本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，具體涉及一種防卡釬鑿巖控制系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鑿巖機(jī)及被廣泛用于礦山開采鑿孔、建筑施工等領(lǐng)域。由于鑿巖機(jī)的工作環(huán)境惡劣、工況復(fù)雜多變，在鑿巖過(guò)程中容易發(fā)生卡釬現(xiàn)象，卡釬工況有三種：溶洞卡釬、緩變卡釬、裂縫卡釬。一旦遭遇卡釬工況很難排除，而且處理時(shí)間特別長(zhǎng)。為了達(dá)到防卡釬的目的，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)了各種各樣的防卡釬系統(tǒng)。這些防卡釬系統(tǒng)大多數(shù)是使用組合閥與壓力負(fù)反饋控制換向閥使鑿巖機(jī)后退的方法，雖然能起到一部分防卡釬作用，但是防卡釬效率卻并不顯著，特別是溶洞卡釬、裂縫卡釬工況發(fā)生的時(shí)間很短而防卡釬系統(tǒng)太過(guò)復(fù)雜來(lái)不及反應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種防卡釬鑿巖控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，反應(yīng)更靈敏，能夠更有效地預(yù)防卡釬工況的發(fā)生。

一種防卡釬鑿巖控制系統(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)、控制閥及電氣系統(tǒng)；其中：

執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括推進(jìn)機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；

控制閥包括溢流閥、高速開關(guān)閥、比例壓力流量復(fù)合閥、比例調(diào)速閥和先導(dǎo)型電磁換向閥；溢流閥旁接在主油路中，限制主油路的油壓；通過(guò)對(duì)高速開關(guān)閥通斷時(shí)間占空比和通電電流大小控制調(diào)節(jié)推進(jìn)機(jī)構(gòu)的推進(jìn)速度；通過(guò)對(duì)比例壓力流量復(fù)合閥壓力、流量的控制調(diào)節(jié)沖擊機(jī)構(gòu)的沖擊壓力、沖擊頻率；通過(guò)對(duì)比例調(diào)速閥、先導(dǎo)型電磁換向閥的控制調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)速度、釬桿正反轉(zhuǎn)；

電氣系統(tǒng)包括壓力傳感器，信號(hào)放大器，信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)采集機(jī)卡、卡釬辨識(shí)系統(tǒng)和控制器；壓力傳感器傳遞模擬量信號(hào)；并與推進(jìn)機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，通過(guò)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，卡釬辨識(shí)系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)得到的壓力參數(shù)與正常鑿巖時(shí)壓力參數(shù)對(duì)比，判定卡釬工況的發(fā)生與否，若將發(fā)生卡釬工況，判定是哪種卡釬工況(溶洞卡釬、緩變卡釬、裂縫卡釬)，并由控制器對(duì)高速開關(guān)閥、比例壓力流量復(fù)合閥、比例調(diào)速閥、先導(dǎo)型電磁換向閥進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制，避免卡釬工況的發(fā)生。

所述的動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括單向泵和電機(jī)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單向泵，分別向推進(jìn)機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)供油。

所述的控制閥包括溢流閥，高速開關(guān)閥，比例壓力流量復(fù)合閥，比例調(diào)速閥和先導(dǎo)型電磁換向閥；其中：

高速開關(guān)閥的工作口分別與動(dòng)力機(jī)構(gòu)的動(dòng)力口、油路旁接溢流閥的工作口相通，溢流閥的工作口與油箱相通；高速開關(guān)閥的工作口還與油箱相通，高速開關(guān)閥的工作口分別與推進(jìn)機(jī)構(gòu)的工作口相通；比例壓力流量復(fù)合閥的工作口分別與動(dòng)力機(jī)構(gòu)的動(dòng)力口、油路旁接溢流閥的工作口相通,溢流閥的工作口與油箱相通,比例壓力流量復(fù)合閥的工作口與沖擊機(jī)構(gòu)的工作口相通；比例調(diào)速閥的工作口分別與動(dòng)力機(jī)構(gòu)的動(dòng)力口、油路旁接溢流閥的工作口相通，溢流閥的工作口與油箱相通，比例調(diào)速閥的工作口與三位四通電磁換向閥的工作口相通。

所述比例壓力流量復(fù)合閥為組合閥，包括電磁比例節(jié)流閥、節(jié)流閥、三通型溢流閥、溢流閥和電磁比例減壓閥；

電磁比例節(jié)流閥的工作口分別與三通型溢流閥的工作口、節(jié)流閥的工作口并聯(lián)，作為比例壓力流量復(fù)合閥的工作口；

三通型溢流閥的工作口、電磁比例減壓閥的工作口、溢流閥的工作口并聯(lián)后，與節(jié)流閥的工作口相通，三通型溢流閥的工作口、電磁比例減壓閥的工作口、溢流閥的工作口并聯(lián)后與油箱相通。

所述的電氣系統(tǒng)包括壓力傳感器、信號(hào)放大器、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)采集機(jī)卡、卡釬辨識(shí)系統(tǒng)和控制器；

壓力傳感器分別安裝在推進(jìn)機(jī)構(gòu)的工作口、沖擊機(jī)構(gòu)的工作口、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作口處；

信號(hào)放大器接收壓力傳感器的壓力信號(hào)并放大，將信號(hào)傳遞到信號(hào)處理器，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)、卡釬辨識(shí)系統(tǒng)辨識(shí)卡釬工況的發(fā)生與否并判定是哪種卡釬工況、控制器控制對(duì)應(yīng)的電磁閥。

本發(fā)明的有益效果是：該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)推進(jìn)壓力、回轉(zhuǎn)壓力信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集和卡釬辨識(shí)系統(tǒng)辨識(shí)卡釬現(xiàn)象，通過(guò)控制電磁閥及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作的預(yù)防各類卡釬工況的發(fā)生。與現(xiàn)有的防卡釬系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，反應(yīng)更靈敏，能夠更有效地預(yù)防卡釬工況的發(fā)生。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種防卡釬自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖。

圖2為本發(fā)明的控制流程圖；

圖3為本發(fā)明的控制器線路圖。

圖中，m1、m2、m3為電機(jī)，b1、b2、b3為單向泵，y1、y2、y3、y4、y5為直動(dòng)式溢流閥，d1、d2為高速開關(guān)閥，d3為電磁比例溢流閥，d4為電磁比例調(diào)速閥，d4為三位四通電磁換向閥，r為推進(jìn)機(jī)構(gòu)，s沖擊機(jī)構(gòu)，w為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，p1、p2、p3為壓力傳感器，a1、a2為信號(hào)放大器，f為信號(hào)處理器、c為數(shù)據(jù)采集機(jī)卡、w為卡釬辨識(shí)系統(tǒng)、k為控制器，pt為推進(jìn)壓力，pz為回轉(zhuǎn)壓力，pzm為防卡釬壓力。

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)明的一種防卡釬自動(dòng)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)包括三只單向泵b1、b2、b3和電機(jī)m1、m2、m3，由電機(jī)m1、m2、m3驅(qū)動(dòng)單向泵b1、b2、b3分別向推進(jìn)機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)供油；

控制閥包括溢流閥y1、y2、y3，高速開關(guān)閥d1、d2，比例壓力流量復(fù)合閥n1，比例調(diào)速閥d4，先導(dǎo)型電磁換向閥d5。溢流閥y1、y2、y3旁接在各主油路中，限制主油路的壓力。控制器k通過(guò)控制高速開關(guān)閥d1、d2的通斷電時(shí)間占空比和通電電流的大小改變平均流量從而調(diào)整推進(jìn)機(jī)構(gòu)的推進(jìn)速度?？刂破鱧通過(guò)控制比例壓力流量復(fù)合閥n1的壓力、流量，可以使沖擊機(jī)構(gòu)的沖擊壓力成比例增加或減少、沖擊機(jī)構(gòu)的沖擊頻率成比例增大或減小。控制器k通過(guò)控制比例調(diào)速閥d4和先導(dǎo)型電磁換向閥d5，可以成比例提高或降低釬桿的轉(zhuǎn)速、改變和改變釬桿的回轉(zhuǎn)方向；

如圖2所示，電氣系統(tǒng)包括三組壓力傳感器p1、p2、p3，信號(hào)放大器a1、a2，信號(hào)處理器f、數(shù)據(jù)采集卡c(pci2366)、卡釬辨識(shí)系統(tǒng)w、控制器k(plc)。壓力傳感器p1、p2、p3分別安裝在推進(jìn)機(jī)構(gòu)r的工作口r-p、沖擊機(jī)構(gòu)s的工作口s-p、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)v的工作口v-p、v-t監(jiān)測(cè)壓差。壓力傳感器采集實(shí)時(shí)壓力輸出模擬量信號(hào)(電流的強(qiáng)弱)。信號(hào)放大器a1將電流信號(hào)增幅后傳遞給信號(hào)處理器f，信號(hào)處理器f對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集卡c(pci2366)卡釬辨識(shí)系統(tǒng)w將數(shù)據(jù)采集卡得到的數(shù)字信號(hào)與正常鑿巖時(shí)壓力數(shù)字信號(hào)對(duì)比，根據(jù)數(shù)字信號(hào)的變化可以辨識(shí)出鑿巖系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)壓力是否發(fā)生卡釬工況。若將發(fā)生卡釬工況，依據(jù)壓差的正負(fù)可以判定是哪種卡釬工況。其中：溶洞卡釬時(shí)系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)壓力是減小的，壓差為負(fù)且漸漸增大；緩變卡釬、裂縫卡釬時(shí)系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)壓力是上升的，壓差為正且漸漸增大，但是裂縫卡釬時(shí)壓差的上升率明顯高于溶洞卡釬，容易辨別。之后，由卡釬辨識(shí)系統(tǒng)w根據(jù)卡釬工況的不同發(fā)出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制信號(hào)是模擬信號(hào)(電流的強(qiáng)弱)。電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器a2增幅后傳遞給控制器k(plc)。由于控制器k(plc)控制著高速開關(guān)閥d1、d2的通斷時(shí)間占空比，比例壓力流量復(fù)合閥n1壓力的高低、流量的大小，比例調(diào)速閥d4的開口的大小以及電磁換向閥d5的換向與否，所以在控制器k響應(yīng)控制信號(hào)后系統(tǒng)的壓力、流量就會(huì)做出對(duì)應(yīng)的改變，從而避免各類卡釬工況的發(fā)生。

如圖3所示，整體工作過(guò)程：

壓力傳感器p1、p2、p3分別安裝在推進(jìn)機(jī)構(gòu)r的工作口r-p、沖擊機(jī)構(gòu)s的工作口s-p、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)v的工作口v-p、v-t。信號(hào)放大器a1接收壓力傳感器p1、p2、p3的壓力信號(hào)并放大，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)、卡釬辨識(shí)系統(tǒng)w辨識(shí)卡釬工況的發(fā)生與否并判定是哪種卡釬工況、控制器k控制對(duì)應(yīng)的電磁閥。

卡釬辨識(shí)系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)采集卡采集到的壓力傳感器p1、p2、p3的壓力信號(hào)時(shí)，將監(jiān)測(cè)到的壓力信號(hào)與正常鑿巖時(shí)的壓力信號(hào)作對(duì)比，可能會(huì)得出四種結(jié)果：(1)鑿巖工作狀態(tài)正常。(2)鑿巖工作遇到溶洞卡釬工況。(3)鑿巖工作遇到緩變卡釬工況。(4)鑿巖工作遇到裂縫卡釬工況。

當(dāng)鑿巖工作狀態(tài)正常時(shí)，控制器k不接受任何控制信號(hào)，防卡釬鑿巖控制系統(tǒng)仍保持現(xiàn)在的工作狀態(tài)。

鑿巖工作遇到溶洞卡釬工況時(shí)，鑿巖機(jī)的推進(jìn)壓力會(huì)突然降低，然后突然升高；回轉(zhuǎn)壓力特征是會(huì)突然降低，然后突然升高到防卡釬壓力。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)，控制器k立即降低高速開關(guān)閥d1通電時(shí)間占空比和通電電流大小、提高高速開關(guān)閥d2通電時(shí)間占空比和通電電流大小，使推進(jìn)機(jī)構(gòu)r的推進(jìn)速度適當(dāng)降低，與此同時(shí)，控制器k降低比例流量復(fù)合閥的壓力、流量使沖擊機(jī)構(gòu)s的沖擊壓力、沖擊頻率降低到合適的值，達(dá)到輕鑿巖慢推進(jìn)的工作狀態(tài)。當(dāng)在此狀態(tài)下，若回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)v的回轉(zhuǎn)阻力沒(méi)有達(dá)到防卡釬壓力時(shí)，恢復(fù)正常的鑿巖狀態(tài)；若回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)v的回轉(zhuǎn)阻力達(dá)到防卡釬壓力時(shí)，控制器k繼續(xù)降低高速開關(guān)閥d1通電時(shí)間占空比和通電電流大小、提高高速開關(guān)閥d2通電時(shí)間占空比和通電電流大小使推進(jìn)機(jī)構(gòu)r后退，然后繼續(xù)輕鑿巖慢推進(jìn)的工作狀態(tài)，重復(fù)上述控制過(guò)程，直至穿過(guò)溶洞卡釬區(qū)。

鑿巖工作遇到緩變卡釬工況時(shí)，鑿巖機(jī)的推進(jìn)壓力漸漸增大，回轉(zhuǎn)壓力會(huì)緩慢升高到防卡釬壓力。處理方案：當(dāng)鑿巖工作遇到緩變卡釬工況達(dá)到防卡壓力時(shí)，控制器k立即降低高速開關(guān)閥d1通電時(shí)間占空比和通電電流大小，提高高速開關(guān)閥d2通電時(shí)間占空比和通電電流大小，使推進(jìn)機(jī)構(gòu)r適當(dāng)后退，然后恢復(fù)正常鑿巖工作狀態(tài)，若回轉(zhuǎn)壓力又達(dá)到防卡釬壓力，重復(fù)上述控制過(guò)程，若干次之后鑿巖工作將恢復(fù)正常。

鑿巖工作遇到裂縫卡釬工況時(shí)，鑿巖機(jī)的推進(jìn)壓力迅速增大，回轉(zhuǎn)壓力會(huì)迅速升高到防卡釬壓力。處理方案：當(dāng)鑿巖工作遇到裂縫卡釬工況回轉(zhuǎn)壓力未達(dá)到防卡壓力之時(shí)，控制器k立即降低高速開關(guān)閥d1通電時(shí)間占空比和通電電流大小，提高高速開關(guān)閥d2通電時(shí)間占空比和通電電流大小使推進(jìn)機(jī)構(gòu)慢慢推進(jìn)。與此同時(shí)，控制器k控制比例調(diào)速閥d4增大流量、先導(dǎo)型電磁換向閥d5換向，提高轉(zhuǎn)速，改變回轉(zhuǎn)方向。當(dāng)在此狀態(tài)下，若回轉(zhuǎn)壓力沒(méi)有增大到防卡釬壓力，則恢復(fù)正常鑿巖狀態(tài)；若回轉(zhuǎn)壓力達(dá)到防卡釬壓力，控制器k立即再次降低高速開關(guān)閥d1通電時(shí)間占空比和通電電流大小，提高高速開關(guān)閥d2通電時(shí)間占空比和通電電流大小，使鑿巖機(jī)適當(dāng)后退。然后重復(fù)上述控制過(guò)程，直到回轉(zhuǎn)壓力不再增大到防卡釬壓力后，則恢復(fù)正常鑿巖狀態(tài)。

通過(guò)三組壓力傳感器p1、p2、p3對(duì)鑿巖狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、卡釬辨識(shí)系統(tǒng)w辨識(shí)卡釬工況、控制器k對(duì)高速開關(guān)閥d1、d2，比例壓力流量復(fù)合閥n1，比例調(diào)速閥d4，先導(dǎo)型電磁換向閥d5進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。使鑿巖機(jī)在鑿巖推進(jìn)過(guò)程中不斷預(yù)判卡釬工況的發(fā)生，通過(guò)控制器k針對(duì)不同的卡釬工況對(duì)各電磁閥進(jìn)行相應(yīng)的控制，有效的避免各種卡釬工況的發(fā)生，不但增加鑿巖作業(yè)效率，而且避免造成直接的經(jīng)濟(jì)損失。