擊鑿巖過程中由于鑿巖釬桿所受力和力矩造成鑿巖過程中的偏斜，從而導(dǎo)致炮孔失效，對(duì)鑿巖過程中造成巨大的危害。為了預(yù)防鑿巖機(jī)鉆孔偏斜，國(guó)內(nèi)外對(duì)偏斜控制主要影響推進(jìn)力的控制進(jìn)行了一定的研究，但是這些控制系統(tǒng)完全是一些簡(jiǎn)單的液壓閥控方案很難達(dá)到預(yù)防偏斜控制的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種防偏斜鑿巖控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、而且通過對(duì)推進(jìn)壓力、回轉(zhuǎn)壓力、沖擊孔內(nèi)因素信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集，偏斜控制系統(tǒng)綜合環(huán)境因素和壓力信號(hào)，通過控制電磁閥及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作來預(yù)防鉆鑿過程中因推進(jìn)力的影響而產(chǎn)生的鉆孔偏斜。

一種防偏斜鑿巖控制系統(tǒng)，包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)和分別與動(dòng)力機(jī)構(gòu)連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制閥、電氣系統(tǒng)，其中：

執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括推進(jìn)缸、液壓馬達(dá)和沖擊機(jī)構(gòu)；

控制閥包括三位四通電磁換向閥、二位三通電磁換向閥、先導(dǎo)式溢流閥、單向閥、比例節(jié)流閥、推進(jìn)壓力控制閥、推進(jìn)背壓閥、過濾器和冷卻器，先導(dǎo)式溢流閥分別旁接在主油路中，限制主油路的油壓；推進(jìn)壓力控制閥調(diào)節(jié)推進(jìn)缸的進(jìn)口壓力；通過調(diào)節(jié)單向閥和比例電磁閥調(diào)節(jié)控制推進(jìn)缸進(jìn)出口流量；通過調(diào)節(jié)背壓閥調(diào)節(jié)控制推進(jìn)缸的出口壓力；通過調(diào)節(jié)電磁換向閥實(shí)現(xiàn)推進(jìn)缸的前進(jìn)和后退；通過調(diào)節(jié)電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)；通過調(diào)節(jié)電磁換向閥實(shí)現(xiàn)沖擊機(jī)構(gòu)的往復(fù)沖擊；

電氣系統(tǒng)包括壓力傳感器、信號(hào)放大器、信號(hào)放大器組、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)采集卡、孔內(nèi)因素監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、孔內(nèi)因素和偏斜控制系統(tǒng)，壓力傳感器分別設(shè)置在推進(jìn)缸和液壓馬達(dá)的進(jìn)出口處，通過壓力傳感器采集其所在位置的壓力參數(shù)并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡；通過孔內(nèi)因素監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)鑿巖過程的孔內(nèi)變化因素，將所采集的信號(hào)發(fā)送至孔內(nèi)因素，孔內(nèi)因素將所采集的信號(hào)和所具有的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比處理，偏斜控制系統(tǒng)將得到的壓力參數(shù)和所采集的孔內(nèi)因素進(jìn)行綜合判定得出最適合的推進(jìn)壓力，然后對(duì)電磁換向閥、比例節(jié)流閥和推進(jìn)背壓閥進(jìn)行調(diào)控，得到油缸推進(jìn)力，避免鑿巖機(jī)釬桿在鉆鑿過程中因推進(jìn)力的影響而造成的偏斜。

所述的動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括油箱、電機(jī)和與電機(jī)連接的單向泵，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)單向泵，向推進(jìn)缸、液壓馬達(dá)和沖擊機(jī)構(gòu)供油。

所述控制閥包括三位四通電磁換向閥、二位三通電磁換向閥、先導(dǎo)式溢流閥、單向閥、比例節(jié)流閥、推進(jìn)壓力控制閥、推進(jìn)背壓閥、過濾器和冷卻器；其中：

溢流閥的工作口分別與單向閥的工作口、油箱相通，電磁換向閥的工作口與單向閥的工作口相通；推進(jìn)壓力控制閥的工作口與單向閥的工作口并聯(lián)，并分別與電磁換向閥的工作口相通；推進(jìn)壓力控制閥的工作口與推進(jìn)缸的進(jìn)口相通；單向閥工作口與比例節(jié)流閥的工作口相通；比例節(jié)流閥的工作口與推進(jìn)背壓閥的工作口并聯(lián)，并與推進(jìn)缸出口相通；電磁換向閥的工作口與推進(jìn)背壓閥的工作口相通；過濾器的工作口分別與油箱、冷卻器的工作口相通，電磁換向閥的工作口與冷卻器的工作口相通，液壓馬達(dá)的工作口與推進(jìn)控制缸的工作口并聯(lián)，并與電磁換向閥的工作口相通，電磁換向閥的工作口與液壓馬達(dá)的工作口相通，先導(dǎo)式溢流閥的工作口與油箱相通，先導(dǎo)式溢流閥的工作口與泵的工作口并聯(lián)，并與電磁換向閥的工作口和沖擊機(jī)構(gòu)的進(jìn)口相通；電磁換向閥的工作口與沖擊機(jī)構(gòu)的出口相通，過濾器的工作口分別與油箱、冷卻器的工作口相通，冷卻器的工作口與電磁閥換向閥的工作口相通。

所述推進(jìn)壓力控制閥包括單向閥、三通減壓閥、三通溢流閥和壓力控制缸；其中：

單向閥的工作口與三通減壓閥的工作口并聯(lián)，作為推進(jìn)壓力控制閥的工作口；壓力控制缸的工作口分別與三通減壓閥的工作口和單向閥的工作口并聯(lián)，作為推進(jìn)壓力控制閥的工作口；三通減壓閥的工作口與三通溢流閥工作口相通，三通減壓閥的工作口與油箱相通構(gòu)成內(nèi)泄油路，三通溢流閥工作口與油箱相通，壓力控制缸的工作口與電磁換向閥的工作口相通。

所述推進(jìn)背壓閥由單向閥、比例電磁溢流閥并聯(lián)而成，單向閥的工作口與比例電磁溢流閥的工作口并聯(lián)，作為推進(jìn)背壓閥的工作口，單向閥的工作口與溢流閥的工作口并聯(lián)，作為推進(jìn)背壓閥的工作口。

所述的電氣系統(tǒng)包括壓力傳感器、信號(hào)放大器、信號(hào)放大器組、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)采集卡 、 孔內(nèi)因素監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、孔內(nèi)因素和偏斜控制系統(tǒng)，壓力傳感器分別設(shè)置在推進(jìn)缸的工作口、液壓馬達(dá)工作口處；孔內(nèi)因素監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分布在鑿巖系統(tǒng)中，信號(hào)放大器接收壓力傳感器的壓力信號(hào)并放大，信號(hào)處理器處理放大后的信號(hào)、數(shù)據(jù)采集機(jī)卡采集處理的信號(hào)；通過孔內(nèi)因素監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)鑿巖過程的孔內(nèi)變化因素，將所采集信號(hào)發(fā)送至孔內(nèi)因素，孔內(nèi)因素將所采集的信號(hào)和所具有的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比處理，偏斜控制系統(tǒng)將得到的壓力參數(shù)和所采集的孔內(nèi)因素進(jìn)行綜合判定做出偏斜控制決策控制對(duì)應(yīng)的電磁閥。

本發(fā)明的有益效果是：對(duì)推進(jìn)壓力、回轉(zhuǎn)壓力、鑿巖孔內(nèi)因素信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集，實(shí)時(shí)掌握鑿巖機(jī)的工作狀態(tài)，與現(xiàn)有的推進(jìn)力控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)反應(yīng)更靈敏，參考控制因素更全面，有效的將傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)結(jié)合，能夠更有效地避免因推進(jìn)力的影響所引起的鑿入偏斜情況。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種防偏斜鑿巖控制系統(tǒng)的原理圖。

圖中，M1、M2為電機(jī)，B1、B2為單向泵，E1、E2為過濾器，L1、L2為冷卻器。H1、H2為三位四通電磁換向閥，H3為二位三通電磁換向閥，Y1、Y5為先導(dǎo)式溢流閥，Y2為三通溢流閥，Y3為三通減壓閥、Y4為比例電磁溢流閥，D1、D2、D3、D4為單向閥，J為比例節(jié)流閥，G為壓力控制閥，R為推進(jìn)缸，N1為推進(jìn)壓力控制閥、N2為推進(jìn)被壓閥、Z為鑿巖系統(tǒng)，1為巖石，2為釬桿，S沖擊機(jī)構(gòu)，M為液壓馬達(dá)，P1、P2、P3、P4為壓力傳感器，A1、A2為信號(hào)放大器、A3為信號(hào)放大器組，F(xiàn)1、F2為信號(hào)處理器、C為數(shù)據(jù)采集機(jī)卡,I為孔內(nèi)因數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，Q為孔內(nèi)因素，K為偏斜控制系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

如附圖 1 所示，本發(fā)明的一種防偏斜鑿巖控制系統(tǒng)，它包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制閥、電氣系統(tǒng)；其中：

動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括油箱、單向泵B1、B2和電機(jī)M1、M2。由電機(jī)M1、M2帶動(dòng)單向泵B1、B2向系統(tǒng)供給液壓油；

控制閥包括三位四通電磁換向閥H1、H2、二位三通電磁換向閥H3，先導(dǎo)式溢流閥Y1、Y5，單向閥D1、D3，比例節(jié)流閥J、推進(jìn)壓力控制閥N1、推進(jìn)背壓閥N2、過濾器E1、E2、冷卻器L1、L2。先導(dǎo)式溢流閥分別旁接在主油路中，限制主油路的油壓；推進(jìn)壓力控制閥N1通過自身控制推進(jìn)缸R(shí)的進(jìn)口壓力，偏斜控制系統(tǒng)K通過對(duì)比例節(jié)流閥J的開關(guān)量大小進(jìn)行控制，從而控制推進(jìn)缸R(shí)的進(jìn)出口流量，來控制推進(jìn)缸R(shí)的速度，控制器K通過對(duì)比例溢流閥Y4來控制推進(jìn)缸R(shí)的出口背壓力。通過調(diào)節(jié)電磁換向閥H1實(shí)現(xiàn)推進(jìn)缸的前進(jìn)和后退；通過調(diào)節(jié)電磁換向閥H2實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)；通過調(diào)節(jié)電磁換向閥H3實(shí)現(xiàn)沖擊機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

電氣系統(tǒng)包括四組壓力傳感器P1、P2、P3、P4，信號(hào)放大器A1、A2、信號(hào)放大器組A3,信號(hào)處理器F1、F2, 數(shù)據(jù)采集卡 C, 孔內(nèi)因素監(jiān)測(cè)系統(tǒng)I,孔內(nèi)因素Q,偏斜控制系統(tǒng)K,通過對(duì)推進(jìn)缸和液壓馬達(dá)的進(jìn)出口布置傳感器P1、P2、P3、P4采集其所在位置的壓力參數(shù)并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡C；通過孔內(nèi)因素監(jiān)測(cè)系統(tǒng)I監(jiān)測(cè)鑿巖過程的孔內(nèi)變化因素，將所采集信號(hào)發(fā)送至孔內(nèi)因素Q，孔內(nèi)因素Q將所采集的信號(hào)和所具有的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比處理，偏斜控制系統(tǒng)K將得到的壓力參數(shù)和所采集的孔內(nèi)因素Q進(jìn)行綜合判定得出最適合的推進(jìn)壓力，然后對(duì)電磁換向閥H1、H2、H3、比例節(jié)流閥J和推進(jìn)背壓閥N2進(jìn)行調(diào)控，最終得到最優(yōu)的油缸推進(jìn)力，從而有效地避免鑿巖機(jī)釬桿在鉆鑿過程中因推進(jìn)力的影響而造成的偏斜。

整體工作過程：

壓力傳感器P1、P2、P3、P4分別安裝在推進(jìn)缸R(shí)的工作口R-P、R-T、液壓馬達(dá)的工作口M-P、M-T。信號(hào)放大器A1接收壓力傳感器P1、P2，信號(hào)放大器A2接收壓力傳感器P3、P4，信號(hào)處理器F1、F2處理放大后的信號(hào)、數(shù)據(jù)采集卡C采集處理的信號(hào)、信號(hào)處理器F處理放大后的信號(hào)、數(shù)據(jù)采集機(jī)卡C采集處理的信號(hào)；通過孔內(nèi)因素監(jiān)測(cè)系統(tǒng)I監(jiān)測(cè)鑿巖過程的孔內(nèi)變化因素，將所采集信號(hào)發(fā)送至孔內(nèi)因素Q，孔內(nèi)因素Q將所采集的信號(hào)和所具有的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比處理，偏斜控制系統(tǒng)K將得到的壓力參數(shù)和所采集的孔內(nèi)因素Q進(jìn)行綜合判定做出偏斜控制決策控制對(duì)應(yīng)的電磁閥。

偏斜控制系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)采集卡采集到的壓力傳感器P1、P2、P3、P4的壓力信號(hào)和經(jīng)過孔內(nèi)因素監(jiān)測(cè)系統(tǒng)I監(jiān)測(cè)鑿巖過程的孔內(nèi)因素時(shí)，將監(jiān)測(cè)到的壓力信號(hào)和孔內(nèi)因素信號(hào)與正常鑿巖時(shí)的信號(hào)作對(duì)比，可能會(huì)得出三種結(jié)果：（1）鑿巖機(jī)鑿入狀態(tài)正常。（2）鑿巖機(jī)鑿入松軟巖層。（3）鑿巖機(jī)鑿入誘偏巖層。

鑿巖機(jī)鑿入狀態(tài)正常時(shí)，偏斜控制系統(tǒng)K不發(fā)出新的調(diào)控指令，防偏斜鑿巖控制系統(tǒng)仍保持現(xiàn)在的工作狀態(tài)。

當(dāng)鑿巖機(jī)鑿入松軟巖層時(shí)，鉆頭回轉(zhuǎn)阻力減小，回轉(zhuǎn)壓力降低。處理方案：當(dāng)鑿巖機(jī)的推進(jìn)壓力與回轉(zhuǎn)壓力突然降低時(shí)，推進(jìn)控制閥N2會(huì)自動(dòng)增大推進(jìn)缸進(jìn)口壓力，同時(shí)偏斜控制系統(tǒng)K立即降低比例節(jié)流閥J的開口流量，減小比例溢流閥Y2的壓力，使推進(jìn)缸出口的背壓力和流量減小，實(shí)現(xiàn)對(duì)推進(jìn)缸進(jìn)口的補(bǔ)償，從而使液壓缸R(shí)的推進(jìn)壓力能精確的增大的同時(shí)能增大推進(jìn)速度，同時(shí)增加電磁換向閥H3的切換次數(shù)以增大沖擊機(jī)構(gòu)沖擊頻率，這樣就可以提高鑿巖機(jī)的效率。

當(dāng)鑿巖機(jī)鑿入誘偏巖層時(shí)，鉆頭回轉(zhuǎn)阻力增大，回轉(zhuǎn)壓力增大。處理方案：當(dāng)鑿巖機(jī)的推進(jìn)壓力與回轉(zhuǎn)壓力突然增大時(shí)，推進(jìn)控制閥N2會(huì)自動(dòng)減小推進(jìn)缸進(jìn)口壓力，同時(shí)控制器K立即增大比例節(jié)流閥J的開口流量，增大比例溢流閥Y2的壓力，使推進(jìn)缸出口的背壓力和流量增大，從而液壓缸R(shí)的推進(jìn)壓力能精確的減小的同時(shí)能降低推進(jìn)速度，同時(shí)減少電磁換向閥H3的切換次數(shù)以減小沖擊機(jī)構(gòu)的沖擊頻率，這樣就可以有效地預(yù)防鑿入偏斜的情況。

總體上很好的預(yù)防鑿入偏斜同時(shí)也提高了鑿巖機(jī)鉆鑿的效率。